珠海一号卫星及其综合应用

2022-09-05李先怡颜军颜志宇蒋晓华潘申林吴佳奇

卫星应用 2022年7期

文│李先怡颜军颜志宇蒋晓华潘申林吴佳奇

珠海欧比特宇航科技股份有限公司/珠海欧比特卫星大数据有限公司

珠海一号卫星星座具备强大的数据采集能力，全球特定目标实现每天平均不少于3 次重访。2 颗空间分辨率0.9m 视频卫星，全年数据获取总量8PB；单颗OVS-2 视频卫星全年图像数据采集覆盖面积32000 万平方千米，全年视频数据获取覆盖面积100 万平方千米。8 颗高光谱卫星组网，2 天半左右可覆盖全球、对特定区域1 天重访，全年数据采集总量可达5.6PB；单颗OHS 卫星采集高光谱数据覆盖面积可达218800 万平方千米，大幅度提高星座采集遥感数据的能力。

2. 珠海一号高光谱卫星

珠海一号高光谱卫星采用推扫成像方式，单次成像范围：150×400（km/分钟），空间分辨率10m，光谱分辨率2.5nm，波长范围400—1000nm，星上载荷支持获取256 波段。由于受压缩和存储限制，选取其中32 波段下传（可以上注指令，自定义选择其他波谱段进行下传），重量为71kg。目前，单颗高光谱卫星重访周期为6 天，8 颗高光谱卫星综合重访周期约为1 天。

珠海一号高光谱卫星自主可控、实现任务随下随拍，数据采集能力强，重返周期短，地物分析能力突出，空间分辨率最高，可解决我国在高光谱数据上的短缺问题，为开展高光谱遥感数据在农林牧草、生态环境等相关领域的应用研究提供数据支持。

3.珠海一号视频卫星

珠海一号视频卫星（OVS2/3）采用单面阵Bayer 模板成像，具备2 种成像方式：凝视视频模式和图像推扫模式，分辨率均为0.9m。每轨单次最长数据采集时间约6 分钟。

三、珠海一号卫星应用成效

珠海一号星座数据尤其是高光谱数据以其高空间、高光谱、高时间分辨率等特点在农业、林业、生态环境、自然资源等领域取得广泛的应用。目前根据市场订单和特别用户需要，安全有序开展数据采集工作，对全国乃至全球进行覆盖数据获取。珠海一号在全国已完成几乎全境覆盖，部分热点地区完成多次覆盖，如珠海、湖南、广西、河南、四川等地。

1. 数据共享

为了有效推动高光谱数据在各行业中的应用及相关智能提取与识别算法、模型的研发发展，欧比特公司联合中国科学院空天信息创新研究院，研制推出欧比特10m 高光谱全球共享数据集。

该数据集时间段为2018 年开始至今，原始数据由8 颗珠海一号高光谱卫星采集，共约256 万景L1B 级标准影像数据。数据覆盖全球，面积约为6400 万平方千米，数据量约3750TB；通过国家对地观测科学数据中心、高光谱卫星数据开放共享与应用合作计划网站和欧比特珠海一号遥感数据服务平台等对国内外学者开放共享。

数据申请在线访问地址为：https://ohs.obtdata.com/hyperspectral-data-opening/；https://www.obtdata.com/#/index。

2. 农业领域

农作物生长在农业发展中占据着重要作用，对农作物的精准识别和分类是进一步开展农作物面积、种类、长势等分析的基础，对于精准农业发展、环境保护调查、农作物产量估测和灾害监测等有着重要的意义。高光谱遥感图谱合一的特征可有效应用于农业监测、作物分类、调查评估等方面。珠海一号高光谱数据因具有丰富的空间、辐射和光谱三重信息，能获取作物目标的精细光谱特征，在农作物种植混杂的区域，对不同作物类型精准识别以及高精度信息提取具有明显的优势。结合不同作物的光谱、物候和纹理等信息，以高分辨率、高光谱遥感数据为数据源，提取农作物品种（水稻、果树、苗木、蔬菜）的种植分布情况，统计其具体位置及面积，如图2 所示。

图2 作物品种分布监测专题图

3. 灾害应急保障

灾害遥感监测在全球范围内备受重视，利用卫星遥感技术对灾害发生地区进行监测，可在最短的时间内掌握灾害发生位置和分布范围，是灾害损失快速与综合评估重要保障，为应急救助和灾后重建提供技术支撑。珠海一号卫星以其高时相—高空间分辨率特点，在灾害监测预警方面发挥独特优势，能够提供的卫星应急保障服务包括：林火监测：对受灾区域近实时标绘、受灾程度评估、灾后损失评估等；暴雨洪涝：洪涝灾情状况、受灾评估；虫害监测：受灾范围和程度，辅助评估和预测蝗害；气象灾害：台风、泥石流等灾前灾后分析；以及安防国防军事等。

（1）四川攀枝花山火应急监测

2020 年3 月5 日下午，四川省攀枝花市东区阿署达至机场路段突发山火。欧比特迅速响应调动珠海一号高光谱卫星星座对山火区域进行拍摄，基于遥感监测技术进行山火分布识别提取，为相关部门提供数据支持（图3）。

图3 攀枝花山火应急监测

（2）印尼山洪应急监测

2021 年4 月4 日，印度尼西亚东努沙登加拉省发生山洪和泥石流灾害。欧比特第一时间响应中国GEO 全球灾害数据应急响应机制，安排珠海一号视频卫星拍摄计划，免费提供灾前历史数据和灾后数据至国家综合地球观测数据共享平台，提供给联合国亚太经济与社会委员会、印尼航空航天研究院和地球观测组织等，用于了解灾区基本情况，在第一时间获取灾害发生的位置、等级等灾害基本信息（图4）。

图4 印尼洪灾影响区域分布

4. 自然资源领域

自然资源监测主要是针对自然资源部的相关工作内容进行划分，涉及水林田湖草海的总量控制和变化。珠海一号星座在自然资源领域的相关应用服务具体包括以下几个方面。

（1）国土资源监测

国土资源监测是使用高空间分辨率卫星影像结合高光谱卫星影像监测国土资源分布，利用计算机解译方法结合目视解译方法提取出陆域范围内各类国土资源利用类型，制作土地利用现状分类图，摸清国土资源利用现状，为国土部门管理提供辅助支持。根据调查的国土资源分类标准构建国土资源分类体系，确定需要划分的类别，利用高光谱影像数据光谱信息丰富的特性，从地物的光谱特征和形状纹理特征多方面构建地物分类特征变量，构建国土资源分类方法体系对各地区国土资源进行分类提取。

（2）森林资源监测

森林资源监测主要分为森林分布监测和森林健康监测。森林分布主要监测内容为森林分布位置、分布范围、面积等信息。珠海一号高光谱数据特定的光谱区域和连续的光谱特征，可以提高森林植被识别精度。森林健康监测是通过对不同类型植被的生物物理化学成分含量的估算获得较为精细的植被生态学信息，充分利用高光谱数据丰富的光谱特性，监测森林健康问题，实现遥感领域对森林健康有效的、大尺度的高精度评估，生成森林健康评价专题图，为相关部门管理提供辅助支持。例如，以2020 年10 月22 日珠海一号高光谱数据为遥感数据源综合野外调查数据对湖南省衡阳市衡南县森林资源进行识别提取，统计分析森林分布位置及面积，实现了森林资源监测半自动化生产，提高了林业调查和监测的精度和效率（图5）；以珠海一号高光谱数据为数据源，各类遥感植被指数构建的综合评价体系为主体监测方法，实现珠海市森林健康评估半自动生产监测流程，通过遥感手段及时宏观地评估珠海市区内森林生态的健康程度（健康、亚健康、较健康、不健康），并制作珠海市森林健康度评价专题图,为珠海市森林生态保护建设提供参考。

图5 衡南县森林资源监测

（3）园林绿化监测

城市市区园林的分布具有面积小、分布零散的特点，要从遥感影像上提取出城市市区的绿化植被的分布范围，需要影像有较高的分辨率，从而尽量减小混合像元的干扰，提高城市园林绿化用地的提取精度。以2020 年9 月4 日珠海一号高光谱数据为基础数据源结合高分辨率遥感影像提取山东省聊城市建成区范围内绿化用地，包括道路绿化、公园绿地、居民地绿地、滨水绿地及其他绿化。从宏观上监测城市绿地结构布局，计算城市绿量、动态监测城市环境，为城市绿地的资源调查、质量评估及精细化管理提供科学高效的技术支撑（图6）。

图6 2020 年聊城城市绿地监测

（4）湿地资源监测

湿地资源包括河流、库塘、沼泽、滨海等湿地类型，储存了大量的水资源。高光谱遥感目前在湿地植被监测、精细分类、生物量估算等方面得到了较好应用，在湿地水体提取、湖泊边界划分及水位线提取等方面也取得了系列成果。图7 以珠海市淇澳岛为监测区域，将地物类型划分为红树林、建筑、坑塘水面、林地、裸地、水域、沼泽，对淇澳岛区域进行精细分类。