最高“天眼”引發(fā)遙感應(yīng)用領(lǐng)域革命
——訪高分四號衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果

高分四號衛(wèi)星（GF-4）于2015年12月29日發(fā)射升空，2016年1月5日發(fā)回首幅圖像。該衛(wèi)星是我國乃至世界上第一顆在靜止軌道分辨率進入百米的光學(xué)遙感衛(wèi)星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的空白，意義重大，對促進我國發(fā)展“高空間分辨率和高時間分辨率”相結(jié)合的光學(xué)遙感系統(tǒng)具有開創(chuàng)性意義。近日，《衛(wèi)星應(yīng)用》編輯部就高分四號衛(wèi)星應(yīng)用采訪了衛(wèi)星總指揮兼總設(shè)計師李果。

高分四號衛(wèi)星引發(fā)遙感應(yīng)用“革命”

《衛(wèi)星應(yīng)用》：請介紹高分四號衛(wèi)星的特點和意義，及其在高分專項工程中的地位。

李果：高分四號衛(wèi)星的特點概括起來為“兩高一大”：第一高指的是空間分辨率，高分四號衛(wèi)星采用700mm口徑載荷，可在36000km軌道上實現(xiàn)50m分辨率，實現(xiàn)了靜止軌道遙感衛(wèi)星成像分辨率從千米級到百米級的技術(shù)跨越；第二高指的是時間分辨率高，高分四號衛(wèi)星在靜止軌道不受過境時間的限制，同時采用面陣凝視成像體制，就像是時刻懸在頭頂?shù)谋O(jiān)視器，具備分鐘級任務(wù)響應(yīng)能力和秒級重復(fù)觀測能力，開辟了我國遙感應(yīng)用新領(lǐng)域；一大指的是單景幅寬大，高分四號衛(wèi)星相機配置大規(guī)模面陣CMOS探測器和大規(guī)模面陣紅外探測器，結(jié)合其靜止凝視成像特點，大大提高了數(shù)據(jù)獲取效率，大幅寬的凝視成像方式可以更快速準(zhǔn)確地反映出大區(qū)域變化的地物發(fā)展特征，可有效實現(xiàn)區(qū)域監(jiān)察、區(qū)域監(jiān)督的作用。

高分四號衛(wèi)星作為我國國家科技重大專項“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”首批啟動的研制項目之一，是我國乃至世界上第一顆在靜止軌道分辨率進入百米的光學(xué)遙感衛(wèi)星，填補了我國乃至世界高軌道高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的空白，意義重大。該衛(wèi)星所取得的成就，開啟了我國地球同步軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星的新紀(jì)元，同時也為提高我國對地光學(xué)遙感觀測能力和水平提供了一個非常重要的技術(shù)手段，對促進我國發(fā)展“高空間分辨率和高時間分辨率”相結(jié)合的光學(xué)遙感系統(tǒng)具有開創(chuàng)性意義。

《衛(wèi)星應(yīng)用》：高分四號衛(wèi)星投入運行以來，創(chuàng)造多個國際/國內(nèi)第一，請您介紹一下高分四號衛(wèi)星的應(yīng)用進展，并總結(jié)一下高分四號衛(wèi)星應(yīng)用特點。

李果：高分四號衛(wèi)星于2015年12月在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，投入業(yè)務(wù)運行以來，為減災(zāi)、氣象、地震和林業(yè)等多個行業(yè)的應(yīng)用提供遙感數(shù)據(jù)服務(wù)，并為海洋、環(huán)保、國土和水利等行業(yè)以及國防建設(shè)提供遙感數(shù)據(jù)支持，獲取了大量的高時效性的我國及周邊區(qū)域的可見光、多光譜、紅外圖像，多次出色完成了對颶風(fēng)、林火、洪水、霧霾等自然災(zāi)害和極端天氣現(xiàn)象的快速響應(yīng)、持續(xù)監(jiān)測，為主要用戶推送數(shù)據(jù)產(chǎn)品近35五萬余景，使我國首次具備了小時級的應(yīng)急圖像推送能力，極大地滿足了用戶對應(yīng)急圖像的需求，經(jīng)濟價值和社會意義重大。

高分四號衛(wèi)星應(yīng)用特點可概括成四點：“觀測模式多、響應(yīng)速度快、觀測頻次高、影像幅寬大”。

觀測模式多，是指高分四號衛(wèi)星具有普查、凝視、區(qū)域、機動巡查 4 種主要觀測模式，不同觀測模式在各領(lǐng)域具備不同的應(yīng)用方向和目的。普查模式重點應(yīng)用于日常監(jiān)測。區(qū)域模式用于針對特定較大區(qū)域現(xiàn)象的快速數(shù)據(jù)采集。凝視模式重點面向影響范圍較小且變化速度較快的各行業(yè)現(xiàn)象監(jiān)視。機動巡查模式則重點針對多關(guān)注事件及現(xiàn)象并發(fā)情景，可同時針對3個以上離散重大事件及現(xiàn)象開展交替式監(jiān)測。

響應(yīng)速度快，是指高分四號衛(wèi)星依托其地球同步軌道優(yōu)勢，可隨時接收指令、開機拍攝、下傳數(shù)據(jù)，具備突發(fā)事件當(dāng)天申請觀測、當(dāng)天開機拍攝、當(dāng)天獲取數(shù)據(jù)、當(dāng)天完成監(jiān)測產(chǎn)品的能力，有效支撐應(yīng)急監(jiān)測任務(wù)需求。

觀測頻次高，是指高分四號衛(wèi)星相機采用面陣CMOS探測器和面陣紅外探測器，可對同一目標(biāo)進行重復(fù)觀測，獲得秒級高時間分辨率遙感影像。

影像幅寬大，是指高分四號衛(wèi)星數(shù)據(jù)有效幅面達(dá)到了400 km×400 km，相當(dāng)于一次性獲得一個河南省的圖像，使用方便。

《衛(wèi)星應(yīng)用》 ：高分四號衛(wèi)星是如何在包括防災(zāi)減災(zāi)、氣象、環(huán)保等方面發(fā)揮高軌、高分遙感的優(yōu)勢，請談?wù)勀恼J(rèn)識？

李果：高分四號衛(wèi)星以其響應(yīng)速度快、觀測頻率高、覆蓋范圍廣的優(yōu)勢，在洪澇、干旱、森林草原火災(zāi)等災(zāi)害監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。例如，針對2016年6月江西省上饒市鄱陽縣濱田水庫泄洪道河堤（濱田河）出現(xiàn)堤身潰口，高分四號衛(wèi)星快速獲取數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確提取洪澇淹沒范圍，并在隨后持續(xù)跟蹤災(zāi)害范圍變化。2018年8月，山東省濰坊市壽光縣彌河出現(xiàn)決堤，當(dāng)天緊急申請并獲取高分四號衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，迅速開展災(zāi)害范圍監(jiān)測工作。2016年7月，湖北漢江流域發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害，高分四號衛(wèi)星數(shù)據(jù)僅利用2景數(shù)據(jù)完成了災(zāi)區(qū)全覆蓋，有效提取了洪澇災(zāi)害動態(tài)范圍。2018年6月初，大興安嶺發(fā)生2起嚴(yán)重森林草原火災(zāi)，在前期充分發(fā)揮中波紅外優(yōu)勢，準(zhǔn)確識別火勢變化，在火災(zāi)撲滅之后，采用可見光近紅外數(shù)據(jù)準(zhǔn)確識別火燒跡地，服務(wù)于損失評估工作。

高分四號衛(wèi)星在氣象監(jiān)測應(yīng)用中對中小尺度天氣監(jiān)測、臺風(fēng)監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測均發(fā)揮了重要作用。50m空間分辨率的圖像可以提供臺風(fēng)云結(jié)構(gòu)及其演變的精細(xì)化動態(tài)信息，特別是對臺風(fēng)眼區(qū)的監(jiān)測，可以彌補目前在軌氣象衛(wèi)星空間分辨率不夠高的缺點，為臺風(fēng)定位增加新的分析依據(jù)。

此外，高分四號衛(wèi)星在海洋、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用案例告訴我們，高分四號衛(wèi)星響應(yīng)速度快、觀測頻次高的特點帶來了遙感應(yīng)用的一次革命，讓我們能夠更加系統(tǒng)地研究快速變化現(xiàn)象，如臺風(fēng)、森林火災(zāi)等，甚至是目標(biāo)跟蹤。

大力拓展高軌高分衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域

《衛(wèi)星應(yīng)用》：高分四號衛(wèi)星投入運行兩年多來，帶來哪些應(yīng)用啟示？

李果：隨著高分四號衛(wèi)星逐漸在軌應(yīng)用，在取得系列成果的同時，汲取成功經(jīng)驗探索未來發(fā)展。對于靜止軌道高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的發(fā)展和應(yīng)用啟示談?wù)勔韵聨c：

一是靜止軌道更利于開展地物輻射特性研究。

無論是軍事遙感目標(biāo)偵察和民事地物目標(biāo)分類，遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)層面均需要研究目標(biāo)的輻射特性及變化規(guī)律。靜止軌道光學(xué)遙感衛(wèi)星在軌成像的輻射條件全，且呈連續(xù)變化，地物豐富，對開展不同輻射條件下的地物反射特性分類研究極為有利，其結(jié)果可做為靜止軌道乃至其他所有光學(xué)對地遙感器的設(shè)計依據(jù)和參考，提高遙感系統(tǒng)設(shè)計的針對性，提高源頭圖像產(chǎn)品質(zhì)量。

二是針對實時成像監(jiān)視系統(tǒng)開展監(jiān)測需求研究，可有效提高全鏈路效能。

高分辨率靜止軌道光學(xué)遙感圖像識別度高，影像實時性好，但是并不是拍攝頻次越高越好，應(yīng)根據(jù)不同分辨率水平、不同目標(biāo)特性開展動態(tài)變化監(jiān)測需求精確分析研究工作，合理配置遙感系統(tǒng)能力，合理進行任務(wù)規(guī)劃，保證有效監(jiān)測的同時節(jié)約衛(wèi)星及地面數(shù)據(jù)鏈路資源。

三是與未來遙感衛(wèi)星配套的數(shù)據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)效能有待進一步提高。

從發(fā)展的眼光看，世界各國靜止軌道高分辨率光學(xué)偵查與監(jiān)視衛(wèi)星呈井噴趨勢，我國該方面的需求也非常旺盛，未來對于海量數(shù)據(jù)的地面高速傳輸、處理與應(yīng)用效能的提升至關(guān)重要，將逐漸從目視識別的使用方式衍變?yōu)閿?shù)據(jù)提取與分析的應(yīng)用方式，由此對于星上數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、星上實時數(shù)據(jù)解析以及數(shù)據(jù)分發(fā)方式等均帶來新的思考。

四是靜止軌道一專多能、打配合戰(zhàn)優(yōu)勢有待進一步放大。

地球靜止軌道衛(wèi)星具有長期駐空的特點，2—3顆高軌衛(wèi)星的組網(wǎng)運行，其覆蓋可達(dá)到半球或接近全球，對更大有效區(qū)域的信息獲取、實時監(jiān)視和立體數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上都有著重要的意義。未來多星組網(wǎng)，高高配合、高低配合，提升系統(tǒng)綜合能力和協(xié)作程度，充分發(fā)揮靜止軌道一專多能優(yōu)勢作用，實現(xiàn)空間資源應(yīng)用效能最大化提升必將成為重要趨勢。

《衛(wèi)星應(yīng)用》：在未來，您認(rèn)為應(yīng)如何進一步拓展高軌高分衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域？

李果：我們認(rèn)為可將靜止軌道高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展分階段來考慮和安排：在地球靜止軌道實現(xiàn)分辨率50m可以作為第一階段的目標(biāo)，隨著高分四號衛(wèi)星的發(fā)射，該目標(biāo)已成功實現(xiàn)；在地球靜止軌道實現(xiàn)分辨率15m可作為第二階段的目標(biāo)，預(yù)計2020年目標(biāo)可成功實現(xiàn)；在地球靜止軌道實現(xiàn)分辨率3-5m可以作為第三階段的目標(biāo)，相機主鏡口徑規(guī)模已達(dá)到3-4m，可以說達(dá)到了整體口徑相機技術(shù)的頂峰，下一階段需采用其他成像體制；在地球靜止軌道實現(xiàn)分辨率1-2m可作為第四階段的目標(biāo)，可采用分塊可展開成像體制、量子成像體制或薄膜衍射成像體制等。

此外，隨著衛(wèi)星技術(shù)在國民經(jīng)濟領(lǐng)域顯現(xiàn)出越來越重大的作用，海洋、環(huán)保、氣象、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、國土、城市監(jiān)測等各個部門都從自身需要提出了天基信息服務(wù)和信息消費的應(yīng)用需求。在未來，我們會進一步豐富靜止軌道光學(xué)探測對象，滿足更多行業(yè)的應(yīng)用。

高分四號衛(wèi)星后續(xù)應(yīng)用尚需發(fā)力

《衛(wèi)星應(yīng)用》：您認(rèn)為高分四號衛(wèi)星現(xiàn)在的應(yīng)用方面還有那些地方做的不足，可進一步挖掘、提升現(xiàn)有系統(tǒng)的潛在價值。

李果：高分四號衛(wèi)星自發(fā)射以來以其獨特的軌道和成像優(yōu)勢，為多個領(lǐng)域提供了重要數(shù)據(jù)支撐。但是，對照新時代應(yīng)急管理的新任務(wù)、新要求，數(shù)據(jù)獲取時效性、產(chǎn)品精度等方面仍需進一步加強，因此，高分四號衛(wèi)星后續(xù)應(yīng)用希望能在下面幾個方面進行改進：

進一步優(yōu)化運行管理機制。高分四號衛(wèi)星具有較強的快速響應(yīng)和高頻次觀測能力，但由于高分四號衛(wèi)星從觀測需求提出到數(shù)據(jù)推送至用戶需要經(jīng)歷多個環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)時效性服務(wù)能力與數(shù)據(jù)成像能力尚不匹配。建議進一步優(yōu)化觀測計劃與數(shù)據(jù)傳輸機制，提升數(shù)據(jù)的時效性。同時，由于受制于天氣情況，數(shù)據(jù)獲取有效性存在較大不確定性，建議構(gòu)建數(shù)據(jù)有效性處理機制，根據(jù)實際成像情況，及時添加后續(xù)觀測任務(wù)。

進一步加強定量應(yīng)用。目前，高分四號衛(wèi)星的定量化仍處于科研階段，相關(guān)技術(shù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用程度仍存在明顯不足，部分業(yè)務(wù)產(chǎn)品仍處于定性分析階段，一定程度上影響了產(chǎn)品的服務(wù)能力。建議針對高分四號衛(wèi)星特點，加強數(shù)據(jù)輻射定標(biāo)工作與關(guān)鍵參數(shù)反演驗證工作，并與實際業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，從目標(biāo)精度要求反推各級產(chǎn)品精度，構(gòu)建高分四號衛(wèi)星定量化應(yīng)用精度指標(biāo)體系。

進一步挖掘數(shù)據(jù)潛力，構(gòu)建與低軌衛(wèi)星系統(tǒng)化、體系化應(yīng)用模式和技術(shù)體系，加強高分四號衛(wèi)星與極軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)在任務(wù)觀測、數(shù)據(jù)融合、信息挖掘等方面的協(xié)同應(yīng)用，充分發(fā)揮其快速、靈活、高頻觀測優(yōu)勢，依托大數(shù)據(jù)、人工智能等分析手段，構(gòu)建基于高頻次海量觀測數(shù)據(jù)的信息挖掘技術(shù)。

發(fā)揮空間信息優(yōu)勢 提升應(yīng)急響應(yīng)能力

《衛(wèi)星應(yīng)用》：您認(rèn)為在建設(shè)一帶一路空間信息走廊中，高分衛(wèi)星起到什么樣的作用；在國際交流與合作中扮演怎樣的角色。

李果：一帶一路倡議為衛(wèi)星應(yīng)用的發(fā)展提供了良好的機遇，衛(wèi)星應(yīng)用也助力一帶一路倡議的實施。空間信息走廊工程的建設(shè)離不開空間遙感信息的共享，高分衛(wèi)星以空間信息融合應(yīng)用助力經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)推廣，以互聯(lián)互通支撐國家倡議，發(fā)揮空間信息優(yōu)勢提升熱點地區(qū)應(yīng)急響應(yīng)能力。以高分四號衛(wèi)星為例，其可有效實現(xiàn)一帶一路沿線國家大范圍觀測需求，定期形成一帶一路重點區(qū)域高分四號衛(wèi)星影像圖；可為一帶一路沿線國家和地區(qū)提供應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)，更好應(yīng)對防災(zāi)減災(zāi)。

目前，高分四號衛(wèi)星應(yīng)用在國際上產(chǎn)生了很好的反響，有學(xué)者開展了高分四號衛(wèi)星數(shù)據(jù)在近海懸浮物和綠潮災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用研究，并與準(zhǔn)同步的靜止軌道水色衛(wèi)星GOCI監(jiān)測結(jié)果進行了對比分析，研究發(fā)現(xiàn)，寬波段的高分四號衛(wèi)星與窄波段的GOCI具有相當(dāng)?shù)膽腋∥餄舛榷窟b感反演能力，高分四號衛(wèi)星所具有的高空間分辨率使其更加有利于綠潮面積的定量遙感提取。

《衛(wèi)星應(yīng)用》：民營航天企業(yè)發(fā)展勢頭日上，民營航天的發(fā)展對中國航天的發(fā)展有何影響，您認(rèn)為“國家隊”在這股發(fā)展大潮中應(yīng)該扮演怎樣的角色。

李果：在國家規(guī)范、有效的管理下，大力發(fā)展民營航天的發(fā)展，將使整個民族在大航天時代中處在有利地位?？紤]到進軍太空的巨大投入和嚴(yán)峻風(fēng)險，作為“國家隊”必須在大航天時代早期發(fā)揮先鋒作用。

首先是組織實施一些高風(fēng)險的探索活動，這是因為國家擁有更雄厚的資源，可以用更完善的措施來應(yīng)對風(fēng)險，探明風(fēng)險所在，推動宇航飛行安全手段的開發(fā)與成熟，以此指導(dǎo)和規(guī)范民營航天活動的開展。

二是 “國家隊”應(yīng)當(dāng)在商業(yè)航天等領(lǐng)域?qū)Π踩\行方面發(fā)揮技術(shù)主導(dǎo)和指導(dǎo)作用，支持和協(xié)助相關(guān)執(zhí)法部門的工作。如果商業(yè)航天充分開展起來，進入太空或者天地往返的飛行越來越頻繁，這方面的責(zé)任就更為重大。

《衛(wèi)星應(yīng)用》：隨著商業(yè)航天的發(fā)展，人才問題日益突出，您認(rèn)為國有企業(yè)如何留住人才、用好人才。對于青年科研人員有什么樣的話想說。

李果：隨著航天技術(shù)的發(fā)展，無論是商業(yè)航天還是國有企業(yè)都將大有作為，但是我們不要忘了中國航天60年的發(fā)展歷程，中國航天人始終自強不息，以頑強的毅力和驚人的意志，完全依靠自己的力量，大力協(xié)同、刻苦鉆研、集體攻關(guān)，走出了一條具有鮮明中國特色的航天事業(yè)發(fā)展道路，培育了無比寶貴的航天精神。

這種精神屬于一個時代，是時代精神在航天系統(tǒng)的最生動詮釋。周恩來總理提出的“嚴(yán)肅認(rèn)真、周到細(xì)致、穩(wěn)妥可靠、萬無一失”的方針，早已融入中國航天人的血脈之中，年輕人無論走到哪里都應(yīng)該不忘初心、攻堅克難，將嚴(yán)慎細(xì)實的品質(zhì)傳承下去。