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卫星应用技术

1、行业现状

随着航天技术的快速发展，我国在卫星遥感、通信、导航的空间资源已经十分丰富，自1988年我国发射第一颗国产气象卫星风云一号以来，经过30多年发展，目前已经形成气象、海洋、资源、环境减灾、高分等多个系列民用卫星，提供了丰富的卫星遥感数据资源，海量卫星数据高效获取、天地一体化的空间信息网络为人类提供了无处不在的多层次、多角度、多谱段、多维度、多时相的遥感观测及其辅助数据，各类空间信息数据与行业传统数据互联互通，卫星综合应用快速发展。

风云气象卫星是我国应用卫星与卫星应用的排头兵，是贯彻落实“天空地一体化”的成功典范。气象与航天部门通力协作, 坚持50年切磋磨合, 全面规划, 分步实施, 技术攻关,集成创新，日前7颗极轨、静止卫星互补，24小时观测, 在气象、气候领域范围内, 每天除提供多次天气预测、预报外, 还对飓风、梅雨、洪涝、干旱, 沙尘、雾霾发布警告。自1998年投入运行至今西太平洋和南海的飓风无一漏网, 影响北方的沙尘天气也无处躲藏, 还主动与林火、航空、保险旅游等相关行业部门合作, 开展了森林火灾,地质灾害, 旅游出行, 户外运动发布指南的服务，贴近大众生活, 服务国计民生, 深受用户欢迎。在国际上，风云系列卫星作为世界气象组织全球业务卫星序列的重要组成部分，已为亚洲、欧洲、美洲、非洲、大洋洲等80多个国家和“一带一路”沿线国家和地区的用户提供卫星资料和产品，充分体现了中国作为发展中大国对国际社会的重要贡献。

高分专项是中国《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》确定的重大科技专项之一，随着高分卫星的陆续发射，高分遥感数据在自然资源调查中的应用价值越发凸显。特别是在自然资源调查领域，高分遥感数据在土地利用调查、矿产资源开发与环境监测、基础地质与资源能源调查、生态环境调查、地质灾害监测与应急调查等重点领域取得了明显进展。未来，多源多尺度高分遥感数据协同应用将有望推动中国遥感卫星技术跨上新的台阶。

上海市生态气象和卫星遥感中心遥感充分调研国内外卫星发展趋势，结合上海气象现代化发展重点和特大城市服务需求，聚焦台风、强对流、大气污染等灾害性天气和城市环境等关键应用技术研发，广泛开展与航空、环保、海洋等行业部门的气象服务支撑，基于多源卫星资料实现了上海生态环境和大气灾害实时监测、短临监测与预警无缝衔接，为各类行业应用服务提供客观、宏观、动态的服务支持。

2、卫星应用技术监测及预警关键技术：

1.卫星遥感台风监测技术：卷积神经网络(CNN)主要用来识别位移、缩放及其他形式扭曲不变性的二维图形，其卷积模板、池化和局部权值共享的特殊结构在图像处理上有着独特的优越性。充分利用FY-4A新资料高时空分辨率优势，采用深度学习方法，实现了不同等级台风强度深度卷积神经网络识别模型建立，从而为台风客观定强提供了新思路。借助 Web2.0和 Ajax技术，实现多源资料的东南沿海台风监测与预警应用示范平台的完美展现和交互，采用PostgreSQL、redis和mongo系统交互设计简洁优雅，界面效果轻快流畅，让用户获得极佳的人机交互体验。

2.短时强对流追踪技术：利用静止卫星资料和地面雷达以及常规地面观测资料，通过对流个例的统计和分析建立多阈值法的区域对流(初生)识别算法。在此基础上提取对流云团的光学(平均亮温、最低亮温等)和形态学特征(质心、面积等)进行对流强度的确定。最终利用光流法进行强对流云团的运动轨迹追踪和移动矢量反演，并通过半拉格朗日外推等算法实现对流云团的跟踪和预测，建立基于卫星资料的对流诊断技术业务流程。

3.卫星遥感大气环境应用技术：利用多源观测资料，对风云三号、风云四号卫星反演的大气环境数据产品(气溶胶光学厚度AOD、臭氧O3等)进行精度评估验证，在此基础上，建立适合长三角地区的大气环境产品反演算法，实现监测产品的本地优化，充分发挥卫星遥感探测优势，实现高分辨率、高时效性、空间连续的大气环境监测。

4. 风云卫星产品释用技术：立足我国新一代静止气象卫星风云四号卫星资料的新特性，紧紧围绕上海华东区域气象中心现有台风监测、预报与预警服务业务工作，积极开展了以MODIS以及日本葵花-8号同类产品为对象，实现了包括风云四号卫星的云顶高度、云顶温度、云顶压力等反演产品在区域内的适应性检验分析和台风应用研究，结果证明FY‑4A云顶参数产品质量可靠，与MODIS 和Himawari‑8 等国际同类卫星精度相当，适合深厚的台风灾害性天气应用分析。

5.高分辨率卫星遥感应用技术：利用多源高分辨率卫星，通过指数算法、监督/非监督分类算法、机器学习算法等在完成城市生态卫星遥感监测评估工作的基础上，综合考虑时空动态变化和强度变化趋势等因素，构建精细化城市热岛、水环境卫星遥感反演监测模型，为上海地区精细化地表特征和生态环境监测提供技术支撑。

6.生态文明和气候变化关键技术：植被是陆地生态系统中的主体，在维护全球气候稳定、调节全球碳平衡等方面具有不可替代的作用。基于遥感–过程耦合模型模拟的中国区域近30年植被NPP资料和历史气象站点观测资料，采用GIS空间分析技术和数理统计方法研究了中国植被NPP的时空格局、动态变化以及气候要素对其影响。揭示了日照时数是造成极端天气条件下植被NPP差异的主要影响因子。对植被NPP的研究有助于科学评价陆地生态系统环境质量、合理开发利用自然资源以及制定区域经济社会发展战略，为区域生态文明建设提供科学支撑。