环境减灾A、B卫星在泰国的数据服务与应用

航天 · 2016-11-22 23:42:49

环境减灾A、B卫星在泰国的数据服务与应用　　王治中 MongkoI Raksapatcharawong　　中国资源卫星应用中心泰国农业大学　　随着我国对地观测系统事业的快速发展，国产遥感卫星数据服务与应用的国际化将是未来发展的重点。环境减灾A、B卫星地面系统泰国站实现了我国整套遥感卫星地面系统出口零的突破。自2011年4月1日地面站交付以来，环境减灾A、B卫星为泰国提供了广泛的数据服务，并在防灾减灾、自然资源、农业、教育等应用领域取得了极大的成功，为中泰两国，乃至中国一东盟地区的航天技术合作做出了成功示范，也为国产遥感卫星数据服务和应用的国际化做出了有益的尝试。　　根据《国家中长期科技发展规划纲要》，我国将规划建设全天候、多尺度、多角度和全方位的先进对地观测系统。随着我国对地观测事业的快速发展，中国遥感卫星应该不仅仅只限于满足国内遥感用户的需要，还要积极参与国际遥感市场的竞争，向全球遥感用户推广国产遥感卫星的数据服务，逐步建立和完善“天地一体化”遥感数据服务与应用出口的新格局。　　环境减灾A、B卫星地面系统泰国站是我国首次实现遥感卫星地面接收站整套系统出口，不仅仅是中泰两国在航天技术方面的成功合作，也为中国遥感卫星数据的国际化应用服务开创了新局面。地面站自交付运行以来，已经累计接收和存档环境减灾A、B卫星影像近160，000景，广泛应用于泰国防灾减灾、自然资源、农业、教育等领域，为347家泰国用户提供数据服务。经泰国王室和政府批准，该地面站于2011年7月9日被正式命名为“朱拉蓬公主卫星地面站” (CSRS)，如图l所示。

本文回顾了CSRS地面站的建设过程，介绍了环境减灾A、B卫星在泰国的数据服务情况，并分别从防灾减灾、自然资源、农业、教育等四个方面对数据应用情况进行了介绍，最后对后续合作进行了展望。　　一、卫星基本情况　　环境减灾A、B卫星是我国环境监测与灾害预报小卫星星座中的两颗光学卫星，于2008年9月6日采用一箭双星方式成功发射，可实现48小时内对中国国境及周边地区的无缝覆盖观测，能满足对环境监测和灾害预报的需求。卫星载荷如下表所示。

二、地面系统　　根据政府间关于亚太多任务小卫星(SMMS)多边合作协议，在亚太空间合作组织(APSCO)卫星数据共享体系的框架下，APSCO、中国工业和信息化部、中国航天科技集团公司下属中国资源卫星应用中心、泰国信息与通信技术部和泰国农业大学于2009年6月在泰国曼谷共同签署了关于SMMS(环境减灾A、B)卫星数据泰国落地的合作协议。在该协议的基础上，中国资源卫星应用中心与泰国农业大学于2009年12月14日在泰国曼谷签署了环境减灾A、B卫星地面系统泰国站(即CSRS地面站)工程建设合同，由中国资源卫星应用中心为泰国农业大学在其曼谷校区建设一套环境减灾A、B卫星地面系统。地面系统于2011年4月1日正式交付投入运行。　　CSRS地面站位于泰国曼谷郊区(东经100。31 7，北纬13。45 7)，地势低洼，平均海拔不足2米。其接收范围可以覆盖到包含中国西南部、中国南海、越南、泰国、缅甸、柬埔寨、孟加拉国、印度东部、菲律宾西部、印度尼西亚等国家和地区在内的整个东南亚地区。

CSRS地面站包括数据接收系统和数据处理系统两大部分，主要完成环境减灾A、B卫星数据的接收和处理两大功能。数据接收系统可以对在其接收范围内过境的环境减灾A、B卫星进行捕获跟踪，并对卫星下传的成像数据进行接收、解调和记录。数据处理系统可以对数据接收系统接收的卫星下传数据进行实时解压缩和标准化处理，生产出标准二级影像产品，归档后通过网络向用户分发。　　在CSRS地面站运行之前，泰国的遥感用户主要使用由泰国地理信息和空间技术发展局(GISTDA)提供的“泰国地球观测卫星”(Theos)数据和美国“陆地卫星” (Landsat)数据。Theos卫星分辨率较高，但相机幅宽较窄，重访周期较长。Landsat卫星数据分辨率低，幅宽窄，获取时间长。环境减灾A、B卫星组成的星座具有两天重访的时间优势，CSRS地面站从卫星接收到处理分发只需要不到两个小时，极大地提高了遥感卫星应用的时效性，使得泰国政府和科研机构有机会使用到除Landsat和Theos等卫星之外的国产遥感卫星数据，丰富了泰国的遥感卫星数据源，满足了泰国用户在环境监测和灾害预报等方面的需求。　　CSRS地面站投入运行以来，每天可以接收4轨环境减灾A、B卫星数据。截止到2014年11月，该站已经累计接收和存档卫星影像近160，000景，包括59，496景CCD影像，97，604景HSI影像，6，848景IRS影像。这些数据通过CSRS地面站的分发系统(http：／／smms．eng．ku．ac．th／)免费提供给泰国的政府和科研机构下载使用。目前，在CSRS地面站分发系统上累计有活跃的泰国用户共347家。其中，超过52％的用户来自于科研机构，43％来自于政府部门。政府部门包括了工信部、皇家人工降雨局、皇家水利署、水稻署、农业经济办公室、农业发展署、国家灾害预警中心、自然资源环境部等。作为高优先级用户，这些政府部门可以快速从CSRS地面站获取环境减灾A、B卫星数据，有效地支撑了政府部门的日常业务系统。　　三、应用领域　　1．减灾防灾　　(1)洪水　　2011年，泰国遭遇了50年以来最严重的洪灾，共有815人遇难，经济损失高达457亿美元。环境减灾A、B卫星拥有高幅宽的CCD相机，组成的星座可以实现每天对灾区进行覆盖观测。图3和图4由环境减灾A、B卫星于2011年11月17日拍摄，分别是泰国西北地区(左)和中部地区(右)被洪水淹没的地区。　　在洪灾期间，CSRS地面站定期将遥感影像提供给泰国工信部。工信部在灾区遥感影像的基础上，利用GIS技术分析受灾面积，并将分析结果定期发布在其网站上，供社会公众使用和为政府救灾决策提供技术支持。　　(2)干旱　　干旱是泰国的主要灾害之一，每年大约一半以上的国土都会遭受严重的旱灾。泰国皇家降雨和农业航空局(DRRAA)是负责旱灾监测的政府部门。泰国农业大学与DRRAA联合开展了关于泰国北部、中部和东部的干旱评估分析项目。CSRS地面站为该项目提供环境减　　灾A、B卫星的遥感影像，利用环境减灾A、B卫星的CCD和IRS影像每月计算一次目标区域的NDVI、VHI和TCI指数，利用风云2E卫星的VISSR数据估计目标区域的降雨量，并将两种数据结合起来得到目标区域的干旱因子。结果数据会定期更新并公布在CSRS的网站上。DRRAA人员可以随时登陆网站查看某地区的干旱情况，以决定何时对该地区实施降雨措施，提高了DRRAA工作的时效性。

(3)火灾　　在干旱期间，泰国的北部地区会经常发生森林火灾，并产生大量的烟雾。传统的光学CCD影像由于无法穿透浓烟和云，一旦发生森林大火，无法及时找到着火点。CSRS地面站利用环境减灾A、B卫星的IRS影像和CCD影像为泰国自然资源和环境部快速定位浓烟下森林火灾着火点提供技术支持。图5为2012年2月15日CSRS地面站获取的泰国和缅甸交界处发生森林火灾时环境减灾A、B卫星IRS相机和CCD相机拍摄的火灾影像。应用中，要先在左下角的CCD影像中寻找起固火区域，再利用左上角的IRS影像精确定位浓烟下的着火点。

2．自然资源　　(1)林业　　泰国拥有丰富的林业资源，但是过去的50年来，非法砍伐已经导致泰国损失了40％的森林。因此，林业保护是历届泰国政府非常重视的工作。环境减灾A、B卫星的大幅宽相机对于森林变化监测有着很好的时间重访优势。泰国叻武里府Suan—Phueng地区由于风景优　　美和资源丰富，一直是非法砍伐的重灾区。　　CSRS地面站利用环境减灾A、B卫星遥感影像和GIS技术为当地政府开发了森林非法砍伐监测系统，使得环境减灾A、B卫星成为一个非常有效的监测手段。　　(2)河流沉积　　2011年的大洪灾期间，泰国境内的主要河流在其入海口处产生了大量的沉积物。CSRS地面站利用环境减灾A、B卫星监测这些河流的沉积物变化情况(如图6所示)，用于评估沿海农业发展变化情况，并定期向泰国自然资源和环境部报告。　　3．农业　　(1)估产　　水稻是泰国的主要农作物之一。泰国政府一直积极尝试用各种办法来监测水稻种植面积和评估水稻的产量。然而，由于缺乏足够的卫星数据，这些办法都不太成功。自环境减灾A、B卫星在泰国成功落地以来，水稻种植面积和产量评估成为环境减灾A、B卫星数据为政府部门服务最成功的应用之一。CSRS地面站联合泰国农业经济办公室和中国遥感所，开展了利用遥感卫星监测水稻种植面积的研究工作，并研制出水稻种植监测系统。系统的估计模型使得2012年水稻种植面积的估计准确率超过了80％。

(2)土地利用　　为了经济有效地利用泰国的农田，泰国政府对用于种植经济作物的农业经济带进行了长期的监测管理。泰国农业经济办公室与CSRS地面站联合开展利用环境减灾A、B卫星数据对泰国东北部那空柏侬府的土地利用情况进行研究。利用分类后的数据进行建模，以评估橡胶树、棕榈树、水稻、甘蔗、木薯等经济作物种植区域的土地特性。目前，该模型已经向泰国其他省份进行推广。　　4．教育　　此外，CSRS地面站还开展了基于环境减灾A、B卫星数据的在线教育研究工作，旨在对高中生进行遥感卫星技术和应用的教育。CSRS地面站鼓励学生使用CSRS归档的数据开展相关研和实验，并将他们的成果发布在地面站的GIS服务器上。为此，CSRS地面站专门研制了基于环境减灾A、B卫星数据的“云计算和存储系统” (http：／／stem．eng．ku．ac．th／)，免费向在线用户提供学习工具。　　四、展望　　毫无疑问，在CSRS地面站运行的3年多时间里，环境减灾A、B卫星数据在泰国的应用取得了极大的成功。未来，中国资源卫星应用中心将与泰国农业大学从数据源、应用和教育培训等3个方面进一步加强合作，以服务于我国的“海上丝绸之路”外交战略。　　在数据源方面，随着环境减灾A、B卫星接近寿命期，中国资源卫星应用中心正在为CSRS地面站提供升级改造方案，使其可以接收、处理和归档我国其他遥感卫星数据，以支撑国产遥感卫星数据在泰国的进一步推广和应用。　　在数据应用方面，中国资源卫星应用中心和CSRS地面站将继续从农业、自然资源和防灾减灾3个领域开展基于国产遥感卫星数据的应用研究。农业领域，在泰国政府农业经济带政策下，继续开展在作物分类、作物估产、作物用水估计和作物种植面积估计等领域的研究。自然资源领域，继续开展关于森林砍伐和面积监测的研究。防灾减灾领域，将开展滑坡监测、海岸带变化、河流沉积等方面的研究。　　在教育培训方面，中国资源卫星应用中心与CSRS地面站将在人员交流和培训方面开展合作。CSRS地面站将邀请中心的技术专家赴泰国农业大学对在校学生讲授遥感技术，并派遣若干名技术人员在中心开展长期的研究工作。　　随着我国对地观测系统事业的快速发展，通过参与国际遥感市场竞争和向全球用户推广国产遥感卫星数据服务，实现国产遥感卫星数据服务的国际化将是未来发展的重点。环境减灾A、B卫星地面系统泰国站(即CSRS地面站)实现了我国整套遥感卫星地面系统出口零的突破，其卫星数据在泰国的成功应用，为中泰两国，乃至中国一东盟地区的航天技术合作做出了成功示范，也为国产遥感卫星数据服务和应用的国际化做出了有益的尝试。

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