高分二号卫星数据服务与应用
高分二号（GF-2）卫星于2014年8月19日在太原卫星发射中心发射成功，是高分辨率对地观测系统重大专项首批启动立项的重要项目之一，也是我国自主研制的首颗空间分辨率优于1m的民用光学遥感卫星，标志着我国遥感卫星迈入亚米级高分时代，对于提高我国高分辨率对地观测数据自给率具有重大战略意义。2015年3月6日，在国家国防科技工业局组织下，高分二号卫星由研制单位交付给用户单位，正式投入使用。这颗卫星以其亚米级空间分辨率和多光谱综合光学遥感数据获取能力，展现了我国在遥感技术领域的深厚积累与创新突破。它成功解决了长焦距、大F数、轻型相机及复杂卫星系统设计的重重难题，实现了高精度高稳定度的姿态机动与图像定位的突破。相比于以往卫星3～5年的寿命设计，高分二号卫星的设计寿命在5～8年，提升了低轨道遥感卫星长寿命高可靠性能，为持续、稳定的对地观测提供了坚实保障。卫星系统由中国空间技术研究院抓总研制，中国资源卫星应用中心负责地面处理系统建设、运行管理、数据处理、存档、分发及服务等工作。目前，高分二号卫星发射已满十周年，已超期服役两年多，十年来，卫星运行基本稳定，各项指标基本正常，继续为我国乃至全球的遥感应用贡献着力量。1.高分二号卫星参数高分二号卫星搭载有两台高分辨率0.8m全色、3.2m光谱相机，幅宽为45km（双台），具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。卫星工作模式包括成像传输、成像记录和数据回放三种。高分二号卫星主要用户为自然资源部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家林业和草原局等部门，同时还将为其他用户部门和有关区域提供示范应用服务。高分二号卫星轨道参数和载荷参数如表1和表2所示。2.高分二号卫星数据产品高分二号卫星数据标准产品根据数据加工处理层级分为1级产品和2级产品：1级产品是由0级数据经数据解析、均一化辐射校正、去噪、MTFC、CCD拼接、波段配准等处理的影像数据；2级产品是由1级产品经过几何纠正、地图投影生成的影像产品。中国资源卫星应用中心负责运行的地面处理系统默认生产级别为1级产品（含RPC参数），产品格式为GeoTIFF，以压缩格式（*.tar.gz）进行存储和提供，能够满足有丰富遥感应用经验的用户用于高级图像处理。所有用户均可通过互联网访问中国资源卫星应用中心陆地观测卫星数据服务平台（图1）（https://data.cresda.cn）。截至2024年8月底，平台注册用户约4.7万，涉及单位5000余家。平台基于公有云发布数据产品并面向公众提供服务，实现影像拍摄到数据订购不超过6小时的快速数据服务响应。平台提供包括高分二号卫星在内的全部民用陆地观测卫星标准产品的数据检索（图2）、订购下载及数据推送等服务。十年来，高分二号卫星地面处理系统始终可靠稳定运行，及时、准确地处理完成所有下传数据，实现了原始条带数据和标准产品数据的快速归档和永久保存，保证了数据的完整性和可追溯性。截至2024年8月底，高分二号卫星累计成像34213圈，累计归档标准产品数据496.8万余景，数据量4.06PB，实现对全球有效覆盖16213万平方千米，对全国陆地部分有效覆盖952万平方千米。高分二号卫星数据服务优先满足主用户的行业需求。同时面向日益剧增的数据使用需求，根据不同类型和条件的用户，中国资源卫星应用中心已建成基于光纤专线、电子政务网和互联网“三网合一”的数据分发体系，逐渐形成完备的数据服务模式，“三网合一”的数据分发体系促进了信息共享与协作，同时也为公众提供了更加便捷、高效的服务。高分二号卫星数据分发方式主要通过光纤专线和互联网，截至2024年8月底，共向用户分发高分二号卫星数据2247.7万余景。图3为高分二号卫星2015—2023年度分发量统计。图3 高分二号卫星2015—2023年度分发量统计高分二号卫星空间分辨率为0.8m，幅宽为45km（双台），具有高空间分辨率、高定位精度等优势。在发生重大自然灾害时，中国资源卫星应用中心统筹规划卫星资源，及时对受灾区域进行拍摄，通过高低轨卫星联合的快速反应，综合应用包括高分二号卫星在内的多源遥感数据，开展自然灾害应急监测工作。1.滑坡与泥石流监测滑坡与泥石流通常发生在山区或丘陵地带，以高分二号卫星为代表的高分辨率卫星，可以及时获取灾前、灾后影像信息，清晰分辨出水体、植被、山区、居民区及道路等多种地物类型，准确识别山体局部滑塌和阻塞道路河道等现象，通过对受灾前后遥感影像联合分析，为山体滑坡、泥石流等地质灾害监测与救援工作提供可靠的遥感数据支持。图4为2024年8月3日前后四川雅康高速泥石流高分二号卫星与高分七号卫星应急灾害监测影像，可明显看到雅康高速及周边房屋被泥石流掩盖。2.森林火灾监测我国陆地观测卫星在森林火灾救援应急任务中发挥了重要作用，高分四号卫星在森林火灾前期监测中应用广泛，该星具备400km的超大幅宽，中波红外和可见光近红外波段联合分析可有效识别早期林火。同时，以高分二号卫星为代表的高分辨率卫星数据有效弥补了中低分辨率难以精确提取过火区域的不足，充分利用其近红外和可见光波段数据对火场过火区域进行动态监测，是准确感知火情态势、分析火灾发展及蔓延趋势和后期灾情评估的有力手段。通过高分四号卫星中波红外相机和高分二号等卫星高分辨率多光谱相机相结合，可以实现火灾的早期发现、火势跟踪监测、过火面积计算和损失评估的综合监测。图5为2024年6月15日山西临汾市安泽县及周边森林火灾高分二号卫星灾前灾后假彩色合成影像，火灾过后，过火区域的植被被烧毁，在影像上存在显著差异，颜色呈现深色。3.洪涝灾害监测洪涝灾害受灾范围监测评估是卫星遥感应急监测的重要内容，洪涝灾害发生时往往伴随着多云雨天气，此时光学卫星观测条件受限，因此需要利用雷达卫星与高分辨率光学卫星协同联合监测，通常在暴雨发生期间利用“穿云透雾”的雷达卫星动态跟进洪涝受灾范围，实现快速定位洪涝受灾区域，帮助跟进、评估洪涝灾害灾情发展，以支持灾区抢险抗洪和洪涝危险区域群众紧急转移工作，在暴雨结束之后及时安排高分二号等高分辨率光学卫星协同跟进观测受灾区域，比对洪涝发生前后各时期的水体范围，动态监测灾区退水情况，对灾后恢复和重建工作提供了科学的决策依据。图6为2024年7月26日前后湘潭县向东渠沿岸洪灾高分七号卫星与高分二号卫星应急灾害监测影像，可明显看出洪水泛滥。4.地震监测卫星遥感技术在地震灾害监测任务中通常负责建筑物/道路震害损毁快速检测和震后滑坡等次生灾害风险评估。以高分二号卫星为代表的高分辨率光学卫星能够快速获取地震区域的遥感数据，通过震前震后影像联合分析，帮助识别受灾范围、建筑物倒塌情况、道路中断等灾害信息，准确评估地震灾害的范围和程度。在高分辨率光学卫星影像识别震区的基础上，可利用雷达卫星进行干涉SAR形变监测提取地震震区周边的地形形变，评估山体滑坡等次生灾害的风险，提高灾害防范能力。通过多源卫星协同观测，确保全天时、全天候、高时效为地震灾害的监测、评估、应急响应和灾后重建提供有力的技术支持和数据保障。图7为2023年2月6日前后土耳其地震高分二号卫星与高分七号卫星应急灾害监测影像，真实呈现了受灾区域的情况。1.基础设施建设进度监测高分二号卫星影像在基础设施建设进度监测中发挥重要作用，特别是在机场和高铁站等大型项目的监测上，可实现对机场的基础设施（例如跑道、滑行道、停机坪、机场地面保障设备、航站楼等）和高铁站的基础设施（例如站房建设、轨道铺设、配套设施安装等）以及建设用地变化等信息的高精度提取，为机场和高铁站的规划、建设、运营管理提供精准的数据支持，是当前遥感技术应用于基础设施建设监测的重要方向。图8为高分二号卫星拉萨贡嘎国际机场T3航站楼主体结构封顶前后监测影像。图8 高分二号卫星拉萨贡嘎国际机场T3航站楼主体结构封顶前后监测影像2.城市土地利用监测高分二号卫星可应用于城市土地利用监测。遥感信息的周期性、宏观性、现势性的特点，使之成为及时获取变化信息，进行城市动态监测、环境分析等研究的必不可少的手段。通过监测和分析城市土地利用的变化情况，为城市规划和管理部门提供准确的数据支持，帮助制定科学合理的城市发展规划和管理政策，对于加强土地管理和保护也具有重要意义。图9为高分二号卫星雄安新区启动区变化局部影像。3.道路交通监测高分二号卫星空间分辨率高，可对公路周边道路进行高精度成像和识别。利用高分辨率遥感影像数据，经过相应的处理和解译，可以分析出关键节点周缘重要目标、坡度、工程岩土体类型等地质环境特点，进一步提出潜在灾害及隐患，可解译能力强。图10为基于高分二号卫星多光谱影像制作的1:5万重点区道路通行能力与地质环境特征解译。图10 高分二号卫星1:5万重点区道路通行能力与地质环境4.矿山遥感监测由于矿山地形复杂、交通不便，传统监测方法不仅耗资巨大，而且难以及时准确掌握矿产资源开发与管理的多元信息。遥感技术可以在短时间内快速监测并提供数据，一定程度上减少野外调查的工作量。高分二号卫星空间分辨率优于1m，地物轮廓更加清晰，直接提高了硐口及采场解译的效率和准确度，突破了1:5万尺度下矿山遥感监测的限制，实现了1:1万尺度的矿山遥感监测。图11为基于高分二号卫星影像提取的墨竹工卡矿区中转场地和开采面遥感影像。高分二号卫星是我国自主研制的首颗空间分辨率优于1m的民用光学遥感卫星，在服役的十年时间里，广泛应用于国内外自然灾害监测、自然资源、生态环境、住房与城乡建设、水利、能源矿产等多个领域。未来将依托于公益云服务平台，向政府、企业、科研、公众等用户提供大数据、容器云、数据库等高效率数据产品和高价值信息服务，发挥好我国民用陆地观测卫星数据的优势，在国家发展和社会进步中发挥更加重要的作用。
