文|王志剛

1.空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章中國(guó)國(guó)家航天局執(zhí)行秘書 2.中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

一、引言

2020年10月20日是“空間與重大災(zāi)害國(guó)際 憲 章”（International Charter Space and Major Disasters，以下簡(jiǎn)稱“憲章”）成立20周年紀(jì)念日。

2000年10月20日，歐洲航天局（ESA）、法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）與加拿大航天局（CSA）共同簽署了《空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章》，并于2000年11月1日起正式生效，旨在通過免費(fèi)提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)，為災(zāi)害監(jiān)測(cè)和減災(zāi)、救災(zāi)行動(dòng)提供支持。目前，“憲章”已發(fā)展成為一個(gè)由17個(gè)成員機(jī)構(gòu)組成的全球合作組織（如表1所示），并已有67個(gè)國(guó)家通過廣泛獲取數(shù)據(jù)機(jī)制直接加入。截至2020年10月，“憲章”已啟動(dòng)675次，為全球126個(gè)國(guó)家的重大災(zāi)害應(yīng)對(duì)提供了有力支持。

表1 “憲章”成員及其衛(wèi)星資源（不完全統(tǒng)計(jì)）

續(xù)表1

2007年5月24日，中國(guó)國(guó)家航天局成為“憲章”的正式成員。當(dāng)我國(guó)發(fā)生重大災(zāi)害時(shí)，可無(wú)償獲取其他成員國(guó)提供的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，及時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估災(zāi)害情況。2007年以來(lái)，“憲章”組織為我國(guó)減災(zāi)救災(zāi)贏得大量國(guó)際支援，補(bǔ)充了我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)缺少的雷達(dá)衛(wèi)星和高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，截至2020年9月，我國(guó)正式啟動(dòng)“憲章”應(yīng)急請(qǐng)求共計(jì)27次。同時(shí)，我國(guó)也多次響應(yīng)“憲章”請(qǐng)求，先后為澳大利亞森林火災(zāi)、日本地震海嘯等提供大量衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，共計(jì)為30多個(gè)國(guó)家提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)500余景。

目前，“憲章”成員在軌運(yùn)行的61顆衛(wèi)星中，我國(guó)政府提供了GF-1、GF-2、GF-3、GF-4、CBERS-04、FY-3C等6顆值班衛(wèi)星，是值班衛(wèi)星數(shù)量較多的國(guó)家。2021年，二十一世紀(jì)空間技術(shù)應(yīng)用股份有限公司、長(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)有限公司、珠海歐比特宇航科技股份有限公司3個(gè)商業(yè)衛(wèi)星公司將在中國(guó)國(guó)家航天局的統(tǒng)一管理下，為“憲章”提供免費(fèi)的應(yīng)急減災(zāi)數(shù)據(jù)服務(wù)。

二、自然災(zāi)害響應(yīng)

1.洪水和滑坡災(zāi)害監(jiān)測(cè)

2000年11月，斯洛文尼亞發(fā)生山體滑坡，“憲章”首次啟動(dòng)。截至2020年5月1日，在“憲章”響應(yīng)的651次啟動(dòng)活動(dòng)中，洪水災(zāi)害316次，山體滑坡27次，二者占啟動(dòng)總數(shù)的53%。發(fā)生洪水和山體滑坡后，確認(rèn)受災(zāi)建筑的位置對(duì)災(zāi)難救援和災(zāi)后重建非常重要。救援人員可以借助衛(wèi)星影像繪制受災(zāi)區(qū)域地圖并評(píng)估損失。

2020年1月，巴西伊科尼亞河流域因強(qiáng)降水發(fā)生洪水災(zāi)害，在河道沿岸引發(fā)了山體滑坡。“憲章”提供的Pleiades衛(wèi)星2020年2月1日拍攝的影像顯示，伊科尼亞市的6座橋梁中，有4座橋梁毀于山體滑坡導(dǎo)致的泥石流（圖1）。巴西政府借助衛(wèi)星影像進(jìn)行了恢復(fù)重建。

圖1 伊科尼亞市洪水災(zāi)害示意圖

2019年6月，俄羅斯伊爾庫(kù)茨克州的伊亞河發(fā)生洪水災(zāi)害。“憲章”結(jié)合Kanopus-V和CBERS-04衛(wèi)星在洪災(zāi)前后拍攝的影像制作了洪災(zāi)地圖，圖2中藍(lán)色標(biāo)示區(qū)域?yàn)閳D倫市被洪水淹沒的房屋和建筑。俄羅斯應(yīng)急控制部利用“憲章”提供的衛(wèi)星數(shù)據(jù)和繪制的受災(zāi)圖，展開救援行動(dòng)，進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估并規(guī)劃災(zāi)后重建工作。

圖2 圖倫市洪水災(zāi)害示意圖

2.氣旋和海浪災(zāi)害監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，氣旋和海浪災(zāi)害的發(fā)生頻率不斷增加，對(duì)世界各國(guó)發(fā)展帶來(lái)了巨大威脅。2002年10月，由于墨西哥伊西多爾颶風(fēng)，“憲章”首次啟動(dòng)了氣旋災(zāi)害救援活動(dòng)。2004年印度洋海嘯發(fā)生后，“憲章”首次啟動(dòng)了海嘯災(zāi)害救援活動(dòng)。此后，“憲章”針對(duì)氣旋和海浪災(zāi)害啟動(dòng)多次救援活動(dòng)，展現(xiàn)了光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)暴災(zāi)害引發(fā)后果的評(píng)估價(jià)值，即利用中分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)識(shí)別受災(zāi)地區(qū)，利用超高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估。

2013年11月，臺(tái)風(fēng)“海燕”（5級(jí)氣旋）創(chuàng)下了登陸最高風(fēng)速315km/h的紀(jì)錄，這是菲律賓有史以來(lái)最具破壞性的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害。通過“憲章”提供的高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可快速識(shí)別基礎(chǔ)設(shè)施和房屋的損毀程度，幫助當(dāng)局對(duì)災(zāi)害做出有效反應(yīng)。圖3為基于WorldView-2衛(wèi)星影像制作的菲律賓奧爾莫克市受損建筑示意圖，圖中紅色部分為已損毀的建筑，黃色部分為可能被損毀的建筑。

圖3 奧爾莫克市受損建筑示意圖

2004年12月發(fā)生的印度洋海嘯對(duì)14個(gè)國(guó)家造成了嚴(yán)重影響，引發(fā)了3次由不同組織分別啟動(dòng)“憲章”支持救援的活動(dòng)。圖4為“憲章”提供的圖片，顯示了印度洋海嘯造成的損害程度。衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料被印度尼西亞、泰國(guó)、斯里蘭卡、印度等國(guó)家廣泛用于災(zāi)害救援工作。

圖4 印度洋海嘯損害程度示意圖

3.地震與火山災(zāi)害監(jiān)測(cè)

2001年，“憲章”第一次啟動(dòng)了地震和火山救援協(xié)助服務(wù)。截至2020年5月1日，“憲章”共計(jì)響應(yīng)了69次地震救援活動(dòng)和37次火山爆發(fā)救援活動(dòng)。在各種啟動(dòng)“憲章”的災(zāi)害救援協(xié)助事件中，地震災(zāi)害占比11%，火山災(zāi)害占比6%。

2018年5月3日，位于美國(guó)夏威夷島的基拉韋厄火山噴發(fā)，同時(shí)引發(fā)了數(shù)千次小地震。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局利用“憲章”提供的衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估，如使用Sentinel-1B、RadarSat-2、TerraSAR-X、KOMPSAT-5和ALOS-2衛(wèi)星的合成孔徑雷達(dá)（SAR）數(shù)據(jù)繪制火山內(nèi)部活動(dòng)圖等。如圖5所示，利用RadarSat-2衛(wèi)星影像，識(shí)別出一條裂縫（紅點(diǎn)處）和熔巖流。同時(shí)，利用光學(xué)衛(wèi)星資源，包括WorldView-3、Sentinel-2、Landsat-8、UK-DMC-2、GF-2、Pleiades和LISS-III衛(wèi)星數(shù)據(jù)制作災(zāi)害評(píng)估圖。圖6為Sentinel-2衛(wèi)星影像，可以清晰地看到處于活躍狀態(tài)的熔巖裂縫，以及流向海洋的大量熔巖流。

“憲章”為本次火山噴發(fā)災(zāi)害提供了大量增值影像產(chǎn)品，共計(jì)繪制了60多張影像地圖，為應(yīng)急管理部門開展相關(guān)工作提供了有力支持。

圖5 RadarSat-2衛(wèi)星基拉韋厄火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)圖

圖6 Sentinel-2衛(wèi)星基拉韋厄火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)圖

三、工業(yè)災(zāi)難響應(yīng)

除了自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)之外，“憲章”已對(duì)全球30余起工業(yè)災(zāi)難做出了響應(yīng)，包括監(jiān)測(cè)工廠、發(fā)電廠或其他大型基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生的事故，以及搜尋失事的遠(yuǎn)洋船只或飛機(jī)等。例如，黎巴嫩貝魯特港口爆炸事故（2020年8月）、毛里求斯漏油事件（2020年8月）、俄羅斯漏油事件（2020年6月）、巴西大壩倒塌事故（2019年1月和2015年11月）以及“深水地平線”漏油事件（2010年）等。

1.漏油事件監(jiān)測(cè)

2010年4月20日，半潛式鉆井平臺(tái)“深水地平線”發(fā)生爆炸，2天后沉入墨西哥灣。這場(chǎng)災(zāi)難被認(rèn)為是美國(guó)歷史上最嚴(yán)重的海洋石油泄漏事故。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局代表美國(guó)海岸警衛(wèi)（USCG）（負(fù)責(zé)處理海洋石油泄漏事故的授權(quán)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)）啟動(dòng)了“憲章”。美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局衛(wèi)星分析處擔(dān)任項(xiàng)目經(jīng)理，并負(fù)責(zé)繪制相關(guān)增值產(chǎn)品。

“憲章”提供的衛(wèi)星圖像可以觀測(cè)漏油面積、追蹤漏油的擴(kuò)散路徑并采取預(yù)防措施。在此次事故應(yīng)對(duì)過程中，啟用“憲章”的主要優(yōu)勢(shì)是能夠獲得SAR數(shù)據(jù)。美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局使用的SAR雷達(dá)衛(wèi)星有Envisat、RadarSat、ALOS-1、TerraSAR-X。圖7為井口井噴5天后，利用TerraSAR-X衛(wèi)星雷達(dá)影像對(duì)漏油范圍進(jìn)行分析，圖片顯示漏油向北方和東北方向擴(kuò)散。

圖7 “深水地平線”漏油范圍圖

石油泄漏事故通常很難使用公開的衛(wèi)星數(shù)據(jù)繪制分布情況圖，因?yàn)檫@要求衛(wèi)星數(shù)據(jù)達(dá)到中等空間分辨率，甚至是高空間分辨率，造成衛(wèi)星影像足跡相對(duì)較小、重訪頻率相對(duì)較低的情況?！皯椪隆毙l(wèi)星群能夠有效解決衛(wèi)星覆蓋范圍和重訪時(shí)間的矛盾，從2010年5月17日起，美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局每天利用所有可獲得的衛(wèi)星影像合成當(dāng)日石油泄漏軌跡圖，如圖8所示。

圖8 利用衛(wèi)星影像合成的石油泄漏軌跡圖（2010年5月22日）

2.失事飛機(jī)或船只搜救

搜尋和營(yíng)救失事的遠(yuǎn)洋飛機(jī)或船只是“憲章”災(zāi)難響應(yīng)的重要部分。2014年3月7日馬來(lái)西亞航空公司MH370航班失聯(lián)后，中國(guó)國(guó)家航天局緊急啟動(dòng)“憲章”，協(xié)調(diào)多國(guó)衛(wèi)星資源支持搜救工作，共獲取了多國(guó)衛(wèi)星數(shù)據(jù)近700景，開創(chuàng)了“憲章”進(jìn)行失聯(lián)飛機(jī)、船只搜索的先河。在此次全球熱點(diǎn)事件中，美國(guó)數(shù)字地球公司（DigitalGlobe）發(fā)起了一項(xiàng)利用遙感影像尋找失聯(lián)飛機(jī)的活動(dòng)，超過200萬(wàn)名志愿者研究了該地區(qū)的衛(wèi)星圖像，發(fā)現(xiàn)了可能由于飛機(jī)墜毀造成的可疑碎片和漏油等，大大提升了“憲章”的知名度，并向全球民眾普及了遙感衛(wèi)星用于減災(zāi)救災(zāi)的魅力。此后，“憲章”對(duì)多起失事飛機(jī)或船只搜救進(jìn)行了響應(yīng)，如2015年埃及飛機(jī)失事、2017年11月阿根廷潛水艇搜救、2018年2月伊朗飛機(jī)失事等。特別是2015年的埃及飛機(jī)失事后，普通民眾從電視上看到了失事飛機(jī)殘骸在地面散落的衛(wèi)星影像，由此推測(cè)出飛機(jī)有可能是在空中解體。

四、中國(guó)貢獻(xiàn)與日俱增

隨著我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高，“憲章”對(duì)我國(guó)遙感數(shù)據(jù)（特別是高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)）的需求呈上升趨勢(shì)。近三年來(lái)，我國(guó)衛(wèi)星對(duì)“憲章”的響應(yīng)年均超過15次，年均提供數(shù)據(jù)大于100景。以服務(wù)南美洲地區(qū)為例，自2019年至今，中國(guó)國(guó)家航天局為南美洲和加勒比地區(qū)國(guó)家提供衛(wèi)星影像10余次。

2019年9月20日，巴拉圭遭遇火災(zāi)，數(shù)十萬(wàn)公頃森林被破壞，兩百多位當(dāng)?shù)刂驹刚吆拖廊藛T投入火災(zāi)救援中。中國(guó)國(guó)家航天局向巴拉圭提供GF-1衛(wèi)星影像，幫助當(dāng)?shù)亻_展火災(zāi)救援。圖9中的紅點(diǎn)為9月27日的火點(diǎn)位置信息。

圖9 巴拉圭火災(zāi)示意圖

2020年6月2日，熱帶風(fēng)暴“阿曼達(dá)”襲擊了中美洲地區(qū)，導(dǎo)致薩爾瓦多共和國(guó)洪水泛濫。在新冠疫情肆虐、該國(guó)人力資源極其短缺的情況下，中國(guó)國(guó)家航天局及時(shí)向該國(guó)提供了GF-3衛(wèi)星圖像和災(zāi)害評(píng)估影像，幫助當(dāng)?shù)卣购榫葹?zāi)。如圖10所示，通過2019年12月12日和2020年6月6日的GF-3衛(wèi)星影像對(duì)比可以看出，該地出現(xiàn)了較大范圍的新增水體。

圖10 薩爾瓦多洪水災(zāi)害示意圖

五、結(jié)語(yǔ)

20年來(lái)，“憲章”不斷發(fā)展壯大，已成為當(dāng)今世界運(yùn)行最為成功的國(guó)際減災(zāi)組織之一，向多個(gè)遭受重大災(zāi)害影響的國(guó)家和地區(qū)無(wú)償提供衛(wèi)星監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、信息和服務(wù)，協(xié)助受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行災(zāi)害監(jiān)測(cè)評(píng)估和災(zāi)害管理決策，最大程度地減輕了災(zāi)害造成的損失，同時(shí)也大大加強(qiáng)了世界各國(guó)空間機(jī)構(gòu)在利用空間設(shè)施進(jìn)行災(zāi)害危機(jī)管理方面的合作。