国外卫星洪涝灾害遥感监测技术与实践

（一）Terra卫星

Terra卫星是美国国家航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）一系列里程碑式的新的对地观测卫星中的一颗。Terra卫星于1999年12月18日在美国范登堡空军基地成功发射。卫星主要参数见表2-1。

表2-1　Terra卫星主要参数

Terra卫星传感器包括先进的空间热辐射反射辐射计（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer，ASTER）、云和地球辐射能量系统（Clouds and Earth's Radiant Energy System，CERES）、多角度成像光谱辐射计（Multi-angle Imaging Spectroradiometer，MISR）、对流层污染探测装置（Measurements of Pollution in the Troposphere，MOPITT）以及中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS），能同时采集地球大气、陆地、海洋和太阳能量平衡等信息。

1.空间热辐射反射辐射计（ASTER）

ASTER由日本国际贸易和工业部制造。ASTER的宽谱覆盖和高分辨能力在地表制图、动态监测和时空分析等领域发挥作用。ASTER主要参数见表2-2。

表2-2　ASTER传感器主要参数

2.云和地球辐射能量系统（CERES）

CERES主要用于气候变化分析，提供大气层顶部连续的地球辐射。CERES主要参数见表2-3。

表2-3　云和地球辐射能量系统主要参数

3.对流层污染探测装置（MOPITT）

MOPITT测量对流层的CO浓度（体积混合率）、总柱CO及CH4含量（卫星与地球之间一个大气柱里单位面积分子总数）。MOPITT是第一个全面测量全球CO和CH4浓度的时间和空间变化的仪器。MOPITT测量仪采用最低视点，对垂直于卫星轨迹方向的地面进行横向扫描，测量3个波长的光谱。一个是来自太阳和地表的4.7μm的太阳辐射和地面热辐射测量通道，用来探测CO在对流层中的垂直分布情况，另外两个是短波太阳辐射通道2.3μm和2.2μm，用来探测对流层中总柱CO和CH4的含量。对流层污染探测装置主要参数见表2-4。

表2-4　对流层污染探测装置主要参数

4.多角度成像光谱辐射计（Multi-angle Imaging Spectroradiometer，MISR）

MISR由美国宇航局喷气推进实验室开发，目的是提供全球高空间分辨率的多角度连续太阳辐射产品。多角度成像光谱辐射计主要参数见表2-5。

表2-5　多角度成像光谱辐射计主要参数

5.中分辨率成像光谱仪（MODIS）

MODIS的多波段数据可以同时提供反映陆地表面状况、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、气溶胶、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息。MODIS主要参数见表2-6。

表2-6　MODIS主要参数

MODIS 0级产品是对卫星下传的数据报解除CADU外壳后，所生成的CCSDS格式未经任何处理的原始数据集合，其中包含按照顺序存放的扫描数据帧、时间码、方位信息和遥测数据等；1级产品即L1A数据，是对0级产品中的CCSDS包进行解包所还原出来的扫描数据及其他相关数据的集合；2级产品即L1B数据，是对L1A数据进行定位和定标处理之后所生成，其中包含以SI（Scaled Integer）形式存放的反射率和辐射率的数据集，是国际标准的EOS-HDF格式；L2～L4数据是对L1B数据进行各种应用处理之后所生成的特定应用数据产品，主要包括陆地标准数据产品、大气标准数据产品和海洋标准数据产品等44种标准数据产品（表2-7）。

表2-7　MODIS标准产品

（二）NOAA数据系列卫星

自从1960年4月发射第一颗气象卫星以来，美国的气象卫星已经发展了静止气象卫星和极轨气象卫星两个系列。其中，静止气象卫星系列为静止轨道环境业务卫星（GOES）卫星系列，极轨气象卫星系列包括诺阿（NOAA）卫星、国防气象卫星（DMSP）和国家极轨业务环境卫星系统（NPOESS）（周旋，2006）。

GOES卫星系列是美国唯一的地球同步轨道气象卫星系列。GOES系列业务卫星采用双星运行体制，分别定点在西经75°和西经135°的赤道上空覆盖范围为西经20°、东经165°，约占全球1/3的面积，每天24h连续对西半球上空进行气象观测，还能收集和转发数据收集平台的气象观测数据，其主要用途是进行灾害性天气的短期警报以及雾、降水、雪覆盖和冰盖运动的监测。

美国极轨气象卫星系列中的NOAA和DMSP两个系列分别为民用和军用。多年来，美国一直运行着2个独立的极轨气象卫星系统：由美国海洋和大气管理局（NOAA）管理的“极轨环境卫星”（POES）系列和由美国空军管理的“国防气象卫星计划”（DMSP）。1994年5月，美国政府决定将NOAA和DMSP合并为军民共用的系统，合并后的系统称之为国家极轨业务环境卫星系统（NPOESS）。之后，美国的极轨气象卫星发展计划经历了“国家极轨业务环境卫星系统”重组为军用“国防气象卫星系统”（DWSS）和民用“联合极轨卫星系统”（JPSS）、“国防气象卫星计划”取消并仅维持民用“联合极轨卫星系统”项目直至《军用气象卫星现代化可选方案》出台的复杂历程。1960—2009年，美国的极轨气象卫星共分为5个不同的发展阶段（张定媛，2015），见表2-8。

表2-8　美国的极轨气象卫星发展阶段

2010年，美国“国家极轨业务环境卫星系统”重新重组并分割为民用和军用项目后，民用项目由美国海洋和大气管理局委托美国航空航天局负责管理，命名为“联合极轨卫星系统”。“联合极轨卫星系统”系列计划将发射3颗卫星，2011年10月28日，“国家极轨业务环境卫星系统预备项目”（NPP）卫星发射成功。2012年1月24日，为了纪念已故的卫星气象学之父Suomi V E，该卫星被命名为“索米”（Suomi），即“索米国家极轨业务环境卫星系统预备项目”。基于该项目的成功，美国海洋和大气管理局以及美国航空航天局正按照预算和计划建造第2颗“联合极轨卫星系统”系列卫星，命名为联合极轨卫星系统-1，预计于2017年初发射，联合极轨卫星系统-2预计于2021年发射。NOAA系列卫星主要参数见表2-9。

表2-9　NOAA系列卫星主要参数

注：NOAA-13卫星在轨运行两周后失效。

（三）Landsat系列卫星

Landsat是美国陆地探测卫星系统。从1972年开始发射第1颗卫星Landsat-1，其中，Landsat-5卫星是目前在轨运行时间最长的光学遥感卫星。Landsat系列卫星参数见表2-10、表2-11。

表2-1　　Landsat系列卫星主要轨道特性参数

表2-11　Landsat系列卫星波段参数

注：1.以上传感器各波段波长范围单位为μm；2.Landsat 6发射失败，其所搭载传感器数据在此不作列举；3.以上数据来源于美国国家航空航天局官方网站http：//landsat.gsfc.nasa.gov。

（四）ALOS系列卫星

先进对地观测卫星ALOS应用领域包括测绘、区域环境观测、灾害监测、资源调查等。ALOS卫星于2006年1月24日在日本种子岛航天中心成功发射，ALOS2卫星于2014年5月24日在日本种子岛航天中心成功发射。ALOS卫星载有3个传感器：全色遥感立体测绘仪（Panchromatic Remote-Sensing Instrument for Stero Mapping，PRISM），PRISM具有独立的3个观测相机，分别用于星下点、前视和后视观测，沿轨道方向获取立体影像，星下点空间分辨率为2.5m，主要用于数字高程测绘；先进可见光与近红外辐射计-2（Advanced Visible and Near Infrared Radiometer 2，AVNIR-2），用于精确陆地观测；相控阵型L波段合成孔径雷达（Phased Array Type L-band Synthetic Aperture Radar，PALSAR），用于全天时全天候陆地观测，为了灾害监测的需要，AVNIR-2提高了交轨方向指向能力，侧摆指向角度为±44°，能够及时观测受灾地区。ALOS系列卫星主要参数见表2-12。

表2-12　ALOS系列卫星主要参数

（五）SPOT系列卫星(www.xing528.com)

SPOT卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。SPOT卫星主要参数及波段信息见表2-13、表2-14。

（六）QuickBird卫星

QuickBird卫星于2001年10月18日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射，该卫星每天能够拍摄多达20×104km2的图像。QuickBird卫星主要参数见表2-15。

表2-13　SPOT系列卫星主要参数

表2-14　SPOT系列卫星波段信息

注：1.所有波段波长范围单位为μm；2.数据来源于Airbus Defence&Space网址：http：//www.intelligence airbusds.com。

表2-15　QuickBird卫星主要参数

（七）IKONOS卫星

IKONOS卫星于1999年9月24日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射，是世界上第1颗提供高分辨率卫星影像的商业遥感卫星。该卫星每天能够拍摄多达24×104km2的图像（全色+多光谱）。IKONOS卫星主要参数见表2-16。

表2-16　IKONOS卫星主要参数

（八）OrbView系列卫星

OrbView-1卫星于1995年4月3日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射；OrbView-2卫星于1997年8月1日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射；OrbView-3卫星于2003年6月26日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射；OrbView-4卫星于2001年9月21日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射，但不幸发射失败。OrbView系列卫星主要参数见表2-17。

表2-17　OrbView系列卫星主要参数

（九）JERS-1卫星

JERS-1卫星由日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）于1992年2月11日在日本种子岛航天中心成功发射。该卫星运行在高度568km的太阳同步轨道上，用于国土调查、农林渔业、环境保护、灾害监测。JERS-1卫星主要参数见表2-18。

表2-18　JERS-1卫星主要参数

续表2-18

（十）Resurs DK-1卫星

Resurs DK-1是俄罗斯第1颗高分辨率传输型民用对地观测遥感卫星，于2006年6月15日由俄罗斯“联盟”号运载火箭在哈萨克斯坦拜科努尔发射基地发射成功。Resurs DK-1卫星主要参数见表2-19。

表2-19　Resurs DK-1卫星主要参数

注：2006年6月15日—2010年9月10日轨道高度为360～610km，轨道倾角70.4°，2010年9月10日Resurs DK-1的轨道高度被提高到567～574km的近圆轨道，倾角为69.9°。

（十一）IRS系列卫星

第1颗IRS系列卫星IRS-1A是1988年发射的，截至2005年已经发射了IRS-1A、IRS-P1、IRS-1B、IRS-P2、IRS-1C、IRS-P3、IRS-1D、IRS-P4、IRS-P6、IRS-P5等。IRS系列卫星主要参数见表2-20。

（十二）GeoEye系列卫星

GeoEye-1卫星于2008年9月6日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射，每天能够拍摄多达35×104km2（全色）和70×104km2（多光谱）的图像。GeoEye-2卫星于2016年9月在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射，每天能够拍摄多达60×104km2（全色+多光谱）的图像。GeoEye系列卫星主要参数见表2-21。

表2-20　IRS系列卫星主要参数

续表2-20

表2-21　GeoEye系列卫星主要参数

（十三）WorldView系列卫星

WorldView-1卫星于2007年9月18日上午11：35在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射。该卫星运行在高度496km的太阳同步轨道上，平均重访周期为1.7d，每天能够拍摄多达75×104km2的0.5m分辨率图像。WorldView-2卫星于2009年10月8日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射。该卫星运行在高度770km的太阳同步轨道上，平均重访周期为1.1d，每天能够拍摄多达100×104km2的0.46m分辨率图像。WorldView-3卫星于2014年8月18日在美国加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射。该卫星运行在高度617km的太阳同步轨道上，平均重访周期不到1d，每天能够拍摄多达68×104km2的0.31m分辨率图像。WorldView系列卫星主要参数见表2-22。

表2-22　WorldView系列卫星主要参数

续表2-22

（十四）RapidEye卫星

RapidEye卫星于2008年8月29日在哈萨克斯坦拜科努尔发射基地成功发射。该卫星运行在高度630km的太阳同步轨道上，平均重访周期为1d，每天能够拍摄多达400×104km2的6.5m地面采样间隔图像。RapidEye卫星主要参数见表2-23。

表2-23　RapidEye卫星主要参数