抗震救災(zāi)中的中國遙感群星
宗 河
在四川的抗震救災(zāi)行動中，大陸和臺灣的遙感衛(wèi)星群發(fā)揮了巨大的作用，通過使用這些衛(wèi)星對地震災(zāi)區(qū)進行密集成像，同時迅速調(diào)集過去衛(wèi)星對災(zāi)區(qū)成像的圖片，災(zāi)情監(jiān)測和評估的效果得到了加強。這些遙感衛(wèi)星包括“資源-1”、“資源-2”衛(wèi)星，“遙感-1”、“遙感-2”雷達成像衛(wèi)星，“北京-1”號小衛(wèi)星、“風云”系列氣象衛(wèi)星以及來自臺灣的“福衛(wèi)-2”遙感衛(wèi)星等。
“資源-1”的02B星裝有1臺分辨率為20米的CCD相機，1臺分辨率為2.36米的高分辨率相機，1臺幅寬890千米的寬視場成像儀。CCD相機在可見光和近紅外光譜段產(chǎn)生4個多光譜譜段和1個全色譜段圖像，能提供幅寬為113千米的全色圖像，高分辨率相機能產(chǎn)生分辨率為2.36米的全色譜段圖像，幅寬27千米，利用整星側(cè)擺，可以拍攝±4°范圍內(nèi)陸面目標，寬視場成像儀可以在較短的期間內(nèi)對地面實現(xiàn)重復覆蓋是對CCD相機的重要補充。為了提高數(shù)據(jù)系統(tǒng)的幾何定位精度，該星裝有高精度的GPS定位設(shè)備和用于姿態(tài)測量的高精度星敏感器設(shè)備。該星于5月13日開始對災(zāi)區(qū)進行監(jiān)測，2008年5月14日，該星CCD傳感器側(cè)擺400余千米對受災(zāi)區(qū)域進行成像監(jiān)視，技術(shù)人員通過對震前震后遙感圖像的對比分析發(fā)現(xiàn)，安縣縣郊發(fā)生約8.01平方千米滑坡，北川縣郊發(fā)生約0.16平方千米滑坡，北川縣通口河漩坪鄉(xiāng)段發(fā)生滑坡形成堰塞湖，滑坡前水面面積約14.5萬平方米，滑坡后水面面積約63.5萬平方米。由于僅靠“資源-1”的02B星尚無法滿足每天對震區(qū)災(zāi)情進行監(jiān)測的要求，在軟件仿真輔助決策的基礎(chǔ)上，超期服役的“資源-1”的02星于5月13日9點被重新啟動，實現(xiàn)了雙星協(xié)同運行，滿足了監(jiān)測需求。
除“資源-1”衛(wèi)星外，超期服役1年半的“資源-2”03號星也一直為地震災(zāi)區(qū)提供衛(wèi)星成像服務(wù)。5月16日，該星監(jiān)測到汶川縣至茂縣岷江沿岸出現(xiàn)十幾處滑坡國道蘭磨線多處路段受滑坡等次生災(zāi)害影響而阻塞，道路疏通難度很大不過該星在5月18日深夜突發(fā)故障，衛(wèi)星發(fā)動機連續(xù)噴氣，不斷消耗燃料，衛(wèi)星無法對地進行照相觀測，西安衛(wèi)星測控中心迅即協(xié)調(diào)各方力量，對衛(wèi)星實施搶救，經(jīng)過96小時持續(xù)跟蹤監(jiān)控和發(fā)送上百條遙控指令灌注，5月22日零時衛(wèi)星成功轉(zhuǎn)入正常工作模式。此后，衛(wèi)星姿態(tài)良好，在軌運行平穩(wěn)。
災(zāi)區(qū)天氣惡劣，災(zāi)區(qū)上空云量較大，光學成像衛(wèi)星作用受到極大限制因此我國也動用了自己的“遙感-1”雷達成像衛(wèi)星，穿越云層，拍攝了大量照片，對于災(zāi)情的監(jiān)視評估發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。
5月14日18時，“遙感-1”雷達衛(wèi)星監(jiān)測到，茂縣周邊213國道和萬阿線省道總計20千米以上路段上存在多處嚴重堵塞點，橋梁多處坍塌，疏通難度很大，對災(zāi)害救助帶來了嚴重影響，茂縣縣城60％以上房屋倒塌，約6萬人受災(zāi)，周邊石鼓鄉(xiāng)、南新鎮(zhèn)和雁門鄉(xiāng)房屋80％以上倒塌，3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)人口約超過2萬人。
5月15日，“遙感-1”雷達衛(wèi)星監(jiān)測到德陽市區(qū)及周邊部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，房屋損毀率在10％～20％，其中倒塌建筑相對較少，絕大部分為結(jié)構(gòu)損壞廣漢市區(qū)及周邊鄰近鄉(xiāng)鎮(zhèn)，房屋損毀率10％～15％，其中倒塌建筑較少，大部分為結(jié)構(gòu)損壞。
5月16日，“遙感-1”衛(wèi)星監(jiān)測到綿竹市天池鄉(xiāng)滑坡點情況，在10千米路段出現(xiàn)9處以上滑坡點，導致河道堵塞而形成多處堰塞湖河上游沿岸部分居民地受淹，衛(wèi)星還監(jiān)測到，綿竹市漢旺鎮(zhèn)房屋絕大部分倒塌率在60％～80％，局部地區(qū)倒塌率在80％以上。
5月17日，“遙感-1”監(jiān)測到的平武縣響巖鎮(zhèn)附近的滑坡泥石流情況，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)多處發(fā)生滑坡泥石流災(zāi)害，對交通影響很大。
5月20日，“遙感-1”衛(wèi)星監(jiān)測到北川縣漩坪羌族鄉(xiāng)唐家山水庫堰塞湖面積繼續(xù)增大，湔江漩坪羌族鄉(xiāng)處支流水面已明顯擴大，表明堰塞湖水體容量已接近極限。
“北京-1”小衛(wèi)星
“北京-1”小衛(wèi)星是中國和英國聯(lián)合研制的實用型對地觀測微小衛(wèi)星，衛(wèi)星重166千克運行于距離地面約686千米、傾角98°的太陽同步軌道，該星參加了國際“災(zāi)害監(jiān)測星座”，故又稱“中國DMC+4”衛(wèi)星。其多光譜中分辨率遙感器有3個波段，可以下傳分辨率為32米的彩色圖像和分辨率為4米的黑白圖像。
地震發(fā)生當日夜，該衛(wèi)星以前所拍攝的139.5萬平方千米32米分辯率多光譜影像和3.4萬平方千米4米分辨率全色影像火速送到民政部國家減災(zāi)中心，為災(zāi)區(qū)抗震救災(zāi)決策服務(wù)。此后的5月13日、15日、16日，“北京-1”小衛(wèi)星3次對災(zāi)區(qū)進行監(jiān)測累計獲取4米分辨率衛(wèi)星圖片5.1萬平方千米、32米分辨率圖片5075平方千米。
5月14日上午，某部門急需汶川地震災(zāi)區(qū)周邊的衛(wèi)星影像，要求在影像上標注汶川震區(qū)鎮(zhèn)以上居民點的空間分布情況，以及高速公路、國道、省級公路的路網(wǎng)分布狀況，用于醫(yī)療救助、疾病控制等救援相關(guān)工作。接到任務(wù)后，負責該衛(wèi)星運營的宇視藍圖公司技術(shù)人員采用“北京-1”小衛(wèi)星多光譜影像，在2小時內(nèi)就制作完成了覆蓋汶川及周邊地區(qū)12萬平方千米的《“汶川地震”周邊地區(qū)北京-1小衛(wèi)星影像圖(1:25萬)》。針對目前四川地震引起的部分地區(qū)山體滑塌現(xiàn)象，專家們利用2008年5月15日震后與2007年7月9日震前的“北京-1”小衛(wèi)星影像，對四川省震中及周邊地區(qū)的滑塌及泥石流進行了監(jiān)測，結(jié)合河流、道路、鄉(xiāng)鎮(zhèn)界等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，綜合分析了滑塌及泥石流的分布。
此外，通過“北京-1”已建立的國際合作渠道，我國還獲取了聯(lián)合國際災(zāi)害監(jiān)測星座中的多顆衛(wèi)星拍攝的總計14.67萬平方千米的地震災(zāi)區(qū)數(shù)據(jù)。
臺灣“福衛(wèi)-2”遙感衛(wèi)星
臺灣“福衛(wèi)-2”衛(wèi)星由歐洲的阿斯特留姆公司(Astrium)制造，耗資7430萬美元。該衛(wèi)星星體呈六角柱形，高2.4米，外徑約1.6米(太陽能電池帆板未展開時)，總重764千克，運行在高891千米、傾角99.1°的圓形太陽同步軌道，每天可繞地球14圈。星上的高分辨率相機有1個全色(0.45～0.90微米)通道和4個多光譜(0.45～0.52微米、0.52～0.60微米、0.63～0.69微米、0.76～0.90微米)通道，成像幅寬大于24千米。分辨率分別為2米(全色)和8米(多光譜)。它具有同時提供臺灣及周邊區(qū)域高精度圖像和3D立體圖像的能力體。
2008年5月14日11時，“福衛(wèi)-2”衛(wèi)星拍攝的2米全色和8米多光譜圖像數(shù)據(jù)顯示：茂縣的土門鄉(xiāng)和東興鄉(xiāng)房屋80％以上倒塌，北川縣的壩底羌族藏 族鄉(xiāng)80％房屋倒塌，局部地區(qū)60％以上倒塌，3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)受災(zāi)人口約超過2萬人，北川縣南部部分地區(qū)倒房情況：北川縣南部漩坪羌族鄉(xiāng)、開坪藏族羌族鄉(xiāng)所在地及周邊鄉(xiāng)村倒房率在70％以上禹里羌族鄉(xiāng)、開小壩藏族羌族鄉(xiāng)及周邊鄉(xiāng)村倒房率在40％以上，受災(zāi)人口超過4萬人，河流堵塞情況：滑坡體出現(xiàn)在北川縣漩坪羌族鄉(xiāng)楊柳鋪附近，造成河流堵塞，形成堰塞湖。
“風云”系列氣象衛(wèi)星
地震發(fā)生后，國家衛(wèi)星氣象中心開始24小時值班響應(yīng)，通過“風云-1D”極軌氣象衛(wèi)星和“風云-2C”、2D靜止氣象衛(wèi)星，密切觀察和分析災(zāi)區(qū)氣象情況，及時為災(zāi)區(qū)提供氣象服務(wù)。
“風云-1D”裝有2臺10通道可見光和紅外掃描輻射儀，掃描寬度達3000千米。星上觀測資料的存儲時間300分鐘，存儲模式為數(shù)字信號。它能為更精確的中長期天氣預報和氣候預測提供必要的基本資料，并可在災(zāi)害監(jiān)測和環(huán)境遙感中發(fā)揮巨大作用，還能測量海洋生物的初級生產(chǎn)率，反映海洋渾濁度和海洋污染等情況。震后大雨滂沱，這顆衛(wèi)星觀測到了災(zāi)區(qū)西部高海拔山區(qū)的新增積雪。5月15日，又觀測到了四川茂縣等地山區(qū)清晨有大霧覆蓋，通過這顆衛(wèi)星觀測和地表數(shù)據(jù)綜合分析得到災(zāi)區(qū)詳細氣象條件的變化，為進一步做好抗震救災(zāi)工作發(fā)揮了重要作用。
“風云-2C”、2D基本相同，均載有可見光、紅外和水汽5通道掃描輻射計，S頻段數(shù)傳和云圖廣播轉(zhuǎn)發(fā)器，UHF／S頻段數(shù)據(jù)收集轉(zhuǎn)發(fā)器和空間環(huán)境監(jiān)測器。星上掃描輻射計覆蓋面積達1.7×108平方千米，可獲取白天可見光云圖、晝夜紅外云圖和水汽云圖，收集氣象、海洋、水文等觀測數(shù)據(jù)，可對臺風、降水、海溫、云層、太陽輻射、空間粒子輻射等進行定量監(jiān)測，并具有對森林火災(zāi)、草原火災(zāi)、大霧天氣和沙塵暴的觀測能力，每天向地面送回28張氣象云圖并免費提供給世界各國。在救災(zāi)行動期間，氣象專家們根據(jù)“風云2C”、2D衛(wèi)星拍攝的云圖，先后對災(zāi)區(qū)5月12日和13日的天氣情況作出了白天有短暫晴空、晚上有降雨的分析，為前方救援部隊的行動提供了依據(jù)。為了嚴密觀測災(zāi)區(qū)天氣變化，為前方救援提供優(yōu)質(zhì)的氣象服務(wù)，5月15日，國家衛(wèi)星氣象中心提前啟動了“風云-2C”、2D加密觀測預案(般只有在汛期才啟動加密監(jiān)測服務(wù))，這2顆靜止軌道氣象衛(wèi)星每隔15分鐘便向各地提供一張衛(wèi)星云圖影像，從而為災(zāi)區(qū)氣象部門提供了更加準確、翔實的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2008年5月27日，中國首顆第2代極軌氣象衛(wèi)星“風云-3A”發(fā)射入軌，現(xiàn)已開始替代“風云-1D”工作。“風云-3A”運行在高807千米、傾角98.8°的太陽同步軌道上，衛(wèi)星每隔102分鐘繞南北極飛行一圈，每天繞地14圈還多可以對災(zāi)區(qū)觀測2次左右，每次掃描寬度為2900千米。“風云-3A”攜帶了8類11臺90多種探測通道的探測儀器，其中微波溫度計、紅外分光計、紫外臭氧垂直探測器等許多設(shè)備是新增的，使觀測精度和功能大大提高。它們既有光學遙感器，又有微波遙感器，探測數(shù)據(jù)可以由2個實時傳輸信道和一個延時回放信道進行傳輸。“風云-3A”可以不分白天黑夜，對任何氣象環(huán)境進行探測，首次實現(xiàn)了中國氣象衛(wèi)星的全球、三維、全天候、多光譜，定量化探測，能對環(huán)境及地面氣候及時監(jiān)測。其上的垂直探測儀可以對地面上空30千米的范圍形成立體的彩色圖像從而大大增強了氣象預報的精細化和準確度。
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