陳韜亦，彭會(huì)湘，王 彬

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第五十四研究所，石家莊 050081;2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 航天信息應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050081)

0 引言

我國(guó)是世界上受自然災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)自然災(zāi)害具有頻率高、分布廣、類型多、損失重的特點(diǎn)。重大災(zāi)害在很短時(shí)間內(nèi)能夠造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[1-4]，而且結(jié)合自然條件和天氣氣候的影響，災(zāi)害救援形勢(shì)錯(cuò)綜復(fù)雜，災(zāi)害的應(yīng)急救援面臨著很大的困難。

衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)具有大地域覆蓋、不依賴地面設(shè)施、重訪周期短、空間分辨率高等特點(diǎn)，已成為陸地和海上目標(biāo)檢測(cè)和態(tài)勢(shì)監(jiān)視的重要手段。對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星是國(guó)家重要的戰(zhàn)略性資源，也是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)國(guó)家安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展具有重大意義，為維護(hù)國(guó)家權(quán)益、保障我國(guó)戰(zhàn)略性資源和環(huán)境安全提供對(duì)地觀測(cè)信息服務(wù)，是政治、軍事、外交、公共安全和農(nóng)業(yè)、災(zāi)害、資源、環(huán)境等重大問(wèn)題的決策依據(jù)。

以高分一號(hào)衛(wèi)星為例，中國(guó)地震局曾利用利用高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在2014年2月新疆于田地震中成功地解譯出新增地表破裂帶有關(guān)信息并確立震中位置，為該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造、發(fā)震構(gòu)造研究等提供了重要信息支撐；在馬航MH370失聯(lián)事件中，高分一號(hào)衛(wèi)星曾多次發(fā)現(xiàn)疑似漂浮物，為失聯(lián)客機(jī)搜救提供數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)的手段，及時(shí)獲取災(zāi)害區(qū)域的遙感影像，與災(zāi)前歷史遙感數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息、災(zāi)情信息等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理與分析，可快速獲得受災(zāi)區(qū)域損毀情況、受災(zāi)范圍評(píng)估結(jié)果以及災(zāi)情預(yù)判報(bào)告，遙感衛(wèi)星災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為應(yīng)急救災(zāi)領(lǐng)域重要的技術(shù)手段之一[5-10]。

為充分發(fā)揮遙感衛(wèi)星在應(yīng)急監(jiān)測(cè)任務(wù)中的保障作用，本論文提出了一種遙感衛(wèi)星效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建方法，適用于對(duì)遙感衛(wèi)星支持災(zāi)害應(yīng)急等業(yè)務(wù)的效能評(píng)估，這種指標(biāo)體系構(gòu)建方法能夠?yàn)槲覈?guó)衛(wèi)星有效用于國(guó)內(nèi)外重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)服務(wù)提供有效的評(píng)估手段和技術(shù)支撐。

1 效能評(píng)估體系構(gòu)建

遙感衛(wèi)星支持災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力按照應(yīng)用模式可以分為陸地災(zāi)害預(yù)警、海上災(zāi)害預(yù)警[11-14]、災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成等三種能力，每種能力可以通過(guò)對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力、信息時(shí)效性、信息更新能力、連續(xù)觀測(cè)能力、識(shí)別能力、定位精度等能力指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)估。上述每項(xiàng)能力指標(biāo)又可以分解為多項(xiàng)可量化評(píng)估的單項(xiàng)性能指標(biāo)。采用這種層層分解的方式，分析梳理影響各種能力的指標(biāo)，如圖1所示。

圖1 遙感衛(wèi)星災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)效能評(píng)估指標(biāo)體系

基于遙感衛(wèi)星效能評(píng)估指標(biāo)，利用簡(jiǎn)單加權(quán)法，首先對(duì)陸地災(zāi)害預(yù)警、海上災(zāi)害預(yù)警、災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成等三個(gè)方面進(jìn)行分析評(píng)估。然后，在三個(gè)方面評(píng)估結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)遙感衛(wèi)星支持災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)應(yīng)用效能進(jìn)行綜合評(píng)估。

以基于解析計(jì)算的應(yīng)急災(zāi)害應(yīng)用能力分析為基礎(chǔ)，通過(guò)能力指標(biāo)項(xiàng)的聚合評(píng)估，計(jì)算不同遙感衛(wèi)星對(duì)于應(yīng)用效能的提升幅度。具體評(píng)估流程如下：

1)采用統(tǒng)計(jì)或仿真的方法，對(duì)遙感衛(wèi)星的單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化計(jì)算，其中，需求籌劃時(shí)間、任務(wù)規(guī)劃時(shí)間、衛(wèi)星機(jī)動(dòng)時(shí)間、數(shù)據(jù)接收時(shí)間、數(shù)據(jù)處理時(shí)間、災(zāi)害信息分發(fā)時(shí)間等指標(biāo)主要采用統(tǒng)計(jì)的方式獲?。黄骄聲r(shí)間、最長(zhǎng)更新時(shí)間、最短更新時(shí)間、連續(xù)觀測(cè)時(shí)間、連續(xù)觀測(cè)窗口數(shù)量等指標(biāo)主要采用仿真的方式獲??；類型識(shí)別、目標(biāo)描述等指標(biāo)主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值獲??；定位精度主要采用遙感衛(wèi)星本身觀測(cè)載荷的性能指標(biāo)。

2)基于單項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算出觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力、信息時(shí)效性、信息更新能力、連續(xù)觀測(cè)能力、識(shí)別能力和定位精度等能力指標(biāo)。

3)基于能力指標(biāo)，計(jì)算出陸地災(zāi)害預(yù)警能力AL、海上災(zāi)害預(yù)警能力AH和災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力AZ等應(yīng)用效能指標(biāo)。

4)基于典型應(yīng)用，采用線性加權(quán)法對(duì)應(yīng)用效能P進(jìn)行評(píng)估，P=W1AL+W2AH+W3AZ，其中Wi為權(quán)重，取值范圍為[0，1]，并且滿足W1+W2+W3=1的要求。

5)計(jì)算將來(lái)某時(shí)間點(diǎn)相比當(dāng)前現(xiàn)有遙感衛(wèi)星應(yīng)用效能大小，即((PK-PF)/PF)×100%。PK為將來(lái)某時(shí)間點(diǎn)能力，PF為現(xiàn)有能力。

2 能力指標(biāo)分析

2.1 觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力

觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力是評(píng)估衛(wèi)星系統(tǒng)能否及時(shí)有效對(duì)目標(biāo)觀測(cè)的能力。觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力與觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間和觀測(cè)任務(wù)類型相關(guān)，不同的觀測(cè)任務(wù)，對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求不同，當(dāng)衛(wèi)星觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間不滿足要求時(shí)，會(huì)影響觀測(cè)的有效性。例如對(duì)海上目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，如果衛(wèi)星系統(tǒng)不能及時(shí)響應(yīng)任務(wù)需求，則可能難以獲取目標(biāo)信息，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效觀測(cè)。

觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間是指根據(jù)觀測(cè)任務(wù)制定觀測(cè)需求，并完成任務(wù)規(guī)劃、衛(wèi)星測(cè)控、開(kāi)機(jī)觀測(cè)等一系列動(dòng)作所需的總時(shí)間延遲。觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的起始時(shí)間是開(kāi)始制定觀測(cè)需求，終止時(shí)間是衛(wèi)星開(kāi)機(jī)觀測(cè)。因此，觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間可以分解為需求籌劃時(shí)間、任務(wù)規(guī)劃時(shí)間和衛(wèi)星機(jī)動(dòng)時(shí)間。觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

表1 觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力單項(xiàng)指標(biāo)

需求籌劃時(shí)間是指各級(jí)應(yīng)用部門(mén)根據(jù)觀測(cè)任務(wù)制定衛(wèi)星觀測(cè)申請(qǐng)并提交至衛(wèi)星管控系統(tǒng)所需的時(shí)間，主要包括觀測(cè)需求制定、需求匯總分析、觀測(cè)申請(qǐng)和提交等過(guò)程。

任務(wù)規(guī)劃時(shí)間是指衛(wèi)星管控系統(tǒng)根據(jù)觀測(cè)申請(qǐng)進(jìn)行衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃所需的時(shí)間，主要包括觀測(cè)申請(qǐng)匯總、觀測(cè)任務(wù)會(huì)商、衛(wèi)星觀測(cè)計(jì)劃制定，有效載荷控制指令制定，衛(wèi)星測(cè)控申請(qǐng)制定和提交等過(guò)程。

衛(wèi)星機(jī)動(dòng)時(shí)間是指衛(wèi)星按照控制指令進(jìn)行開(kāi)機(jī)、姿態(tài)機(jī)動(dòng)和過(guò)頂任務(wù)區(qū)域進(jìn)行開(kāi)機(jī)觀測(cè)所需的時(shí)間，主要包括控制指令制定上注、姿態(tài)機(jī)動(dòng)、衛(wèi)星飛行、開(kāi)機(jī)觀測(cè)等過(guò)程。

觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間可以采用統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行量化分析。通過(guò)對(duì)一定時(shí)間段內(nèi)或一定數(shù)量的觀測(cè)任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析計(jì)算需求籌劃時(shí)間、任務(wù)規(guī)劃時(shí)間和衛(wèi)星機(jī)動(dòng)時(shí)間所需的時(shí)間。

對(duì)固定目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，一般對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求較低，當(dāng)衛(wèi)星能夠在任務(wù)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成觀測(cè)，及觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間優(yōu)于任務(wù)規(guī)定的時(shí)間要求時(shí)，可以判定觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力為1，否則判定為0。

對(duì)移動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求較高，影響觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力包括觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間TR、衛(wèi)星瞬時(shí)觀測(cè)范圍LR和目標(biāo)移動(dòng)速度VR。在衛(wèi)星完成觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)，目標(biāo)移動(dòng)的最大距離為VR×TR，在難以預(yù)估目標(biāo)移動(dòng)方向的情況下，衛(wèi)星觀測(cè)進(jìn)行時(shí)目標(biāo)的散布范圍為2(VR×TR)，只有LR不小于2(VR×TR)時(shí)，才能保證觀測(cè)的有效性，因此衛(wèi)星對(duì)移動(dòng)目標(biāo)觀測(cè)時(shí)的觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力計(jì)算公式如下：

(1)

2.2 信息時(shí)效性

信息時(shí)效性是指從衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)刻開(kāi)始，直至將災(zāi)害信息發(fā)送至需求提交方的總時(shí)間延遲。一般情況下，按照衛(wèi)星信息應(yīng)用的流程，可以分為數(shù)據(jù)接收時(shí)間、信息處理時(shí)間和災(zāi)害信息分發(fā)時(shí)間等。信息時(shí)效性單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2所示。

表2 信息時(shí)效性單項(xiàng)指標(biāo)

數(shù)據(jù)接收時(shí)間是指從衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)刻開(kāi)始，直至衛(wèi)星接收系統(tǒng)完成觀測(cè)數(shù)據(jù)的接收所需的時(shí)間。衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)可以分為實(shí)傳、回傳和中繼等三種下傳方式。實(shí)傳方式是衛(wèi)星在地面接收范圍內(nèi)觀測(cè)時(shí)采用的數(shù)據(jù)下傳方式，在這種方式下衛(wèi)星可以在觀測(cè)后將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)下傳。衛(wèi)星在地面接收范圍外觀測(cè)時(shí)可以采用回傳和中繼兩種方式接收?；貍鞣绞绞侵感l(wèi)星將觀測(cè)數(shù)據(jù)先在星上存儲(chǔ)，當(dāng)衛(wèi)星飛行至地面接收站范圍內(nèi)時(shí)再下傳，數(shù)據(jù)接收延遲與目標(biāo)位置有關(guān)；中繼方式是指衛(wèi)星觀測(cè)后將數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星傳輸至地面接收站，與實(shí)傳方式相比，主要增加了觀測(cè)衛(wèi)星向數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星傳輸數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星向中繼衛(wèi)星地面站傳輸數(shù)據(jù)，以及中繼衛(wèi)星地面站向觀測(cè)衛(wèi)星地面站傳輸數(shù)據(jù)等幾個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間延遲，這段時(shí)間延遲與數(shù)據(jù)量相關(guān)。

信息處理時(shí)間是指從地面應(yīng)用系統(tǒng)接收到地面接收站傳輸?shù)男l(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)始，直至完成產(chǎn)品生產(chǎn)的時(shí)間延遲。主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)間、數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)間、數(shù)據(jù)分析時(shí)間等。數(shù)據(jù)傳輸與接入時(shí)間主要是指衛(wèi)星地面站完成數(shù)據(jù)接收后將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理設(shè)備，數(shù)據(jù)處理設(shè)備完成數(shù)據(jù)預(yù)處理的時(shí)間延遲。對(duì)成像衛(wèi)星數(shù)據(jù)而言，就是從零級(jí)圖像數(shù)據(jù)到生成二級(jí)圖像產(chǎn)品的時(shí)間延遲。數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)間是指衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)將生成的二級(jí)圖像產(chǎn)品分發(fā)至應(yīng)用系統(tǒng)的時(shí)間延遲，包括了數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間和數(shù)據(jù)接入時(shí)間，數(shù)據(jù)分發(fā)時(shí)間與數(shù)據(jù)量相關(guān)。數(shù)據(jù)分析時(shí)間是指應(yīng)用系統(tǒng)接入二級(jí)圖像產(chǎn)品后，對(duì)災(zāi)害目標(biāo)的屬性、位置等信息進(jìn)行提取，并按照規(guī)定的格式生成災(zāi)害信息、圖像信息、文字報(bào)等各類產(chǎn)品所需的時(shí)間。

災(zāi)害信息分發(fā)時(shí)間是指衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)將生成的災(zāi)害信息傳輸至需求提交方的時(shí)間延遲。災(zāi)害信息分發(fā)時(shí)間與數(shù)據(jù)量和傳輸信道的速率相關(guān)，一般情況下，態(tài)勢(shì)信息和文字報(bào)類數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間較短，在分鐘級(jí)；圖像信息傳輸時(shí)間較長(zhǎng)。

2.3 信息更新能力

信息更新能力是指衛(wèi)星對(duì)同一目標(biāo)或區(qū)域相鄰兩次觀測(cè)的時(shí)間間隔。保障任務(wù)不同時(shí)，對(duì)信息更新能力的評(píng)估方法也存在一定差異，信息更新能力主要分解為平均更新時(shí)間、最長(zhǎng)更新時(shí)間和最短更新時(shí)間。信息更新能力單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表3所示。

表3 信息更新能力單項(xiàng)指標(biāo)

對(duì)固定災(zāi)害區(qū)域或目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，由于觀測(cè)區(qū)域相對(duì)固定，可以統(tǒng)計(jì)規(guī)定觀測(cè)時(shí)段內(nèi)衛(wèi)星對(duì)同一目標(biāo)或區(qū)域的平均更新時(shí)間TA、最長(zhǎng)更新時(shí)間TL和最短更新時(shí)間TS(當(dāng)兩次觀測(cè)間隔不大于1分鐘時(shí)，可認(rèn)為是連續(xù)觀測(cè))。通過(guò)分析上述3項(xiàng)指標(biāo)信息更新需求TN的差值來(lái)評(píng)估。當(dāng)TL不大于TN時(shí)，信息更新能力可以判定為1；當(dāng)TL大于TN時(shí)且TA不大于TN時(shí)，信息更新能力評(píng)估值在0.6～1之間；當(dāng)TA大于TN時(shí)且TS不大于TN時(shí)，信息更新能力評(píng)估值在0.2～0.6之間；當(dāng)TS大于TN時(shí)，信息更新能力評(píng)估值在0～0.2之間。因此，信息更新能力評(píng)估值計(jì)算公式如下：

(2)

對(duì)海上災(zāi)害目標(biāo)監(jiān)視時(shí)，由于目標(biāo)分布的隨機(jī)性，可以在上述方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在大范圍海域內(nèi)建立多個(gè)目標(biāo)模型，每個(gè)目標(biāo)的航線、航速、出發(fā)時(shí)間等都為隨機(jī)，先分別計(jì)算每個(gè)目標(biāo)的信息更新能力，然后計(jì)算出均值，即為衛(wèi)星對(duì)海上目標(biāo)的信息更新能力。采用這種方式，目標(biāo)模型的數(shù)量越多，信息更新能力的評(píng)估值更加準(zhǔn)確。

對(duì)重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)視時(shí)，受低軌衛(wèi)星運(yùn)行軌道和觀測(cè)載荷的限制，當(dāng)區(qū)域較大時(shí)，對(duì)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)次數(shù)和觀測(cè)時(shí)間間隔存在差異，可以將區(qū)域劃分成若干個(gè)小網(wǎng)格，分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格的信息更新能力，然后計(jì)算出均值，即為衛(wèi)星對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的信息更新能力。

2.4 連續(xù)觀測(cè)能力

連續(xù)觀測(cè)能力是指衛(wèi)星對(duì)同一目標(biāo)或區(qū)域不間斷觀測(cè)的能力，可以由連續(xù)觀測(cè)時(shí)間、連續(xù)觀測(cè)窗口數(shù)量等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估。連續(xù)觀測(cè)能力單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表4所示。

表4 連續(xù)觀測(cè)能力單項(xiàng)指標(biāo)

連續(xù)觀測(cè)時(shí)間是指衛(wèi)星以較高的頻次(不低于每分鐘1次)進(jìn)行觀測(cè)持續(xù)時(shí)間；連續(xù)觀測(cè)窗口數(shù)量是指在規(guī)定時(shí)段內(nèi)能夠滿足任務(wù)所需的連續(xù)觀測(cè)要求的次數(shù)。例如，災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成要求能夠?qū)χ攸c(diǎn)災(zāi)害目標(biāo)每天提供NS個(gè)連續(xù)觀測(cè)窗口，每個(gè)窗口的連續(xù)觀測(cè)時(shí)間不少于T分鐘?？梢酝ㄟ^(guò)統(tǒng)計(jì)的方式計(jì)算衛(wèi)星每天能夠?qū)δ繕?biāo)連續(xù)觀測(cè)不少于T分鐘的窗口數(shù)量NR，連續(xù)觀測(cè)能力C的計(jì)算公式如下：

(3)

2.5 識(shí)別能力

識(shí)別能力是指衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)類型、外觀等屬性識(shí)別和確認(rèn)的能力，可分為類型識(shí)別和目標(biāo)描述等單項(xiàng)指標(biāo)。連續(xù)觀測(cè)能力單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表5所示。

表5 連續(xù)觀測(cè)能力單項(xiàng)指標(biāo)

影響目標(biāo)識(shí)別的因素主要包括：天氣、環(huán)境，目標(biāo)尺寸、衛(wèi)星載荷類型、分辨率等因素。一般情況下，對(duì)同一目標(biāo)可以通過(guò)多類不同載荷的衛(wèi)星進(jìn)行綜合識(shí)別，提高目標(biāo)的識(shí)別確認(rèn)能力。因此多顆衛(wèi)星的綜合目標(biāo)識(shí)別能力為：

Si=Si-1+(1-Si-1)Pi

(4)

Pi為當(dāng)前過(guò)頂觀測(cè)的衛(wèi)星的單星識(shí)別能力，Si-1為之前過(guò)頂觀測(cè)衛(wèi)星的綜合識(shí)別能力。一般情況下在規(guī)定時(shí)段內(nèi)同一類衛(wèi)星的多次觀測(cè)不累計(jì)計(jì)算。

成像觀測(cè)衛(wèi)星單星識(shí)別能力可采用如下方式進(jìn)行計(jì)算：

(5)

公式中各參數(shù)的取值如下：

G為光照因子。SAR成像衛(wèi)星G=1；光學(xué)成像衛(wèi)星白天(7:00～19:00)G=1，夜間G=0。

Y為天氣因子，這里主要考慮有云和無(wú)云。SAR成像衛(wèi)星的Y=1；光學(xué)成像衛(wèi)星Y=0.5(假設(shè)無(wú)云的概率均為0.5)。

Ba為傳感器基數(shù)。在不考慮氣象和光照等影響時(shí)，可見(jiàn)光成像目標(biāo)識(shí)別技術(shù)成熟度較高，則傳感器基數(shù)Ba為1；SAR成像衛(wèi)星的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)較弱，暫定為0.5。

V為傳感器分辨能力，取值與當(dāng)前過(guò)頂衛(wèi)星空間分辨率、目標(biāo)尺寸和目標(biāo)類型等相關(guān)。一般情況下，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)要求能夠做到類型識(shí)別，目標(biāo)尺寸應(yīng)不小于衛(wèi)星空間分辨率的20倍；對(duì)固定目標(biāo)應(yīng)能做到對(duì)目標(biāo)描述，目標(biāo)尺寸應(yīng)不小于衛(wèi)星空間分辨率的30倍。傳感器分辨能力的計(jì)算公式如下：

(6)

DR為當(dāng)前過(guò)頂衛(wèi)星的空間分辨率。

DS為空間分辨率要求，對(duì)移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別時(shí)，DS=M/20；描述時(shí)，DS=M/30；對(duì)固定目標(biāo)，DS=M/30；M為目標(biāo)尺寸。

2.6 定位精度

定位精度是指衛(wèi)星對(duì)目標(biāo)探測(cè)時(shí)獲取的目標(biāo)位置與真實(shí)位置的誤差，可分為無(wú)控制點(diǎn)定位精度、有控制點(diǎn)定位精度等單項(xiàng)指標(biāo)。定位精度單項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表6所示。

表6 定位精度單項(xiàng)指標(biāo)

對(duì)陸地固定目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，可以采用控制點(diǎn)(控制點(diǎn)是指通過(guò)測(cè)量已經(jīng)掌握了精確位置信息的點(diǎn)位)對(duì)目標(biāo)的位置誤差進(jìn)行修正，所以一般用有控制點(diǎn)精度來(lái)評(píng)估；對(duì)海上移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視時(shí)，一般難以獲取有效的控制點(diǎn)，所以用無(wú)控制點(diǎn)精度來(lái)評(píng)估。

3 災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)效能能力指標(biāo)分析

3.1 陸地災(zāi)害預(yù)警能力

陸地災(zāi)害監(jiān)視能力是指利用衛(wèi)星對(duì)陸上重點(diǎn)目標(biāo)或區(qū)域進(jìn)行災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)視，具備掌握重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域受災(zāi)前后變化和災(zāi)害預(yù)警的能力。

影響陸地災(zāi)害監(jiān)視能力的指標(biāo)主要為觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力、信息時(shí)效性、信息更新能力、識(shí)別能力和定位精度等。陸地災(zāi)害監(jiān)視能力對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求是1天，信息時(shí)效性要求優(yōu)于2小時(shí)，信息更新時(shí)間要求優(yōu)于4～6小時(shí)，識(shí)別能力要求能夠?qū)μ囟繕?biāo)進(jìn)行描述，定位精度要求優(yōu)于50米(有控制點(diǎn))。

根據(jù)上一節(jié)的計(jì)算方法可以分別計(jì)算出觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力R、信息時(shí)效性ER、信息更新能力T、識(shí)別能力Si和定位精度FR的數(shù)值。其中，觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力決定了衛(wèi)星能否對(duì)關(guān)注區(qū)域或目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，如果觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力為0，則其他能力即使較高，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)陸地災(zāi)害預(yù)警，因此，陸地災(zāi)害預(yù)警能力的計(jì)算公式如下：

AY=R(Z1E+Z2T+Z3Si+Z4F)

(7)

其中，Z1、Z2、Z3、Z4根據(jù)不同能力指標(biāo)對(duì)陸地災(zāi)害預(yù)警能力的影響程度來(lái)進(jìn)行取值，取值范圍為[0，1]，并且滿足Z1+Z2+Z3+Z4=1的要求。對(duì)陸地災(zāi)害預(yù)警能力評(píng)估時(shí)，信息更新能力和識(shí)別能力的影響較大，因此Z2、Z3的取值相對(duì)較大。

E為信息時(shí)效性需求滿足度，當(dāng)信息時(shí)效性優(yōu)于或等于2小時(shí)時(shí)，E=1；否則E=2/ER(ER的單位為小時(shí))。

F為定位精度需求滿足度，當(dāng)定位精度優(yōu)于或等于50米時(shí)，F(xiàn)=1；否則F=50/FR(FR的單位為米)。

3.2 海上災(zāi)害預(yù)警能力

海上災(zāi)害預(yù)警能力是指利用遙感衛(wèi)星對(duì)大范圍海域觀測(cè)，掌握艦船等移動(dòng)目標(biāo)屬性信息、受災(zāi)前后變化和災(zāi)害預(yù)警的能力。

影響海上災(zāi)害預(yù)警能力的指標(biāo)主要為觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力、信息時(shí)效性、信息更新能力、識(shí)別能力和定位精度等。海上災(zāi)害預(yù)警能力對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求是一般1天，應(yīng)急情況下可優(yōu)于2小時(shí)；信息時(shí)效性要求優(yōu)于0.5小時(shí)；信息更新時(shí)間要求優(yōu)于1～2小時(shí)；識(shí)別能力要求能夠?qū)σ苿?dòng)目標(biāo)進(jìn)行類型識(shí)別；定位精度要求優(yōu)于30千米(無(wú)控制點(diǎn))。其中，影響海上災(zāi)害預(yù)警能力的主要指標(biāo)是信息更新時(shí)間和信息時(shí)效性。

根據(jù)上一節(jié)的計(jì)算方法可以分別計(jì)算出觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力R、信息時(shí)效性ER、信息更新能力T、識(shí)別能力Si和定位精度FR的數(shù)值。其中，觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力決定了衛(wèi)星能否對(duì)關(guān)注區(qū)域或目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，如果觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力為0，則其他能力即使較高，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)海上災(zāi)害預(yù)警，因此，海上災(zāi)害預(yù)警能力的計(jì)算公式如下：

AJ=R(Z1E+Z2T+Z3Si+Z4F)

(8)

其中，Z1、Z2、Z3、Z4根據(jù)不同能力指標(biāo)對(duì)海上災(zāi)害預(yù)警能力的影響程度來(lái)進(jìn)行取值，取值范圍為[0，1]，并且滿足Z1+Z2+Z3+Z4=1的要求。對(duì)海上災(zāi)害預(yù)警能力評(píng)估時(shí)，信息時(shí)效性和信息更新能力的影響較大，因此Z1、Z2的取值相對(duì)較大。

E為信息時(shí)效性需求滿足度，當(dāng)信息時(shí)效性優(yōu)于或等于0.5小時(shí)時(shí)，E=1；否則E=0.5/ER(ER的單位為小時(shí))。

F為定位精度需求滿足度，當(dāng)定位精度優(yōu)于或等于30千米時(shí)，F(xiàn)=1；否則F=30/FR(FR的單位為千米)。

3.3 災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力

災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力是指利用衛(wèi)星對(duì)災(zāi)害區(qū)域進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，掌握災(zāi)害區(qū)域受災(zāi)目標(biāo)變化情況的能力。

影響災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力的指標(biāo)主要為觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力、信息時(shí)效性、信息更新能力、連續(xù)觀測(cè)能力、識(shí)別能力和定位精度等。災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力對(duì)觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求是優(yōu)于2小時(shí)；信息時(shí)效性要求優(yōu)于10分鐘；信息更新時(shí)間要求優(yōu)于0.5～1小時(shí)；連續(xù)觀測(cè)時(shí)間要求5～10分鐘，每天不少于20個(gè)連續(xù)觀測(cè)窗口；識(shí)別能力要求能夠?qū)σ苿?dòng)目標(biāo)進(jìn)行類型識(shí)別；定位精度要求優(yōu)于4千米(無(wú)控制點(diǎn))。

根據(jù)上一節(jié)的計(jì)算方法可以分別計(jì)算出觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力R、信息時(shí)效性ER、信息更新能力T、連續(xù)觀測(cè)能力C、識(shí)別能力Si和定位精度FR的數(shù)值。其中，觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力決定了衛(wèi)星能否對(duì)關(guān)注區(qū)域或目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，如果觀測(cè)任務(wù)響應(yīng)能力為0，則其他能力即使較高，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成。因此，災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力的計(jì)算公式如下：

AT=R(Z1E+Z2T+Z3C+Z4Si+Z5F)

(9)

其中，Z1、Z2、Z3、Z4、Z5根據(jù)不同能力指標(biāo)對(duì)災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力的影響程度來(lái)進(jìn)行取值，取值范圍為[0,1]，并且滿足Z1+Z2+Z3+Z4+Z5=1的要求。對(duì)災(zāi)害態(tài)勢(shì)生成能力評(píng)估時(shí)，信息更新能力、信息時(shí)效性和識(shí)別能力的影響較大，因此Z1、Z2、Z4的取值相對(duì)較大。

E為信息時(shí)效性需求滿足度，當(dāng)信息時(shí)效性優(yōu)于或等于10分鐘時(shí)，E=1；否則E=10/ER(ER的單位為分鐘)。

F為定位精度需求滿足度，當(dāng)定位精度優(yōu)于或等于4千米時(shí)，F(xiàn)=1；否則F=4/FR(FR的單位為千米)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在研究分析遙感衛(wèi)星在災(zāi)害應(yīng)急任務(wù)中的能力需求和應(yīng)用模式的基礎(chǔ)上，從單項(xiàng)性能、能力指標(biāo)和應(yīng)用效能三個(gè)層次展開(kāi)分析，構(gòu)建遙感衛(wèi)星災(zāi)害應(yīng)急效能評(píng)估指標(biāo)體系，給出主要指標(biāo)的評(píng)估方法，為我國(guó)衛(wèi)星有效用于國(guó)內(nèi)外重大災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)服務(wù)提供有效的評(píng)估手段和技術(shù)支撐。

本效能評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)從單項(xiàng)性能、能力指標(biāo)和應(yīng)用效能三個(gè)層次進(jìn)行量化分析，易于理解，層次性強(qiáng)；2)易于擴(kuò)展、兼容性強(qiáng)。