環境減災一號A、B衛星數據服務及應用

徐文 曾湧 陳衛榮（中國資源衛星應用中心）

1 概述

環境減災衛星星座是中國第一個用于環境與災害監測預報的小衛星星座，是中國繼氣象、海洋、資源衛星系列之后發射的又一新型的民用衛星系統。環境減災衛星由2顆光學衛星環境減災一號A、B（HJ－1A/B）衛星和1顆雷達衛星環境減災一號C（HJ－1C）衛星組成。

HJ－1A/B衛星于2008年9月6日以“一箭雙星”方式成功發射，衛星由中國航天科技集團有限公司航天東方紅衛星有限公司研制，中國科學院參加了有效載荷的研制任務。運載火箭由中國航天科技集團有限公司運載火箭技術研究院研制，太原衛星發射中心負責星箭發射。西安衛星測控中心負責測控任務，包括衛星測控任務和長期管理。地面系統由數據接收系統、地面數據處理系統、分發服務系統組成，中國科學院遙感地面站負責衛星數據的接收，中國資源衛星應用中心（簡稱資源衛星中心）負責數據處理、分發。應用系統由環境應用系統和減災應用系統組成，應急管理部（原國家減災委）和生態環境部（原環境保護部）共同負責衛星的業務運行管理。

資源衛星中心作為HJ－1A/B衛星的數據處理和分發服務負責單位，同時也是國家陸地觀測衛星數據中心，肩負著我國陸地觀測衛星數據集中處理中心、統一存檔中心、統一分發中心的重要責任，為國家經濟建設和社會發展提供宏觀決策依據，為全國廣大用戶提供各類對地觀測數據產品和技術服務。迄今為止，資源衛星中心負責運行和數據處理、歸檔和分發包含“資源”、“環境”、“測繪”、“高分”等系列民用衛星共計22顆，我國民用陸地觀測系列衛星被廣泛應用于國土資源、城市規劃、環境監測、防災減災、農業、林業、水利、氣象、電子政務、統計、海洋、測繪、國家重大工程等領域，為社會建設做出了巨大貢獻。

2018年正值HJ－1A/B衛星發射成功及運行10周年，本文將總結和回顧衛星地面系統運行、數據分發服務以及數據應用等方面的成果和經驗。

2 地面系統可靠運行，數據供給持續穩定

環境減災衛星地面數據處理系統是我國第二代民用陸地觀測衛星地面處理系統，也是第一代多星綜合地面處理系統，由公共平臺、數據處理、數據歸檔與信息管理、任務與有效載荷管理、數據分發、數據模擬與評價、應用示范與培訓、定標場等1個平臺、7個分系統組成。為了滿足多星地面處理系統功能和性能的要求，同時根據計算機和信息技術的發展趨勢，系統采用集中式存儲管理、分布式處理的體系結構。

環境減災衛星地面數據處理系統工作流程

環境減災衛星地面數據處理系統是面向多星多任務的處理系統，不同于以往的單顆衛星數據處理系統，在設計和運行上具有以下特點和能力：數據處理環節的設計在過去單星處理系統的基礎上，針對多星多任務的特點，進行了優化；同時，設計并實施了實時快速生成特需產品的能力，做到災害發生時可以近實時提供標準化和特需影像產品；具有數據在線、近線、離線等多級存儲模式，具有同城異地遠程備份的能力，保證數據的安全性；具有對多顆衛星多種有效載荷實時監測和協調管理的能力，根據用戶需求，結合衛星資源和地面站資源情況，進行多星多站聯合的任務安排，合理利用星地資源。

此外，該系統還具有對衛星數據的模擬能力、數據產品質量的評價能力以及各種傳感器的場地定標能力，進一步滿足用戶對產品質量和定量化應用的需求。

10年來，HJ－1A/B衛星地面處理系統一直可靠運行，處理完成了衛星下傳的所有數據，并將原始條帶數據和標準產品數據歸檔并永久保存。截至2018年7月31日，HJ－1A/B衛星已連續運行9年330天，安排工作計劃545期，衛星累計成像16620軌，有效成像率94%。累計歸檔標準產品數據140余萬景，容量約198TB，數據已基本有效覆蓋全球。

為了進一步促進衛星數據的定量化應用，資源衛星中心每年在青海湖和敦煌組織開展衛星同步觀測地面輻射定標試驗，并將定標系數公開發布，方便用戶開展定量化應用和研究工作。

HJ-1A數據歸檔情況表

HJ-1B數據歸檔情況表

3 分發服務方式多樣，滿足各類用戶需求

環境減災衛星數據服務實行主用戶機制，即衛星數據優先滿足主用戶的行業需求。同時，根據國家數據政策，HJ－1A/B衛星數據面向全國用戶免費分發。在這一數據政策激勵下，環境減災衛星數據在各行業、各區域得到了廣泛的業務應用和研究應用。

面向日益旺盛的用戶需求，根據用戶的不同類型和不同條件，資源衛星中心建成了基于專線、電子政務網、互聯網三網合一的數據分發體系。環境減災衛星的數據分發方式主要通過光纖專線和國際互聯網。

（1）光纖專線數據推送服務：面向主用戶、行業部委用戶及其他有數據高效獲取需求的用戶，實行主動的光纖專線數據推送服務，帶寬1Gbit/s。

（2）國際互聯網數據下載服務：面向所有用戶提供互聯網數據下載服務。

截至2018年7月31日，中國資源衛星應用中心共向各類用戶分發HJ－1A/B衛星數據490.5萬景，相當于覆蓋我國國土面積6萬余遍。其中HJ－1A衛星數據345.9萬景，分發HJ－1B衛星數據144.6萬景。

目前，資源衛星中心已向生態環境部（原環境保護部）、應急管理部（原國家減災委）、水利部、國家氣象局和國家林業局等5個部委提供了HJ－1A/B衛星光纖專線推送服務，累計推送數據近393萬景。

HJ－1A、HJ－1B衛星數據專線分發情況表

此外，近98萬景數據通過互聯網等方式分發給各個行業，用戶數量達1.1萬，涉及單位數量3000余家。

各行業HJ－1A/B衛星分發情況表

4 應用成果豐碩，業務化應用需求廣泛

HJ－1A/B衛星的各類載荷數據在國民經濟的各個領域均得到了廣泛應用，數據應用的深度和廣度不斷擴展。用戶對衛星數據的應用逐漸從應用研究向業務化應用不斷轉變，水利、森林防火、國土、海洋多個行業部委用戶和地方用戶，已依托HJ－1A/B衛星數據建立了業務化應用中心，強有力地推動了我國遙感數據的業務化應用進程，為后續的高分辨率衛星數據應用推廣奠定了堅實基礎。

災害應急領域應用

HJ－1A/B衛星在我國乃至國際各類災害應急監測方面發揮了重要作用，主要應用方面包括森林火災、冰雪災害、地震、臺風、旱災、水災等，為我國及其他災害發生國家的救災工作和災害評估提供了重要數據支持和依據。

HJ－1A/B衛星聯合觀測具有幅寬大，覆蓋范圍廣，重返周期短的特點，在火災監測中發揮了重要作用。2009年至今，資源衛星中心與國家森林防火指揮部辦公室（簡稱“防火辦”）建立了戰略合作伙伴關系，長期業務化運行合作，主要利用HJ－1A/B衛星為防火辦提供我國重點林區重大森林火災跟蹤監測與災后損失評估等服務。多年來，為防火辦提供了200余幅森林火災監測成果圖，監測成果為防火辦指揮撲火、及時了解火災情況提供了可靠依據，有效縮短了火災撲救時間。

基于環境減災衛星的廣西林火遙感監測圖

環境保護領域應用

HJ－1A/B衛星在環境保護領域的應用主要包括水體質量監測、空氣質量監測、自然保護區生態環境監測等。

基于環境減災衛星的太湖水華分布圖

水利領域應用

HJ－1A/B衛星在全國濕地資源調查、水利普查以及水體變化監測等方面發揮了重要作用。

(1)全國濕地資源調查項目

HJ－1A/B衛星數據應用于全國濕地資源調查中，采用遙感影像解譯與實地野外調查相結合的方法，將面積大于8公頃的濕地進行調查摸底，為改善生態環境、加強生態建設、維護生態安全提供支持。

(2)全國水利普查水土保持普查

水利部第一次全國水利普查水土保持普查利用環境減災衛星數據，進行影像數據加工和地表反射率產品生產，獲取全國范圍植被覆蓋度，用于水力侵蝕和風力侵蝕類型的普查。

五大連池市濕地1∶100000分幅影像圖

水土保持普查成果展示

海洋領域應用

環境減災衛星數據可應用于海冰冰情監測、滸苔監測、海岸線變遷分析、海島海岸帶土地利用變化監測、海岸潟湖監測等海洋資源環境監測的各個領域。

基于環境減災衛星影像的2003-2012年浙江省海岸線變化分布圖

農業領域應用

利用HJ－1A/B衛星遙感數據可監測農作物分布、旱情、病蟲害等，為農作物估產、農業病蟲害防治和損失評估等提供依據。

2017年8-11月廣西賓陽縣水稻監測區NDVl等級分布圖

5 結束語

HJ－1A/B衛星運行10年來，大幅提升了我國災害和環境監測能力，有力支撐了環保和減災多個業務系統的正常運行，填補了衛星動態監測與預報數據的空白，提升了我國遙感小衛星的技術水平，為國家的環保、減災、水利、氣象、林業等各個行業積累了大量的對地觀測數據，促進了各行業遙感應用水平的提升，在國民經濟社會發展各領域中發揮了重要作用，同時也為我國后續民用陸地觀測衛星的建設發展提供了寶貴的經驗。

隨著HJ－1A/B衛星應用的不斷擴展和深入，廣大用戶對長期穩定的數據源需求更加迫切。目前HJ－1A/B衛星已超期運行7年之久，建議后續衛星的研制盡快開展，以滿足用戶對數據源的持續性穩定性要求。