3 月 28 日緬甸突發(fā) 7.9 級地震，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，日前中國的救援隊伍已經(jīng)抵達現(xiàn)場開始救援。而在此之前，太空中的救援已經(jīng)抵達現(xiàn)場——中國航天科技集團所屬中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心調(diào)度在軌衛(wèi)星，安排高分四號衛(wèi)星、高分三號衛(wèi)星、環(huán)境減災(zāi)二號 05 星等 14 顆衛(wèi)星對災(zāi)區(qū)進行觀測，為救援提供衛(wèi)星圖像信息。那么，衛(wèi)星是怎么拍到災(zāi)區(qū)圖像，又能給救災(zāi)提供哪些幫助呢？
地震救災(zāi)就是與時間賽跑，與死神賽跑，為了盡可能爭分奪秒拯救生命，了解震區(qū)的情況非常重要。遙感衛(wèi)星搭載高精度的傳感器，能夠接收地球表面物體發(fā)出的或反射的電磁波信號。經(jīng)過一系列的處理和分析，全天候、全天時、全譜段、全覆蓋，遙感衛(wèi)星能在遙遠(yuǎn)的太空為救災(zāi)人員源源不斷地提供寶貴的信息。接下來就分別介紹一下各類衛(wèi)星和它們擅長的領(lǐng)域。
光學(xué)衛(wèi)星：太空中的“火眼金睛”
光學(xué)衛(wèi)星是災(zāi)害監(jiān)測的先鋒力量，以吉林一號系列衛(wèi)星為例。這些光學(xué)衛(wèi)星擁有高分辨率的相機系統(tǒng)，長光衛(wèi)星吉林一號高分 04A 衛(wèi)星，軌道高度為 535km（相當(dāng)于 60 座珠穆朗瑪峰），可拍攝分辨率優(yōu)于 0.5 米的高清影像。這種觀測能力意味著：在理想條件下，衛(wèi)星能夠辨識地面智能手機的輪廓，甚至可以分辨建筑物倒塌后磚瓦結(jié)構(gòu)的裂縫。
圖 1：長光衛(wèi)星吉林一號高分 03D14 星于 3 月 29 日拍攝的衛(wèi)星影像
而高分 03D14 星，具有全色 0.75 米的分辨率，在清晰度和覆蓋范圍之間達到了較好的平衡，能夠清晰呈現(xiàn)較大地物的形狀和位置信息，同時數(shù)據(jù)獲取成本相對較低，非常適合在災(zāi)區(qū)救援這種需要長時間、大范圍的監(jiān)測任務(wù)中大顯身手。
這樣的對地觀測能力，對于地震后的災(zāi)情評估來說，簡直是“火眼金睛”。救援人員可以通過這些影像，迅速鎖定受損嚴(yán)重的區(qū)域，優(yōu)先安排救援行動。不過，光學(xué)衛(wèi)星也有個“小缺點”，那就是在云層厚重或者夜晚時，它的“視力”就會大打折扣。
SAR 衛(wèi)星：遙感衛(wèi)星中的“透視眼”
在衛(wèi)星遙感領(lǐng)域，合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR）衛(wèi)星擅長突破環(huán)境限制，尤其在地震應(yīng)急響應(yīng)中有其獨特價值。地震發(fā)生后，天儀研究院迅速啟動應(yīng)急觀測模式，獲取了震區(qū)的 SAR 影像。例如在影像中，伊洛瓦底江上的阿瓦大橋結(jié)構(gòu)性損毀清晰可見。
上下滑動查看更多。圖 2：天儀研究院在當(dāng)?shù)貢r間 3 月 29 日 10 時 27 分拍攝的震區(qū) SAR 衛(wèi)星影像
SAR 衛(wèi)星核心是主動式微波成像技術(shù)，通過發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）并接收地物回波。SAR 衛(wèi)星能夠在云雨天氣、夜間或植被覆蓋區(qū)域獲取地表形變信息，形成與光學(xué)遙感維度互補的觀測體系。這種技術(shù)基于 InSAR（干涉 SAR）技術(shù)的形變解譯，能夠穿透云層與植被冠層，直接捕捉地表形變，為災(zāi)后救援路徑規(guī)劃提供關(guān)鍵決策依據(jù)。SAR 核心技術(shù)利用衛(wèi)星與地物相對運動，實現(xiàn)高分辨率觀測。全天候、全時相的能力，在地震、洪澇、冰川、油氣管道等多場景中具有不可替代的優(yōu)勢。
熱紅外衛(wèi)星：地震預(yù)測與災(zāi)害監(jiān)測的利器
隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星熱紅外遙感用于地震預(yù)測預(yù)報中已成為歷史發(fā)展的必然。地震導(dǎo)致熱紅外輻射異常是 1988 年前蘇聯(lián)學(xué)者 Gorny、Tronin 等分析中亞地區(qū)的地震衛(wèi)星熱紅外遙感圖像時意外發(fā)現(xiàn)的。
利用衛(wèi)星熱紅外遙感技術(shù)能夠探測到這種大范圍連續(xù)的近地表熱場變化，這為開展地震短臨預(yù)報研究提供了新的技術(shù)途徑和廣闊的應(yīng)用前景。
同時，它在地表溫度反演、森林火災(zāi)、旱災(zāi)監(jiān)測及探礦、探地?zé)?、城市熱島效應(yīng)等領(lǐng)域也發(fā)揮重要作用。
那么，衛(wèi)星又是如何參與救災(zāi)的呢？
衛(wèi)星的“救災(zāi)流程”
衛(wèi)星調(diào)度是整個探測過程的第一步。平時衛(wèi)星都在自己各自的軌道上行走，在發(fā)生緊急情況時就需要迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)機制，快速計算衛(wèi)星軌道進行變軌，然后設(shè)置合理的成像參數(shù)在目標(biāo)區(qū)域進行探測。
比如在這次緬甸地震中，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心在地震發(fā)生后立即行動，調(diào)動了包括高分四號、高分三號、環(huán)境減災(zāi)二號 05 星等在內(nèi)的 14 顆衛(wèi)星。這些衛(wèi)星的調(diào)度基于災(zāi)區(qū)的地理位置和具體需求，通過精確的任務(wù)規(guī)劃，確保衛(wèi)星能夠覆蓋災(zāi)區(qū)的關(guān)鍵區(qū)域。衛(wèi)星調(diào)度系統(tǒng)會實時調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)和軌道，以確保衛(wèi)星能夠快速響應(yīng)并獲取高質(zhì)量的災(zāi)后影像。
第二步是利用災(zāi)后遙感監(jiān)測影像，通過與災(zāi)前背景影像進行對比，識別并提取地震所造成的倒塌建筑物、中斷的橋梁及道路、滑坡和堰塞湖等的分布信息，相關(guān)分析結(jié)果可為地震救援、應(yīng)急物資運輸提供參考。
圖 3：緬甸地震受災(zāi)前后光學(xué)衛(wèi)星圖像（災(zāi)前：高分一號 03 衛(wèi)星 2025 年 3 月 16 日采集，災(zāi)后：資源一號 02D 衛(wèi)星 2025 年 3 月 29 日采集）
衛(wèi)星救災(zāi)，不是一天練成的
從強震來襲摧毀地面通信網(wǎng)絡(luò)，到太空中的衛(wèi)星陣列悄然啟動應(yīng)急響應(yīng)，這套體系也經(jīng)過了多年的積累才能實現(xiàn)。2008 年汶川地震后，我國構(gòu)建起天地一體化應(yīng)急監(jiān)測體系——2.3 萬個地面監(jiān)測站與衛(wèi)星陣列協(xié)同運作。當(dāng) 2021 年瀘縣 6.0 級地震發(fā)生時，僅用 9 分鐘就將災(zāi)情評估送達指揮部，較汶川時期效率提升數(shù)十倍。
在地震救援中，遙感衛(wèi)星一馬當(dāng)先，震后 10 分鐘內(nèi)，應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)會根據(jù)震中坐標(biāo)啟動衛(wèi)星調(diào)度程序。原本按固定軌道運行的遙感衛(wèi)星，通過星載推進器實施精準(zhǔn)變軌，并設(shè)置合理的成像以高精度成像模式掃描災(zāi)區(qū)，其獲取的可見光與雷達影像。然后就如上文所說，利用遙感監(jiān)測影像與災(zāi)前對比，識別受災(zāi)情況，并記錄地表形變及趨勢，監(jiān)測次生災(zāi)害，提供災(zāi)后評估和重建地理信息，助居民規(guī)避潛在風(fēng)險。
當(dāng)然，這套系統(tǒng)并非單打獨斗。在 2025 年 1 月 7 日的西藏定日縣地震救援中，中國憑借先進的無人機技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、后勤保障設(shè)備以及遙感衛(wèi)星技術(shù)等一系列全球領(lǐng)先的地震救援設(shè)備和技術(shù)，成功地開展了一場高效、科學(xué)的救援行動。
當(dāng)通信中斷時，通信衛(wèi)星與無人機組成“空基互聯(lián)網(wǎng)”：無人機搭載基站升空，在 2022 年瀘定 6.8 級地震中，“翼龍II無人機”與地面衛(wèi)星車共同構(gòu)建災(zāi)后信息鏈，確?；麦w位移、生命線損毀等關(guān)鍵數(shù)據(jù)實時回傳。而遙感衛(wèi)星提供的災(zāi)情圖譜，正成為救援指揮的“數(shù)字沙盤”，AI 算法可自動標(biāo)注優(yōu)先級救援目標(biāo)。
從災(zāi)后盲救到黃金 72 小時精準(zhǔn)響應(yīng)，我國地震應(yīng)急體系已發(fā)生質(zhì)變。隨著高分衛(wèi)星星座加密組網(wǎng)和算法迭代，這套“太空監(jiān)測+智能分析+空基通信”的立體系統(tǒng)，正在災(zāi)難救援中展現(xiàn)出更強實力。
AI+ 衛(wèi)星將會更強大
隨著人工智能的快速發(fā)展，遙感領(lǐng)域正迎來一場前所未有的革命。從人工智能目標(biāo)識別算法到智能衛(wèi)星星座，這些創(chuàng)新正在重新定義我們對地球的觀測方式，并為未來的技術(shù)應(yīng)用打開了新的大門。
當(dāng)下，遙感衛(wèi)星在地震等自然災(zāi)害救援中已經(jīng)能起到很重要的作用，而人工智能技術(shù)的融入，則會讓遙感衛(wèi)星更強大。通過輕量化 AI 模型與專用計算芯片的巧妙部署，衛(wèi)星已能在浩瀚太空中實時完成目標(biāo)檢測、數(shù)據(jù)壓縮等復(fù)雜任務(wù)。比如，搭載了優(yōu)化版 YOLO 算法（一種人工智能中常用的目標(biāo)檢測算法）的衛(wèi)星，能在拍攝瞬間精準(zhǔn)識別船舶、林火等目標(biāo)，將數(shù)據(jù)處理時效從漫長的小時級縮短至寶貴的分鐘級，為災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)贏得了至關(guān)重要的時間。
更值得一提的是，基于自監(jiān)督學(xué)習(xí)的遙感大模型，極大地提升了多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析的智能化水平。這些模型無需依賴人工標(biāo)注，就能從光學(xué)、SAR、紅外等多源數(shù)據(jù)中自動提取共性特征，讓衛(wèi)星在復(fù)雜多變的場景中更加游刃有余，即便在云層遮擋的區(qū)域也能自動切換至 SAR 成像模式，確保信息的準(zhǔn)確傳遞。
未來，與人工智能深度結(jié)合的“學(xué)習(xí)型衛(wèi)星”有望突破被動觀測的局限，通過星地協(xié)同的強化學(xué)習(xí)框架，動態(tài)優(yōu)化觀測策略。當(dāng)發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)眼壁置換或冰川異常運動時，衛(wèi)星將能自主調(diào)整重訪頻率，甚至聯(lián)動其他衛(wèi)星組成“虛擬星座”進行立體監(jiān)測。這樣的技術(shù)突破，不僅讓衛(wèi)星從“數(shù)據(jù)采集器”蛻變?yōu)椤疤罩悄荏w”，更將為災(zāi)后的快速響應(yīng)和精準(zhǔn)救援提供強有力的支持。
參考文獻
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[6]多顆國產(chǎn)遙感衛(wèi)星傳回緬甸地震災(zāi)區(qū)影像[EB/OL]. https://news.qq.com/rain/a/20250330A06H5Y00
[7]國家遙感數(shù)據(jù)與應(yīng)用服務(wù)平臺[EB/OL]. https://www.cpeos.org.cn/home/
策劃制作
作者丨林昊 中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所 研究生
審核丨劉松川 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院 高級工程師
策劃丨丁崝
責(zé)編丨丁崝
審校丨徐來、林林
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