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灾害管理需要卫星"星座"

印度空间科学家Ranganath Navalgund说,灾害管理需要多光谱传感器卫星组成的星座。

自从 1972年美国发射了首颗地球观测卫星Landsat-1之后,来自卫星遥感的数据已经识别出了灾害地点,帮助评估损害和风险,监测了情况,并提供了早期预警。

但是灾害的形态和程度各异,在灾害的缓解、准备、响应和恢复的周期中需要各种不同的数据。没有一颗卫星有望满足所有这些需求。相反,灾害管理者需要的是携带各种传感器的卫星星座。

关键在于,不同的情况需要在不同波段收集的数据。例如,光学和近红外数据可以测绘土地使用或评估农业干旱。但是要追踪一个气旋眼,或者监测云层之下遭受洪灾的地区,就需要微波传感器。

滑坡研究依赖于准确的高分辨率数字海拔模型,这需要立体光学传感器(如Cartosat – 1)、干涉合成孔径雷达(InSARs)或激光探测及测距(LIDAR)仪器收集的数据。

对于火灾或火山,需要的是热图像从而发现热点地区。

灾害管理者确实需要把这些传感器整合起来的卫星,收集电磁波谱的所有这些区域的数据。

笨拙的折中

在时间和空间分辨率上常常存在笨拙的折中。管理许多自然灾害,诸如气旋或者火灾,需要详细而连续的数据。但是尽管Meteosat或INSAT(印度国家卫星系统)/Kalpana等地球同步卫星提供了几乎连续的监测(每15分钟一次),它们缺少细节(它们的空间分辨率很低)。相反,极轨卫星提供了更高的空间分辨率的数据(甚至可以小于1米),但是每隔几天才能收集一次信息。

在洪水监测中,这可能造成一个很大的问题。空间分辨率低的数据能够显示大片的泛滥区域,但是赈灾行动确实需要更详细、更及时的关于基础设施——诸如被淹没的桥梁、水沟和道路——的数据。

一个由极轨卫星组成的等间距分布在太阳同步轨道上的提供任何地点连续覆盖的星座可能解决这个问题。

这样一个主要为灾害管理而设计的星座可能在合适的波段上提供更频繁的数据。例如,主要设计用于天气预报的地球同步轨道卫星善于发现气旋的形成、追踪它的运动并预测登陆地点。但是它们通常没有微波传感器。需要用微波传感器估计气旋的强度——这对于预测可能造成的损害至关重要。

设计星座

一个有效的星座究竟需要多少卫星仍然有待争论。但是许多研究提出,至少需要8颗卫星,拥有收集高分辨率和低分辨率空间数据的双重能力的传感器,再加上各一半的光学(包括热)和微波仪器。

这些卫星应该是灵活的,也就是说,它们可以迅速改变照相机的方向,从而可以更长时间地观察一个受灾区域。

英国的萨里卫星技术公司已经设计了这样的一个灾害监测星座(DMC )。7颗等间距分布的卫星运行在686公里的轨道上,分辨率在26到32米,具有多光谱能力。每一个卫星都是由一个国家单独拥有和控制的,但是所有这些卫星都致力于组成一个合作网络,而且这些卫星间隔分布,从而让这个网络作为一个整体能够提供每天的图像。然而,DMC的这些卫星没有热和微波区域的传感器,这限制了它们的能力。

确实能提供微波图像的卫星星座是德国的SAR-Lupe。这个军事侦察系统由5颗卫星组成,运行在大致间隔60度的三个高500公里的轨道上。它们使用X波段微波辐射,能提供非常高分辨率(<1米)的数据。这类数据可能对于人造灾害非常有用。

回到地球


当然,对于有效的灾害监测和缓解来说,最重要的事情是让卫星数据以易用的格式到达管理者和紧急情况规划者手中。因此一个星座中的卫星必须提供一定数量的星上处理和自动分析(关于MODIS的火灾地图,参见 灾害遥感:事实与数字)。

让数据从卫星传送到终端用户的合适的通讯基础设施也是至关重要的。把遥感卫星与通讯卫星结合起来是很有用的。例如,印度把它的印度遥感卫星系统(IRS)——设计用于土地使用监测和生态监测——与INSAT(印度国家卫星系统)通讯卫星结合了起来。

把卫星数据与其他地理空间数据集以及环境模型整合起来的能力也很关键。卫星不能解决所有问题。例如,为了评估滑坡风险,你必须把遥感数据与人口地图以及其他空间数据库整合起来。类似地,为了预测或预警洪水,你需要降雨强度与河流流量的实时数据,但是也需要现场观测、地形知识,以及水文模型。

Ranganath Navalgund是印度艾哈迈达巴德的印度空间研究组织空间应用中心的主任。