[科普中国]-灾害监测星座卫星

简介

自然及人为灾害每时每刻都在威胁着人民的生民和财产安全，不幸的是目前我们还没有能力阻止灾害的发生，但我们能够通过灾害的预警、灾时的监控和灾后的抢救、重建，大大降低灾害的损失给人类带来的伤害。国际灾害监测星座采用最新的卫星遥感技术，最短的卫星重访周期，最广的国际合作方式，用于人类最需要的防灾、抗灾、救灾的动态监测1。2003年9月27日，英国萨里卫星技术公司制造的3颗小型对地观测卫星由俄罗斯的宇宙3M火箭送入预定轨道，与先期发射的“阿尔及利亚星”(ALSAT)1小卫星共同组成了国际灾害监测星座(DMC)。另一颗属于中国的“中国国际灾害监测星座+4"(中国DMC + 4)小卫星也将于2005年5月加入这个国际卫星大家庭。作为第一个专门用于灾害观测并由不同国家协作完成的国际灾害监测星座，其运作对于人类灾害预防及灾害管理具有划时代的意义2。

灾害监测星座设计与操作国际灾害监测星座可以说是国际合作项目的典范之作。该星座由英国萨里卫星技术公司倡导，并承担主要的研发生产任务。萨里卫星技术公司坐落在英国萨里空间中心，是一家由萨里大学全资拥有的卫星技术公司，是现代“低成本小卫星”的诞生地。该公司迄今发射了20多颗卫星，其“萨里大学星”(UOSAT) 2卫星己在太空中连续运转了20年之久。最近该公司还参与了欧盟的“伽利略”导航卫星计划，负责制造首颗导航试验卫星GSTB一V2A。此外，该公司还参与了欧洲空间局的载人登陆火星计划“曙光计划”，负责设计制造其核心子计划之一—“火星样本返回计划”中的火星样本采集航天器。

国际灾害监测星座由国际灾害监测星座协会协调、管理。该协会由来自欧洲、亚洲、非洲不同国家的8个组织组成，共同负责国际灾害监测星座的建造及运行。这8个组织分别为英国国家空间中心、萨里卫星技术公司、阿尔及利亚国家空间技术中心、中国科技部、尼日利亚国家空间研究开发中心、土耳其科学技术研究委员会、泰国曼谷技术大学以及越南国家科技中心。迄今，该协会己成功组织过4次会议。由清华大学和英国萨里卫星技术公司合作研制的国际灾害监测星座样星“航天清华一号”己于2000年6月28日发射升空;该星座的第一颗卫星“阿尔及利亚星”1于2002年11月发射升空;“尼日利亚星”1、土耳其的“比尔星”、英国的“英国DMC”也于2003年9月在俄罗斯的普列谢茨克由宇宙号发射升空。中国的“中国DMC + 4”也计划于2005年春发射。按照计划，中国、泰国、土耳其、阿尔及利亚、尼日利亚和英国都将全权拥有一颗属于自己的卫星，但这并不意味着卫星是孤立运行的，而是通过协会的协调运作，将在最大限度上实现互利合作，并使之运转成为一个星座。一部分处理过的遥感图像还将被无偿捐献给有关机构，用于世界各国的救灾减灾，更好地为人类服务2。

该星座将运行于距离地面约686km、倾角98。的太阳同步轨道，这就意味着灾害观测将覆盖两极地区。太阳同步轨道是指卫星轨道的公转方向及其周期与地球公转方向及其周期相同的轨道。这种轨道能保证在圆轨道情况下，卫星每天沿同一方向通过同一纬度地面点，并且太阳光的入射角几乎是固定的，有利于遥感器进行灾害观测。

灾害监测星座的各组成卫星按统一基准设计制造，但彼此间也有细微的差别。标准卫星的设计基于萨里卫星技术公司的模块化小型卫星设计平台“微型卫星”100。该平台适用于总质量在70一130kg的卫星。标准卫星采用三轴稳定控制方式，装有4块硅太阳能电池板，星座轨道站协调系统，包含陀螺仪及反作用轮装置的姿态控制系统，以及具有640km宽地面扫描能力、32m地面分辨率的绿、红、近红外谱带多光谱成像相机。遥感图像存储于1 ~9GB的固态数据存储器，以8MB/s的速度经S频带下载。“尼日利亚星”1,“阿尔及利亚星”1，“英国-DMC"等都以此标准设计，只是携带的数据存储器容量略有不同。土耳其的“比尔星”在其标准上有了提高，其多光谱成像相机的地面分辨率提高到了26 m，并携带有12m地面分辨率的全色相机。“中国DMC +4”卫星的性能则更为优越，全色相机的地面分辨率高达4m，同时拥有功能更强的姿态控制系统，能更准确地瞄准目标，并支持X频带。1999年10月28日8时44分由萨里卫星技术公司研制的另一颗卫星“萨里大学星”12对北京的成像，该星具有与“中国DMC +4”相似的32m多光谱成像能力。

此外，“英国- DMC”还有一个令人惊异的蒸气实验推进系统，并携带了2. 6g水作为推进剂。相对于传统的火箭推进而言，这种“绿色”推进剂无毒、无危险、低成本，单独存在时安全可靠。据萨里空间中心透露，这项蒸气推进系统实验己获成功，并成功得出了水可以作为安全、廉价的航天器推进剂的结论2。

DMC+4概况DMC+4小卫星是由北京宇视蓝图信息技术公司(Beijing Landview Mapping Infornation TechnologyCo , Ltd BLM IT)与英国萨里卫星技术公司(SurreySatellite Technology Co , Ltd SSTL)合作发展的一颗小型对地观测卫星。将由俄罗斯的宇宙3M火箭送入预定轨道，与已发射的“阿尔及利亚星”(ALSAT1)小卫星、“尼日利亚星”(N igeriaSAT 1 ),“土耳其星”(Bi1SAT),“英国星”( UK DMC)共同组成了国际灾害监测星座(DMC )。中国DMC }4小卫星将于2005年中期发射，作为第一个专门用于灾害观测并由不同国家协作完成的国际灾害监测星座。DMC计划由中国、英国、泰国、阿尔及利亚、尼日利亚、越南、土耳其等7颗卫星组网对全球灾害监测。该卫星能够同时获取32m多光谱数据和4m全色数据，幅宽达6001an,一景覆盖面积是国内资源卫星的25倍，单星重访周期为4天，通过DMC组网，可以实现每天重复观测1。

DMC+4的数据特点(1) DMC+4小卫星可以下传中分辨率(32m多光谱)和高分辨率(4m全色)两种遥感数据。

(2)遥感影像的覆盖范围大(32m X 6001an, 4mX 241an )，如:一景多光谱影像覆盖范围是国内资源卫星的几十倍。

(3)重访周期快，32m数据在2天内可以获取，4m数据在5- 7天获取，如果参加组网，可在24小时内重复成像地球上的任意地点(包括赤道地区)。

(4)数据获取成本低，由于卫星和地面系统的运行、管理、控制都由宇视蓝图公司自主运营，可以自由选取短期获取的遥感数据。

(5)卫星参加DMC组网，可以进行广泛地国际合作。通过资源共享，技术互补，应用交流的方式提高卫星数据的使用效率1。

DMC+4的运管控方式和应用优势DMC+4的运管控方式在政府支持下，宇视蓝图公司为发展DMC } 4小卫星系统，实现企业运营的机制创新，实施组织结构、管理模式和运行机制的创建，并引入市场发展竞争模式。作为主承单位，建立了包括:北京地面接收站、卫星数据预处理系统、卫星应用示范系统等，形成了小卫星地面的基本处理能力。并在中国资源调查、土地利用、水利、农业、林业、环保，灾害等领域，尤其是在国务院秘书局的电子政务信息平台，北京市资源第三方监测系统、应急指挥系统，以及2008北京奥运等单位的遥感应用，进行了积极推广和商业运作，现已初步形成了小卫星用户群和应用市场1。

DMC+4的应用优势DMC+4小卫星是中国星地一体化自主运营，可自行控制，方便、快捷地执行灾害监测等专项任务的现代小卫星，其应用优势如下:

(1)多光谱遥感影像彩色成像覆盖面广，幅宽是同类型卫星LANDSAT幅宽的3倍多。一景多光谱影像图覆盖面积是CBERS 1的25倍，一景影像能完全覆盖几十万平方公里的省市地区。从影像中能够分辨出区域的主要道路、城市轨道、植被、水体、河流和工业园区等。

(2)全色影像分辨率高，能够完全分辨出城市的道路、正在建设和已经建设完成的工程。一景24km X 24km的高分辨率全色影像可以覆盖576km2的区域。从影像中能够分辨出乡村公路、大型树木、楼盘、市政公共设施和重大工程的监测等。

(3)时间分辨率高，重访周期短，特别适合土地变更、城市扩张、工业园区建设、农作物长势、生态环境等的动态监测。

(4)自主控制卫星观测任务，可重点观测感兴趣地区，适应对各类灾害防治、危险源避险、储备库保护、突发事件处理的动态监测，辅助应急指挥的需求等。

更为重要的是，在专题应用时，可以结合高空间分辨率的航空遥感彩色影像1。

DMC+4的应用前景DMC+4小卫星可以进行灾害监测、灾后评估、国土普查、土地利用、农田保护、地质调查、环境监测、林业统计等;可以用于城市规划、建设和管理、土地详查、精细农业、林业和矿产执法、辅助政府决策支持等应用范围。

(1)加速中国灾害监测星座建设，提高防灾、抗灾、救灾能力DMC+4小卫星以及DMC星座的建设，在国内外防灾、抗灾、救灾方面发挥着示范作用。一方面提高了中国灾害监测和灾后救助及评价的应用能力。另一方面可以为中国的空间信息共享与服务提供好用、易用的平台，并支持持续、快速、稳定的自主对地观测数据源的综合处理，这对于推动中国灾害星座的建设具有十分重大的战略意义。

(2)减灾、救灾，促进社会经济可持续发展

中国是世界上受灾大国之一，每年的灾害损失就有几千亿元，而且目前中国所面临的抗灾和救灾能力还非常有限，因此，利用DMC }4小卫星及其星座可以实现灾前预测、灾中监测和灾后评估的目的，减少灾害对国民经济所造成的重大损失，同时也是支持了社会经济的可持续发展。

(3)增强政府科学决策和应急处理灾害的能力

利用DMC }4小卫星及其星座对气象、地质、地形、地貌、河流、土壤类型、气候、植被、森林等自然灾害的历史数据变化以及地学灾害等数据模型，利用空间分析和虚拟现实技术，模拟人类活动对国家资源环境产生的影响，进而制定有针对性的可持续发展对策。水利、环境监测部门可以利用数字地球提供的遥感土壤侵蚀动态数据叠加数字高程模型，计算出不同时间植被覆盖变化率、地表的坡度、坡向，参考气候等综合信息进行生态环境评价，指出适合耕作和退耕还林、还草的政策咨询意见等。

(4)机制创新，推动灾害防治技术产业化

通过小卫星星座的作用，有助于形成以遥感数据加工处理及应用为核心的新型产业，促进中国遥感应用的产业化进程;拓展传统产业的发展空间和竞争力，如电子地图、ITS智能交通系统、GPS定位导航系统、宽带信息传输网络建设等新型高技术产业的发展;并进一步推动电子政务、电子商务、远程教育、网上医疗、信息化社区等重大信息化应用工程的建设1。

DMC应用成果展示及其评价美国森林火灾的监测及其评价

"英国-DMC”在发射仅一个月后，成功捕捉到的2003年11月美国加利福利亚海岸森林大火的部分图像，从影像中可以解译出大火势头、风向、危险半径、救灾范围等制定抗灾、救灾快速反应对策和措施1。

印尼海啸的监测和灾后评估

2004-12-26,在印度尼西亚苏门答腊岛西北海域(北纬3. 6几东经96. 28)发生里氏9. 0级的强烈地震。地震波猛烈撞击海水，形成海啸，这次海啸宏观灾情严重、波及范围广，在几个小时内袭击印度洋沿岸的印度尼西亚、斯里兰卡、泰国、印度、缅甸、马来西亚等12个国家，造成巨大的地震海啸灾害。灾情损失主要集中在农业用地和房屋建筑区，其中受灾土地覆盖范围广，农田受灾面积最广达到56. 02%，其次是湿地占21%，滩涂占11.67%，居民地和自然保护区各占受灾面积的2. 47%

地震海啸灾害后的生态系统严重恶化，主要表现在:海岸和海岛下沉、海岸侵蚀严重、海水侵入良田、海岸带盐渍化将加重1。

华北地区生态调查及数据质量评定

白洋淀位于河北省中部，是华北平原上最大的淡水湖泊，总面积3661anZ。由互相连接的143个大小淀泊组成。它对维护华北地区的生态环境、保持生物多样性和珍稀物种资源起着重要作用。白洋淀具有沼泽和水域等生态系统，是鱼类和鸟类在华北地区中部最理想的栖息地之一。据河北省水利厅介绍，白洋淀1965年以前原有鱼类17科54种，1984年以前原有鸟类192种。由于近20多年入淀水量减少，干淀现象多次发生，使白洋淀生态环境恶化，野生动植物资源遭到破坏，1992年调查鸟类仅剩52种，2000年调查鱼类减少到11科18种。

因持续干旱，到去年底白洋淀只有一些沟汉还有少许水量，而且白洋淀所属大清河水系上游各水库去年基本没有蓄上水，水利部和河北省决定从属于南运河水系的岳城水库，经子牙河水系向白洋淀调水。这一调水工程历时半年多到7月份结束，白洋淀纳水1.6亿m3，水域面积由原来的31km2增加到120km2。据水质监测部门监测，入淀水质达到III类水标准1。