环境保护部卫星环境应用中心探秘

　　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》杂志记者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，记者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。事后记者才知道，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记者。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？

　　杨主任向记者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。”

　　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。

　　用无人机弥补卫星不足

　　说到这里，杨一鹏带记者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。记者发现，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，记者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。”

　　卫星数据国内免费共享

　　吴国增告诉记者，卫星中心是是“环境一号”卫星数据的终端用户，肩负卫星的运行管理任务的同时，主要承担环境遥感监测与应用的任务。卫星上存储的数据经压缩后，通过无线电发送到位于北京密云、新疆喀什、海南三亚的3个地面接收站，接收站的主人——中国科学院遥感与数字地球研究所，负责将数据传往中国资源卫星应用中心，由其进行初步的图像校正处理。图像效果如受到云雾遮挡、大气辐射等的影响，就需要剔除不必要或有干扰性的信号，让图像尽可能准确反映地表真实情况。之后，中国资源卫星应用中心再根据需求的不同，将初步处理后的遥感数据，用光缆分别传送到环境保护部卫星中心和民政部国家减灾中心，进行数据的分析、提取和实际应用。这两个部门中，环境保护部卫星中心侧重环境监测和执法，减灾中心则关注灾害监测和预警。

　　卫星中心对于这些数据，并不“私吞”。吴主任说，卫星中心与环保部各个业务司局都进行过工作对接，职能涵盖了环境监测、污染防治、生态保护、环境应急、环境执法、核安全监管、环评等方方面面。

　　可以说，环境遥感已成为环境管理必不可少的手段。“比如某地方环境监测站想用环境一号卫星数据了解辖区内的生态环境情况，他们只要传真一份盖了章的数据申请便函就行。卫星中心收到后按照需求及时发送数据文件。如果不做业务对接，这些数据就没什么用武之地。”

　　令记者感到意外和欣喜的是，除了环保系统内部共享，卫星中心还会免费向其他致力于环境遥感应用研究的高校和研究机构发送数据，目前已经累计给2000多家单位免费发放“环境一号”卫星数据。

　　吴国增说：“卫星发射的时候，环保部领导就指出，‘环保是公益行动，不能一天到晚把卫星数据牢牢攥在自己手里头，我们又不是拿它赚钱的’。所以，环保部在2009年卫星中心成立之初，就制定了免费分发‘环境一号’卫星数据的管理办法。

　　接收系统多自动运行

　　杨一鹏带着记者参观了卫星中心的机房。在记者此前的想象里，卫星中心的机房里肯定配备了各种复杂的仪器，有一群身穿白色工作服的工作人员在紧张地忙碌着。事实并非如此。记者看到，机房分两部分，外屋有近10台电脑，没有其他工作仪器，五六个工作人员正在接收卫星数据，墙上有工作流程图。里屋是封闭的，透过玻璃可以看到里面整齐地排列着很多服务器。

　　杨一鹏说，卫星中心的日常工作是根据环境管理的需求，分配任务给水遥感部、大气遥感部、生态遥感部等不同业务部门。他指着墙上的卫星中心运行系统图介绍：“我们接下环境管理各业务司局的‘订单’，把任务分类下达给部门，‘生产’后再交付给各司局，整体上已经是业务化运行。”由于卫星中心是卫星数据的终端用户，不需要直接对卫星平台及载荷进行操作，所以卫星中心内部的仪器并不十分复杂。对于平时的例行监测，接收系统多处于自动运行模式，没出现应急情况，就不需要工作人员24小时值班。

　　图像证据平息外交抗议

　　杨一鹏操作着电脑，为记者图文并茂地展现了“环境一号”卫星的强大实力。

　　环境执法应用方面，夏秋两季，卫星中心每天对全国秸秆焚烧情况进行遥感监测，并通过环保部网站及时向社会发布，对这种污染行为起到了强大的威慑作用。上海世博会、广州亚运会、西安世界园艺博览会期间，卫星中心为保障区域环境空气质量提供了高效的信息服务。

　　有时候，卫星还能成为无懈可击的“证人”。杨一鹏谈到了这么一起环境外交事件。2011年10月，俄罗斯向我国反映，黑龙江靠近中俄边境地区的大面积秸秆焚烧，污染了该国的空气。这个信息经外交部辗转传到了卫星中心。

　　卫星中心用“环境一号”卫星数据一查，发现中俄双方都有秸秆焚烧。杨一鹏指着电脑上的图片说：“分布在俄罗斯境内的火点更多，而且位置处于中国境内火点的上风向，要污染也是他们污染我们。后来，我国外交部带着卫星中心提供的图像和数据跟俄罗斯谈，对方外交官彻底无语了。”他表示，平心而论，像那么大面积的秸秆焚烧，双方站在各自境内，谁也分不清到底谁的污染大。而卫星的作用就是可以提供准确而客观的跨境信息，把双方的情况都看清楚。

　　紧盯水体污染和灰霾

　　环境污染遥感监测方面，卫星每周可对太湖、巢湖、滇池、三峡库区等大型水体的水质进行动态监测预警，及时反映蓝藻水华的发生和变化。杨一鹏坦言：“其实，蓝藻水华年年都有，但并不是每次都很严重。卫星在这方面的作用很大，它能率先发现蓝藻现身的方位和分布，好让当地人在蓝藻成气候之前及时清理”。除了这“三湖一库”，卫星还对包括密云水库在内的全国20多个典型饮用水源地的环境安全，进行了监测，并尝试性对全国面源污染进行遥感监测和估算，再将数据反馈给环境执法部门。“该整顿整顿，该清理清理”。东海舟山海域赤潮、悬浮物、水温也是日常监测项目之一，每两个月进行一次汇总分析和报告。

　　水体监测只是卫星的使命之一。2012年开始，卫星中心综合利用多源遥感数据，每天对京津冀、长三角、珠三角这三大城市群的灰霾污染情况，进行遥感监测并及时上报监测结果。杨一鹏点了点鼠标，一张2013年1月全国灰霾分布的日变化图出现在眼前。“今年一月份最严重的灰霾天，到底涉及多大面积、涉及多少省市、如何变化，这些数据都是我们中心统计出来的。中央电视台报道灰霾情况所用的资料，就来自我们上报给环保部的数据。”杨一鹏说，“不过，对于灰霾中有哪些成分，氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机物等几大类污染各占多少，‘环境一号’卫星目前还无法做细致的区分。”

　　为了摸清我国生态环境的本底状况和变化趋势，卫星中心自2011年以来承担了“全国生态环境十年变化（2000年～2010年）遥感调查与评估”项目，目前正以环境一号A、B星数据为本底普查数据源，再辅以其他高分辨率卫星数据作为数据源，调查这10年间我国生态环境的总体变化情况。

　　生态破坏监察一目了然

　　另外，环境一号卫星还评估核查了我国335个国家级自然保护区内的人为活动，发现了不少违规建设。

　　杨一鹏指出，有些地方会在里面偷偷修高尔夫球场，盖别墅，还有偷挖矿产资源的。“我们受环保部生态司委托，花了两年时间，把违规开发和建设活动全都拿卫星查了一遍。费了很大一番工夫发现，原先国家不了解情况，以为80%的自然保护区都是好的，剩下20%可能存在问题，而实际结果是约70%存在不同程度的问题。”

　　环境一号卫星和无人机遥感还是国家重点生态功能区所在县域生态环境考核的“监督员”。

　　杨一鹏再次用图片向记者介绍，为了鼓励那些因保护环境而控制经济发展的400多个国家重点生态功能区县域地方政府，2008年以来，中央财政每年对这些县域给予生态补偿，每个县域补偿几千万乃至上亿元，环境保护部负责对这些转移支付资金的环保绩效，进行考核评价，并根据考核评价结果对考核县域资金进行奖惩调节。卫星遥感和无人机遥感分别以“普查发现变化”和“抽查详细取证”等方式，对考核县域生态变化进行监察，在县域生态考核工作中起了重要作用。例如，不同年份同一时间，环境卫星发现，海南省某县局部地区2009年还是大片绿色植被覆盖，在2012年却变成一大块“白斑”，疑似大规模开矿，再利用无人机遥感实地一查，果然如此。“拿着补助，不但不去改善环境，还大肆破坏。今年这个县的补助被全额取消，并遭通报批评。”这个案例，可以说是“老天有眼”一词的现实诠释。

　　此外，卫星中心对江西赣南和内蒙古白云鄂博地区稀土开发、蒙陕甘宁能源“金三角”矿区、广西北海“大米草”（入侵我国的外来物种，学名“互花米草”，在滨海湿地环境中有超强的繁殖力）生物入侵、三江源地区生态变化、缅甸与我国接壤地区的森林砍伐、云南持续干旱的生态影响、秦岭-大巴山生物多样性保护优先区、青海湟水流域采砂场等典型区，都进行了生态环境遥感监测，帮助相关部门从技术上全面了解当地生态问题，并找出相应的应对之策。

　　监测突发性环境事件

　　面对突发性环境事件，环境一号卫星也有其不可小视的作用。吴国增称，2010年大连溢油事件发生后，当时大连天气状况很不好，但卫星中心还是很快获取了雷达卫星遥感数据，并充分发挥无人机技术特长，到溢油事件现场做精确勘察，以分析溢油的分布范围及扩散情况，为溢油污染后处理提供了有力的技术支持。同年，东北发生化学原料桶流入松花江事件，当时流入江里的化学原料桶有数千个，卫星只能监测到它们大致的位置和“漂流”速度，卫星中心利用无人机沿河流拍摄了分辨率高达0.2米的高精度图像，为化学原料桶查找和打捞工作奠定了基础。

　　2011年3月10日12时58分，云南盈江发生5.8级地震，卫星中心工作人员连夜加班，火速处理图像、分析数据，看看地震对周边饮用水源地和自然保护区的环境影响，并做出了初步分析评估报告，第二天一早就送到了环境保护部。

　　不仅如此，在舟曲泥石流、玉树地震、北方沙尘暴、乌梁素海黄藻、黄海海域浒苔、日本地震核事故等事件中，环境一号卫星每一次都进行遥感应急监测和评估，充分发挥了大范围、快速、动态、客观等技术特长，在环境应急管理决策中功不可没。

　　卫星用途越来越广

　　环境一号卫星有着这么广泛而强大的用途，得益于我国航天技术的发展和对卫星关注重点的转变。吴国增向记者解释，我国原先的卫星研制工作重发射轻应用，忙于突破发射和成功入轨运行环节的技术难题。“那时候能把卫星成功送上天就够了。至于卫星有什么用处、是否好用都是后话。‘十一五’以后，大家越来越看重卫星的应用价值，不然花那么多钱发上去却不能用，太浪费了。”

　　截至2013年9月，环境一号A、B卫星已经在太空中待了近5年，绕地球顺利运行超过3万圈，获取120多万幅图像。据记者此前了解，它们的设计寿命只有3年。

　　吴主任说：“卫星超期服役现象比较常见，只要设备不出故障就不会停止运行。但是，要保障环境遥感应用具有的稳定有效的数据源，要加强对大气污染、水污染等遥感探测的针对性和专业性，必须发展环境一号卫星后续星，尽快完成环境卫星‘4+4’星座构建，同时大力发展环境遥感专用载荷。否则，后续无星，将对刚刚迈入正轨的环境遥感应用造成严重影响。”

　　环保百科

　　环保部卫星环境应用中心

　　卫星环境应用中心是环境保护部直属事业单位，它由中央机构编制委员会办公室于2009年批准设立，负责卫星遥感技术在环境领域的应用、研发以及卫星环境应用系统的建设和管理工作。该中心拥有一支全员受过高等教育的队伍，硕士以上学历的人员超过八成，绝大多数成员都是博士、博士后。

　　我国环境卫星的全称是“环境与灾害监测预报小卫星星座”。环境一号卫星成功发射后，大大提高了我国环境监测与灾害评估的总体能力和水平。

　　本刊记者 季天也 叶晓婷 撰文/摄影

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……