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风云三号E星地面应用系统:海量数据的“智慧大脑” 来源:中国气象报社 日期:2021年07月05日17:47

  专家顾问:风云三号极轨卫星地面系统总设计师 胡秀清

  采访人:中国气象报记者 王玫珏 李慧

  风云三号E星(简称E星)装载了11台先进的遥感仪器,在地球上空830多公里的轨道上不间断地探测地球,地面也有一套“智慧大脑”与之配合。

  作为风云三号系列气象卫星的第5颗星,E星的卫星地面应用系统(以下简称“地面系统”)在前4颗卫星的基础上有继承也有创新,特别是针对新载荷、新搭配建立了新的算法和处理方法,整体在规模、性能、技术水平和服务能力上都有大幅度的提高。

  庞大海量的卫星探测数据,经过地面系统的接收、汇集、处理,生成不同应用产品,再经过质量检验、存储、编目、归档,将高质量的数据产品分发给用户。风云三号卫星遥感所含信息为气象业务、防灾减灾、生态监测等提供定量化的服务,大大提升了应用的质量和时效,满足了服务人民、经济建设、国防建设的要求。

  全新升级的集成运行控制系统

  地面站通过跟踪接收卫星向地面发送的无线电波,将卫星观测到的宝贵信息以数据形式“落地”,从而为后续的分析应用提供数据支撑。

  由于极轨卫星绕地球南北两极运转,极区地面站与卫星的“见面”次数多于非极区地面站。为了提高接收风云三号卫星数据的时效性,全球卫星数据接收“控制中心+国内站+极地站”的站网格局,保证了各轨道资料“无一漏网”,全球观测资料的获取时效提高到2小时内。极区地面站的加入,让卫星资料的“回家之旅”变得更加快捷有效。

  新的观测仪器使用、组网观测、资料时效要求高、数据量的增加等,对卫星地面系统提出了更多需求。

  为此,地面系统新增总控“司令部”——集成运行控制系统,集约了原来比较分散的控制业务,实现卫星的集中监视与管理,地面系统状态的集中监视、资源的集中调度,以及数据预处理、产品生成、存档、数据分发、仿真、质量控制等作业流的集中控制。

  集成运行控制系统可以更好地统筹利用资源,当作业量较大时,可启动新的资源“候补”上来,而当作业量较小时,可让机器暂时“休息”片刻。

  值得一提的是,该系统首次增加了卫星的“保健师”,可实现健康监视与故障诊断,若遇卫星载荷出现异常增温,可发出关闭该载荷的指令,让其降温,进而促使卫星恢复健康状态。

  大规模高定量的数据

  数据的预处理直接关系到数据的可用性、精度,主要分为两个核心部分——定标和定位。目前,我国卫星辐射定标水平接近国际水平,核心算法也达到了国际先进水平。

  对标世界气象组织空间气候观测计划关键要素清单和精度要求,地面系统可提供长达10年时间序列的风云卫星气候观测数据,实现气候监测预测的国产数据支撑。通过星地一体化定量处理,实现观测仪器全波段星上绝对辐射定标,满足气象现代化对定量遥感应用的需求:红外波段在轨辐射定标精度达到0.3K,微波波段定标误差小于0.7K,可见光近红外波段误差小于3%。

  如何判断产品准确与否?地面系统新增了天地一体化验证系统。利用全国气象台站网的优势,加强了对定量产品反演精度检验和验证,改进和提高卫星产品的反演精度和可靠性。

  天地一体化遥感产品真实性检验依据常态化观测与专项外场试验相结合的原则,支撑相关遥感产品精度提升与算法优化。建设具备云和辐射、大气参数、降水、海洋、陆表、空间天气等产品检验能力的天地一体化遥感产品真实性检验验证场网。计划建设云-气溶胶产品检验站点114个,辐射产品检验系统站点65个,大气参数检验系统站点60个,降水产品检验系统站点15个。

  多层级面向服务的产品体系

  精准的数据接收和处理,确保了具有宝贵应用价值的各类产品的生成。目前,03批地面应用系统可生成大规模、高定量、多圈层的卫星数据产品——22类仪器的一级产品、10类151个二级产品,包括大气、云、海洋、陆地和冰雪、空间环境参数。

  层层加工满足了不同用户的需求。在二级产品基础上还可加工生成三级产品,比如候、旬、月格点产品。再往上还有四级产品,主要指融合了天气、气候、海洋、环境等模式进行计算后得到的各类数据产品。

  地面系统以防灾减灾、应对气候变化、生态监测评估、环境保护和空间天气5大领域11个应用方向建设为核心,着力开展风云三号卫星遥感资料在国家级的遥感应用,同时兼顾区域特色遥感应用系统的建设,气象卫星应用效益比提升至1:40。

  国际先进的数据分发服务能力

  E星计算机与网络系统采用基于云网融合异构混合云架构,为地面系统提供约3万核心的计算 、15PB的在线存储资源,骨干网络采用100Gb互联。计算机网络系统采用自主研发的资源调度核心软件,为地面系统业务提供高效计算资源池服务,实现业务逻辑与IT资源的松散耦合,提升了地面系统整体可靠性。

  目前,全国共有27个风云三号气象卫星数据直收站,它们是为行业用户推送数据和应用的重要渠道。

  此外,国家卫星气象中心初步建成了完全自主知识产权的大气遥感卫星大数据知识化管理系统,初步建成数据资源、存储资源和应用支撑三位一体,高度整合的国家级大气遥感卫星数据中心,具备百PB级卫星数据在线管理能力,做到数据多中心协同、一键查、全生命周期可追踪。

  初步建成多端一体的天地一体化智能服务系统,具备2000人同时在线、订单分钟级响应、日服务大于30TB的能力。2020年,国际气象卫星协调组织(CGMS)第48届组会公布,风云气象卫星数据服务处于领先位置。

  风云三号E星卫星数据全品类在线数据资源池,采用标准化编目结构,便于编程自动运行,实现与卫星监测分析与遥感应用系统(SMART)、卫星天气应用平台(SWAP)、数值预报业务系统(GRAPES)、高时效多源数据融合实况业务系统、中国气象数据网、星基太阳能资源系统等国家级气象业务系统无缝对接,各业务系统可直接读取池中卫星数据,无需数据“搬家”。

  产品的推送方式在保留传统网上订购、内部共享、特殊用户“直通车”等渠道的同时,新增了“云”共享,用户可以直接在云端获取所需产品,这也是未来风云气象卫星的服务重点。

  强大的资源调度和数据处理能力、高效便捷的数据分发服务体系,确保了E星产品可即时按需分发给各用户。地面系统可在卫星观测后2小时至2.5小时内将重要的全球产品分发到用户手上,这一时效在国内所有遥感卫星中属于领跑水平。

  (责任编辑:郝静)



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