“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序功能與應(yīng)用

文|劉建強(qiáng) 蘭友國 阮強(qiáng) 郎姝燕 陳慶勇 石立堅 曾韜 崔利民

1.國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心

2.自然資源部空間海洋遙感與應(yīng)用重點實驗室

3.霧實（福建）科技有限公司

一、前言

我國海洋遙感歷經(jīng)四十年發(fā)展，海洋遙感數(shù)據(jù)品種與數(shù)量不斷增多，特別是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》發(fā)布以來，在“十三五”期間發(fā)射了海洋一號（HY-1C/1D）水色環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星、海洋二號（HY-2B/2C/2D）動力環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星、中法海洋衛(wèi)星（CFOSAT），并由國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心負(fù)責(zé)在軌海洋衛(wèi)星的管理、運行與分發(fā)，后續(xù)衛(wèi)星也正在研制中，每天產(chǎn)生的衛(wèi)星數(shù)據(jù)量4TB以上。普通用戶先是注冊賬戶、審批、瀏覽訂購數(shù)據(jù)、下載傳輸數(shù)據(jù)或是建立接收系統(tǒng)接收衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)，研制或購置軟件處理得到所需產(chǎn)品，之后結(jié)合實際開展應(yīng)用，數(shù)據(jù)下載時間受網(wǎng)絡(luò)帶寬所限，從瀏覽數(shù)據(jù)到處理結(jié)果所需的時間與具體應(yīng)用所需的時效性有一定的差距。

考慮到海洋衛(wèi)星產(chǎn)品屬于公益類服務(wù)產(chǎn)品，普通用戶從獲取數(shù)據(jù)到應(yīng)用的過程中還需經(jīng)歷很多專業(yè)的處理過程，為了減少普通用戶在衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用上的難度，進(jìn)一步擴(kuò)大海洋衛(wèi)星的社會影響力，增強(qiáng)海洋衛(wèi)星的服務(wù)能力，使公眾、涉海企業(yè)以及政府部門能獲得及時有效的海洋衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，為臺風(fēng)災(zāi)害等監(jiān)測提供快速服務(wù)，提升國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心公眾服務(wù)能力，亟需開發(fā)一個移動平臺。多方迫切的應(yīng)用需求，推動了“海洋衛(wèi)星遙感實況”微信小程序的研發(fā)。

二、“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序開發(fā)與功能

“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序經(jīng)過了用戶需求分析、總體設(shè)計、軟件開發(fā)與測試、試運行考核等過程，通過對用戶需求進(jìn)行分析，采用相關(guān)的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，對所需要展示的海洋衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)據(jù)、空間地理數(shù)據(jù)、臺風(fēng)數(shù)據(jù)、氣象信息以及極地環(huán)境數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸類，對數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，將海洋衛(wèi)星和其他衛(wèi)星制作的各類海洋環(huán)境信息產(chǎn)品，以及通過網(wǎng)絡(luò)獲取的信息進(jìn)行解析和入庫存儲，并將解析好的數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)街行耐饩W(wǎng)服務(wù)器上，微信小程序?qū)崿F(xiàn)對海洋衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、歷史臺風(fēng)路徑、衛(wèi)星云圖、極地環(huán)境信息進(jìn)行可視化展示，各類海洋遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品色彩配置按專業(yè)習(xí)慣顯示，所開發(fā)的GIS平臺支持顯示高分辨率的數(shù)字地圖，并提供靈活的業(yè)務(wù)應(yīng)用配置功能，提供數(shù)據(jù)接口、后臺管理及訪問量統(tǒng)計等服務(wù)。其主要功能如下：

1．海洋遙感要素產(chǎn)品展示

系統(tǒng)具備對海洋衛(wèi)星每天生成的海面風(fēng)場、海面溫度、葉綠素濃度、海浪等遙感要素產(chǎn)品展示，以粒子流動畫、靜態(tài)填色等形式在GIS上進(jìn)行疊加，其中衛(wèi)星選項包括CFOSAT、HY-2B/2C/2D、歐洲氣象業(yè)務(wù)（MetOp-A/B/C）、HY-1C/1D、風(fēng)云三號D（FY-3D）10顆衛(wèi)星以及多星融合，單顆衛(wèi)星為沿軌產(chǎn)品，衛(wèi)星未經(jīng)過區(qū)域為黑色。各類衛(wèi)星所對應(yīng)的要素可選擇，含海面風(fēng)場、海面溫度、海浪、葉綠素濃度、懸浮泥沙濃度、總懸浮物濃度、地轉(zhuǎn)流以及美國國家環(huán)境預(yù)報中心（NCEP）、歐洲中期天氣預(yù)報中心（ECWMF）等預(yù)報產(chǎn)品；獲取產(chǎn)品的日期可選擇，從最近7天到當(dāng)天，缺省值為當(dāng)天最新時刻；關(guān)注區(qū)域可滑動放大或縮??；點擊屏幕關(guān)注位置，其地理坐標(biāo)與要素參數(shù)信息直接顯示在屏幕上。圖1為2021年第6號臺風(fēng)“煙花”7月24日多星融合海面風(fēng)場，以及4月15日海面溫度。

圖1 小程序顯示的海洋衛(wèi)星要素產(chǎn)品

2．歷史臺風(fēng)與路徑展示

點擊【歷史臺風(fēng)】按鍵，進(jìn)入歷史臺風(fēng)模塊，勾選需要查看的臺風(fēng)，即可在GIS上展示所選的臺風(fēng)路徑，最多可選擇5個，可方便多個臺風(fēng)路徑比較分析。臺風(fēng)數(shù)據(jù)自1956年開始，每年臺風(fēng)數(shù)量、名稱、路徑均可顯示，為歷史大數(shù)據(jù)提供參考。圖2選擇了2005年9號臺風(fēng)“麥莎”與2021年6號臺風(fēng)“煙花”及2020年8號臺風(fēng)“巴威”、9號臺風(fēng)“美莎克”、10號臺風(fēng)“海神”（三個臺風(fēng)均對東北造成災(zāi)害損失）做比較，這些均為強(qiáng)臺風(fēng)、超強(qiáng)臺風(fēng)，路徑長，強(qiáng)度大，影響范圍廣。

圖2 歷史臺風(fēng)選擇路徑顯示

3、衛(wèi)星云圖顯示

用戶點擊衛(wèi)星云圖下的【風(fēng)云】或【HY-1C/1D】，即可在地圖上展示所選的衛(wèi)星云圖圖層。圖3所示為近海及西北太平洋部分海域，未來將逐步擴(kuò)大到全球。

圖3 衛(wèi)星云圖選擇及衛(wèi)星云圖顯示

4．極地遙感產(chǎn)品顯示

點擊【更多】按鍵，選擇【極地遙感】，可進(jìn)入“極地遙感監(jiān)測”小程序，查看極地多要素信息，目標(biāo)區(qū)域可選擇南極、北極以及南北極重點區(qū)域、雪龍1號或雪龍2號航路區(qū)域，要素可選擇海冰、海面風(fēng)場、海面溫度、船舶自動識別系統(tǒng)信息等。日期可選最近七天內(nèi)到前一天，缺省值為前一天。圖4展示了南極周邊海面風(fēng)場信息與船舶信息、南極周邊海面溫度信息以及船舶信息、北極海冰與船舶信息、雪龍船航線中全球海面風(fēng)場及周邊船舶信息顯示界面，還可瀏覽海岸帶成像儀覆蓋南北極區(qū)域的遙感圖像。

圖4 極地遙感產(chǎn)品

5.其他功能

小程序還包括系統(tǒng)設(shè)置，風(fēng)場顯示可以選擇粒子、箭頭、風(fēng)桿，臺風(fēng)預(yù)報路徑顯示選擇、主題設(shè)置、熱點信息、極地科普、雪龍船歷史軌跡、歷次科考介紹以及系統(tǒng)維護(hù)、小程序分享、橫豎屏切換等等。

三、“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序特點與實際應(yīng)用效果

1．小程序的主要特點

1）多星多要素數(shù)據(jù)集成與動態(tài)播放：集成10顆 衛(wèi) 星（FY、CFOSAT、HY-1C、HY-1D、HY-2B、HY-2C、HY-2D、MetOp-A、MetOp-B等）、10余種要素（風(fēng)場、溫度場、浪場、地轉(zhuǎn)流、葉綠素、懸浮泥沙、總懸浮物、船舶自動識別系統(tǒng)、海冰密集度、云圖等）數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多星多要素數(shù)據(jù)的動態(tài)展示，并支持要素數(shù)據(jù)5天或7天的動態(tài)播放；

2）多圖層疊加展示：實現(xiàn)從單圖層向多圖層綜合展示的轉(zhuǎn)變，豐富展示內(nèi)容、方便數(shù)據(jù)分析；

3）極地投影適配與監(jiān)測信息展示：適配南極、北極地區(qū)投影，設(shè)計高精度HY-1C遙感影像底圖，支持極地海冰、溫場、風(fēng)場數(shù)據(jù)動態(tài)疊加；

4）雪龍?zhí)枌ｎ}：追蹤雪龍?zhí)柡叫新肪€、航行歷程，提供定制化航行保障；

5）熱點事件專題：以衛(wèi)星遙感視角看熱點事件區(qū)域變化，真實、直觀反映目標(biāo)區(qū)域發(fā)展態(tài)勢；

6）臺風(fēng)專題：匯集1956年以來歷史臺風(fēng)信息、實時監(jiān)測臺風(fēng)數(shù)據(jù)以及臺風(fēng)預(yù)報數(shù)據(jù)，實現(xiàn)歷史臺風(fēng)路徑、實測臺風(fēng)路徑以及預(yù)報臺風(fēng)路徑的動態(tài)展示；

7）專業(yè)、生動的展示效果：各要素信息色彩配置符合海洋專業(yè)表達(dá)，以粒子流顯示海洋動力要素動感十足、直觀生動；

8）極簡的設(shè)計風(fēng)格：以簡馭繁的頁面風(fēng)格設(shè)計，刪繁就簡的人機(jī)交互設(shè)計，數(shù)據(jù)展示清晰明了，系統(tǒng)操作簡單友好。

2．使用情況

截至2021年8月10日，小程序已穩(wěn)定運行686天。累計訪問數(shù)118133次，獨立訪客67224人；平均日訪問172次，日訪客97人；最大日訪問量5792次，訪客2633人。2021年1月至8月小程序的使用范圍覆蓋全國35個省級行政區(qū)。沿海省份訪客居多，除此之外，用戶還覆蓋了菲律賓、美國、加拿大、日本等20多個國家。2021年7月第6號臺風(fēng)“煙花”訪客數(shù)與瀏覽量達(dá)到最大，浙江、上海、江蘇訪客量猛增。

四、“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序效能

通過開發(fā)并業(yè)務(wù)化運行海洋衛(wèi)星遙感實況小程序，初步實現(xiàn)了以下效能：

1）讓用戶不需要配置專用的電腦與通信系統(tǒng)可直接使用海洋衛(wèi)星遙感應(yīng)用產(chǎn)品，降低了高科技產(chǎn)品的使用門檻與運維成本。

2）減少了通常用戶需要經(jīng)過下載獲取數(shù)據(jù)、產(chǎn)品視覺表達(dá)、存儲管理、使用培訓(xùn)、運維付費等眾多中間環(huán)節(jié)，大大地提高了效率，海上航行保障與海上作業(yè)、極地大洋科考、汛期災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)報、科普教育等管理部門以及企事業(yè)單位多層次的用戶群體均可直接享受隨時隨地獲得基于關(guān)注海域的精細(xì)化海洋衛(wèi)星遙感監(jiān)測服務(wù)。

3）產(chǎn)品表達(dá)形式多樣化，通過色標(biāo)、風(fēng)桿、箭頭、粒子或組合，實現(xiàn)了要素的動態(tài)變化展示，直觀形象，移動位置不僅可達(dá)全球，又可看西北太平洋，還可看西風(fēng)帶，南半球、北半球均可達(dá)，可更多地增加對大自然變化過程的認(rèn)知。每天海上風(fēng)場分布構(gòu)成的一幅幅圖案千姿百態(tài)，既展示海上風(fēng)暴的兇險，也展示了大自然的藝術(shù)美感，如同梵高的星空畫作，滿足了公眾對衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的個性化和多元化需求。

4）預(yù)報部門可通過遙感實況檢驗海洋動力環(huán)境參數(shù)的準(zhǔn)確性，外出旅行人員可根據(jù)實況規(guī)劃行程。內(nèi)部業(yè)務(wù)人員可直接看每天成果數(shù)據(jù)，了解各衛(wèi)星業(yè)務(wù)運行進(jìn)展。

五、結(jié)束語

在新冠肺炎疫情防控阻擊戰(zhàn)期間推出的“海洋衛(wèi)星遙感實況”小程序，以最便捷的方式打通了衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)公眾的最后一公里，是國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心針對衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品信息化共享服務(wù)、貼近百姓生活的一次全新嘗試?？稍谖⑿劈c擊發(fā)現(xiàn)→小程序搜索→輸入“海洋衛(wèi)星遙感實況”或“海洋實況”，或在海洋衛(wèi)星公眾號，在應(yīng)用服務(wù)中選擇海上實況即可添加，之后就可享受到精準(zhǔn)的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)了。

這款應(yīng)用程序雖小，信息量卻非常豐富，無論是普通百姓還是專業(yè)的科技人員都可以通過小程序快速瀏覽我國海洋衛(wèi)星獲得的全球海洋、中國海域以及南北極周邊的近實時實況安排出行，也可通過小程序認(rèn)識地球、認(rèn)識海洋、認(rèn)識極地，同時可感受、分享我國航天、海洋科技創(chuàng)新成果。