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环境保护部卫星环境应用中心探秘

发布时间:2019-08-15 10:24:08

环境保护部卫星环境应用中心探秘

这架中型无人机长2.77米,翼展4.18米,最快飞行速度可达183公里/时,用遥控器控制起降。自2012年投入使用以来,卫星中心的无人机已执行多次环境监测任务,弥补了卫星监测看不清地表细节的不足。图中较小的飞机是工作人员平时用来练手的航模。

水华暴发、秸秆焚烧、生态破坏、海面溢油,如何能迅速发现并定位其所在地?环境卫星可以做到。2008年我国成功发射两颗环境小卫星,成为第一个发射环境卫星的发展中国家。9月22日,《环境与生活》杂志走进环境保护部卫星环境应用中心(以下简称“卫星中心”),探秘我国环境卫星的工作情况。

卫星中心的吴国增主任、杨一鹏正高工(教授级或研究员级高级工程师),为我们揭开了环境卫星遥感监测的神秘面纱。

未来8颗环境卫星看大地

卫星中心位于北京海淀区中关村永丰产业基地丰德东路,在西北五环路外,离五环路还有8公里远。

9月22日下午,从西北五环外的西二旗地铁站出来,乘公交车赶往该中心。沿途略显偏僻,除了农业种植园,不时有一些直径两米左右的“大锅盖”(卫星地面接收器)跃入眼帘。事后才知道,中国资源卫星应用中心等单位也驻扎在此。

卫星中心有自己的办公大楼,围墙内的院子安静整洁。走进办公楼,不同部门的办公室里都是忙碌的身影。该中心吴国增主任和杨一鹏正高工,分别在自己的办公室里接待了。当年,他们参与了卫星中心的筹建,对卫星中心的发展情况了然于胸。

吴国增介绍,我国民用卫星可分为四大类——气象卫星、资源卫星、海洋卫星和环境卫星。早在1998年,原国家环保总局就在充分调研和征求专家意见的基础上,联合国家减灾委和航天科技集团,提出了研发“环境与灾害监测预报小卫星星座”的建议。一晃10年过去,2008年9月6日,两颗光学小卫星发射升空,被命名为“环境一号”A星和B星(HJ-1A、HJ-1B),我国的环境监测从此有了“天眼”相助。

2012年11月19日,一颗合成孔径雷达小卫星也成功登天,这就是“环境一号”C星(HJ-1C)。它与A、B两星组成“2+1”星座。按计划,我国的环境卫星家族还会再添新丁,最终发展为由4颗光学卫星和4颗雷达卫星组成的“4+4”星座。

让这么多卫星上天“并肩作战”,是出于什么考虑?

杨主任向做了一番形象的解释。“环境一号”走的是距离地表约650公里的太阳同步轨道,以途经南北两极的角度绕地球旋转。这样就能让卫星获取有利而稳定的光学观测条件。然而,单颗卫星对地球的覆盖周期太长,不利于动态观测,用多颗卫星就能大大缩短覆盖周期

,这就是构建星座的意义。“‘环境一号’的覆盖周期只有两天,在我国的民用卫星里是最短的。好比说A星今天上午10点半过境北京,那么B星下次经过北京的时间就是后天上午10点半。”

环境与灾害监测预报小卫星星座工作流程图

成像幅宽超美国陆地卫星

“环境一号”卫星共搭载4种环境监测设备:CCD光学相机、红外相机、超光谱成像仪和S波段合成孔径雷达。卫星要利用这些成像“武器”,对地表水体、环境空气、区域生态状况等进行遥感动态监测,并与地面环境监测手段互补互助,形成“天地一体化”的立体式环境监测模式。

杨一鹏介绍,CCD相机的成像原理跟普通照相机类似,相当于一部功能更强大的数码相机。只要天气好,观测地物足够大,基本上想看什么就能看什么。“环境一号”的CCD相机的分辨率为30米。也就是说,它的图像是由一个个面积为900平方米的正方形单元组成。杨主任说,虽然地面分辨率并不算上乘(国际上商用卫星地面分辨率已高达0.4米),但“环境一号”的CCD相机拥有出色的图像幅宽。“美国陆地卫星‘Landsat’是公认比较好的卫星,它的一景图像覆盖地表185×185公里的范围,而‘环境一号’的CCD相机能达到360×360公里,两个CCD相机组合在一起,幅宽就是720公里——比西班牙的国土面积还要大。这样就节省了合成全覆盖图像所需的照片数量,减少了图像拼接校正时的误差。”

比起光学相机,红外相机的热敏感性可以不分昼夜地监测热岛效应、污废偷排、秸秆焚烧等问题。在云雾的天气条件下,CCD光学相机看不清地表,但植被破坏、违规建设、海面溢油等环境问题仍逃不过卫星的火眼金睛,这是因为C星搭载的S波段合成孔径雷达擅长监测地形地貌等轮廓性元素,基本上不受天气条件限制。

杨一鹏指出:“环境污染的成分很复杂,笼统地看到远远不够,要把污染物一个个分出来才行。”而“环境一号”搭载的超光谱成像仪有100多个光谱波段,可根据可根据各种地物光谱特征的唯一性,将观测到的地物信息精细分类。

吴国增,环境保护部卫星环境应用中心首任主任,2009年以来全面主持卫星中心工作。

用无人机弥补卫星不足

说到这里,杨一鹏带见识了航空遥感应用工具——无人机。

在一间库房里,两架大小不一的无人机静静地立在窗边。看惯了常在美国动作片里露脸的“捕食者”无人侦察机,这两架无人机就如大型航模一般。不过,它们为环保事业做出的贡献可没“长相”这么谦虚。

杨一鹏介绍,卫星中心共有4架无人机,去年刚刚交付使用,可搭载摄像机、高分辨率数码相机、红外相机等任务载荷,通过遥控器控制,它们能在平坦的地面上滑跑起降,也可弹射起降,升空后可转换到自动操作模式,按使用者事先设定好的路线巡航,执行任务时相对高度一般不超过1000米。其中,体型较小的一架小型无人机,载荷容量小,巡航时速约120公里,续航时间约4小时,遥控距离为40公里。今年4月和7月,它分别在内蒙古和青海执行了两次任务。较大的一架中型无人机,载荷容量是小型无人机的4倍,巡航时速约100公里,遥控距离长达100公里,但续航能力只有3小时。发现,中型无人机旁边还有一架更袖珍的小飞机,这是一架航模,平时工作人员用它练习无人机的遥控操作。“真家伙百十来万呢,可不能随便练着玩。”杨一鹏笑着说。

转过身,在一张桌子上看到了一张张无人机拍摄的、动辄几米宽的巨幅遥感图像,内容涉及县域生态环境质量考核、重点区域生态监察、重大项目环保验收、污染状况监测等,无人机简直是环境执法的“撒手锏”。杨一鹏说,卫星站得高,看得远,但分辨率不够高,细节情况看不清,而且受天气影响很大,无人机正是卫星遥感的一个有力补充。“出个应急的事,恰巧赶上天气条件差,卫星得不到有效数据,要想高效获取突发环境事件灾情或环境事件现状信息,此时无人机就发挥大作用了。有了它的帮忙,就能形成‘天、空、地一体化’的环境监测。”

身为环境遥感应用专家,杨一鹏对卫星、无人机遥感的实用性非常认可。据他讲,卫星中心每年组织开展两次环境遥感技术培训班,鼓励地方环保部门的一线工作人员了解并使用卫星、无人机遥感等环境监测新技术。他笑着说:“单靠两条腿干革命,累死人,效果还不理想。”

杨一鹏,环境保护部卫星环境应用中心航空遥感部主任,正高工,也参与了该中心的筹建工作。

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