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背景介绍
自联合国2030年议程实施以来，多个SDGs的进展受到数据缺失、研究不足和发展不均衡的制约。空间对地观测技术能够发挥独特作用，但现有卫星系统主要聚焦于自然环境要素观测与研究，而缺少对人类活动精细探测的设计。因此，CBAS 设计研制了专门服务联合国2030年议程的科学卫星一一SDGSAT-1，并于2021年 11月5日成功发射，以满足SDGs监测与评估的迫切需求。
SDGSAT-1开创并践行了空间观测服务SDGs的理念，具有重要的科学意义和现实价值。SDGSAT-1 卫星为太阳同步轨道，搭载了微光、热红外和多谱段成像仪3种载荷，空间分辨率分别为10 m(全色微光)/40m(彩色微光)、30m和10m，幅宽均为300km，幅宽分辨率比综合指标国际领先，重访周期约 11天。卫星有单载荷观测，以及日间“热红外+多谱段”、夜间“热红外+微光”的协同观测模式，可实现全天时、多载荷协同探测。SDGSAT-1卫星的星下点轨迹示意如图10-1所示。
微光成像仪是全球首部具备全色和彩色协同探测的业务化运行星载夜间灯光遥感系统，可提供判识社会经济发展水平及区域发展差异的客观表征信息，精细刻画夜间人类活动与环境交互作用，服务SDG 7、SDG 11、SDG 13、SDG 14 和 SDG 15等相关目标。热红外成像仪具有 30m分辨率和3波段宽幅探测能力，0.2K高灵敏度温度识别设计可精细探测地表热能分布和变化，特别是城市内部热能分布与自然地物属性，能为估算能源消耗和监测环境变化提供基础数据，服务SDG 7、SDG 13和SDG 15等目标。多谱段成像仪拥有7个波段，有2个深蓝波段和1个红边波段，特别有利于水体和植被生长状态的监测，可服务SDG 6、SDG 14和SDG 15等目标。
SDGSAT-1卫星通过探测人类活动与地球表层环境交互影响的地物参量，实现数据向SDGs应用信息的转化。2022年9月，中方在联合国宣布“SDGSAT-1开放科学计划”，SDGSAT-1卫星数据面向全球开放共享。截至目前，该计划已向全球超过100个国家共享37万余景影像数据，数据量达到1.6PB，影像覆盖全球陆地及近海区域。基于该计划开展了多项国际合作研究，科研团队与联合国卫星中心、联合国减灾署等机构利用SDGSAT-1 卫星评估灾害，共同发布相关报告10余份。本报告围绕6个示范研究开展面向9个SDGs的监测与评估，构建了利用SDGSAT-1数据监测与评估SDGs的方法，并生产了典型区域的系列数据产品，体现了SDGSAT-1卫星对SDGs监测与评估的有效性与先进性，初步展示了利用该卫星支撑全球可持续研究与决策的应用潜力。
示范研究
夜间城市环境探测推动城市精细化管理
数据和方法:利用SDGSAT-1微光数据，协同其他空间观测与地面测量等数据，构建新的夜间灯光指数与信息提取模型，开发多个夜间城市环境数据产品。SDGSAT-1微光数据具有高空间分辨率与全色彩色协同探测等优势，推动了城市精细化监测与管理。图10-2 展示了巴黎与北京中心城区的SDGSAT-1彩色微光影像，能够支持人口分布、照明类型(SDG 1L3、SDG 7.3)、照明道路(SDG 11.2)、人为热通量(SDG 11.b)、气溶胶光学厚度(SDG 39、SDG 11.6)等数据产品，满足城市复杂人类活动的精细监测需求。
与传统的人口栅格数据相比，SDGSAT-1反演的人口分布数据具有更高分辨率和更丰富表现力，与人口统计数据的相关系数高于0.9，可支撑 17个SDGs中人口相关指标更精细的空间分解计算。彩色微光数据提供了夜间灯光彩色光谱的辨识特征，照明类型提取精度高于 80%，其300km的幅宽也为大范围识别城市照明类型提供了有力的支撑。发光二极管(Light Emitting Diode,LED)的普及在城市节能降耗，提升美观和舒适度等方面发挥了积极作用，但也可能引发光污染问题。照明道路数据产品的精度高于90%，能够支撑道路夜间照明率分析，保障人们夜间出行安全。有效填补了部分开放街道地图(OpenStreet Map.OSM)路网的缺失数据，为交通规划与出行导航，城市土地管理与建设规划等提供健全的数据保障。
SDGSAT-I微光数据较传统的夜间灯光数据增加了彩色波谱范围，特别是蓝光谱段能够更完整地估算城市人为热排放。人为热通量产品与验证数据的相关系数高于0.9.可呈现街区尺度的人为热排放分布。气溶胶光学厚度产品与地面测站的相关系数高于0.8，为街道甚至建筑物尺度的夜间空气污染分布提供了数据支持。
自然灾害监测与评估助力应急救灾
数据和方法:采用变化检测、指数增强和阈值分割等方法，协同SDGSAT-1卫星微光、热红外和多谱段三载荷监测与评估多种类型的自然灾害。
SDGSAT-1卫星的高分辨率、高灵敏度以及三载荷的协同观测能力，为灾害应急救灾提供及时、准确的信息支持。图10-3(a)和(b)展示了2023年9月11日利比亚德尔纳市区洪水灾害发生后，灯光分布范围与强度较灾前发生明显变化，灯光减少区域约5km。与传统的夜间灯光数据相比，SDGSAT-1微光数据将受灾区域由乡镇尺度细化至街区级别。图10-3(e)和(d)分别为2023年8月加拿大山火和2023年6月夏威夷火山喷发时的热红外影像，高灵敏度的温度探测能力可准确识别林火与火山喷发范围。此外，三载荷协同在山火监测方面也具有优势。微光和热红外载荷协同能有效提取林火中细微的火点区域，多谱段影像可实现过火面积的定量评估。三载荷协同监测提供了全天时的灾害信息，对于灾情及时响应和救灾策略制定至关重要(SDG11.5、SDG13.1)。
提升工业热源生产区域刻画精度
数据和方法:协同SDGSAT-1热红外数据与高分辨率遥感影像等，构建多元热指标的工业热源识别方法，研制了2023年京津冀城市群的高分辨率工业热源数据集。高分辨率和高灵敏探测能力的SDGSAT-1夜间热红外数据提升了工业热源生产区域的刻画精度。SDGSAT-1夜间热红外数据能更好地降低太阳热辐射造成的地物反射高温干扰，生产运营的厂矿在影像上表现为明显的高温热异常辐射特征，监测到不同类别的工业热源分布如图10-4所示。水泥厂生产区域的亮温较高(301.78K)，其生产区域主要位于煅烧区(立窑/回转窑):热电厂生产区域的亮温较低(277.31K)，其生产区主要是燃烧室、冷却塔、锅炉、电气部分和传热设备等区域。经实地调查，京津冀工业热源总体识别精度为94%，相较于传统的数据与方法，SDGSAT-I热红外数据识别的工业热源数量增加了4倍~7 倍，识别到的工业热源对象最小可探测面积优化了5倍~9倍，0.2K温度变化的探测能力为低温运行的工业热源识别提供了新途径。
该成果可为中国重点行业能效提升与监测管理等方面提供数据支撑，为中国积极应对“调结构、去产能”产业模式升级、碳税国内外交易、大气环境改善等提供科学依据(SDG 7.3、SDG 9.2、SDG 12.2、SDG 12.a)。
提取复杂山地区域地表水体
数据和方法:协同SDGSAT-1夜间热红外和Sentinel-2 卫星数据，构建了面向山地区域的水体分布动态监测方法，研制了兴都库什-喜马拉雅(Hindu Kush Himalaya，HKH)高精度的10m分辨率水体动态分 布(10-meter Dynamic Water body map of the HKH,DWH10)产品。
SDGSAT-1夜间热红外数据修正了HKH区域地表水分布被低估的问题。HKH山地区域作为“亚洲水塔”的重要水源地，其地表水体覆盖及动态变化与区域水资源可持续供给能力直接相关。SDGSAT-1 夜间热红外影像中水体与周围地物特征差异显著，有效消除了日间光学影像提取水体时受山体阴影干扰的影响。协同 SDGSAT-1夜间热红外和Sentinel-2影像研制了HKH区域 2022 年DWH10产品(图10-5)，平均精度达到95%，显著优于当前全球水生态系统面积变化指标(SDG6.6.1) 使用全球地表水(Global Surface Water,GSW)数据(Pekel et al.2016)在HKH的监测精度(76%)。GSW统计的HKH地表水面积为9.7万km2而DWH10获取的区域地表水面积达到14.5 万km²，两者相差约49%。因此，DWH10数据有效解决了HKH山地区域SDG 6.6.1 指标评估数据被低估的问题。
识别海洋典型有害藻华
数据和方法:利用SDGSAT-1多谱段数据，通过光谱分析构建多种海洋藻华的自动识别算法，实现跨海域有害藻华的提取。
SDGSAT-1多谱段载荷深蓝与红边特色波段的设计和高分辨率优势，实现了跨海域、多类型有害藻华的提取和识别。利用SDGSAT-1多谱段数据对藻类在红边波段的反射率及深蓝波段的强吸收特征构建决策模型，实现对不同藻华类型的区分，有效识别了黄海的浒苔绿潮、大西洋的马尾藻金潮、中国南海大亚湾的红色夜光藻赤潮、印度洋阿曼湾的绿色夜光藻赤潮和中国渤海的黑水等海洋典型有害藻华(图10-6)，藻华范围的提取精度达到85%以上。多谱段数据可识别传统水色卫星传感器难以识别的早期、小规模的分散藻华，对藻华和非藻华水体具有较好的区分性，可为海洋污染灾害防治、海洋生态环境与生物多样性保护、海洋渔业等资源的可持续利用提供数据支持(SDG14.1、SDG14.2、SDG14.5、SDG14.7)。
解决大尺度土地沙化监测
数据和方法:SDGSAT-1热红外波段设置了对二氧化硅敏感的波谱范围，构建空间一致性良好的相对归一化的二氧化硅指数(Relative Normalized Silica Index,RNSI)，对毛乌素沙地的土地沙化程度开展监测。
SDGSAT-1三波段热红外数据助力实现大尺度土地沙化程度的高精度监测。利用多时相SDGSAT-1热红外载荷数据构建了RNSI，有效去除了传统多时相二氧化硅指数中地表温度变化的影响(图10-7a)，其30m空间分辨率与300km幅宽优势弥补了当前在轨星载热红外传感器在土地沙化监测上面临的有效载荷少、空间分辨率低、覆盖能力差等不足。以中国四大沙地之一一毛乌素沙地为例，成功实现了大尺度土地沙化程度的监测(图10-7b)，监测结果的总体精度达到85%以上。SDGSAT-1三波段热红外数据构建的RNSI为全球及区域的土地沙化监测(SDG15.3)贡献了可借鉴的新方法。
结论与建议
SDGSAT-1 搭载的微光、热红外和多谱段载荷各自具有特色，通过三载荷昼夜协同探测，开展了对城市发展、灾害评估、能源消耗、水体分布、土地沙化等人与自然交互作用强烈的地物要素的探测与研究，实现了对人类活动痕迹的精细刻画，践行空间观测服务全球可持续发展的理念并发展了相应的技术方法，为支持大范围SDGs监测与评估奠定了初步基础。通过“SDGSAT-1开放科学计划”向全球共享了SDGSAT-1卫星数据，支持各国可持续发展研究与决策，开创了中国对地观测数据全球共享新模式，为弥补数据鸿沟、缩减发展不平衡、助力SDGs实现提供了有力支撑。SDGSAT-1卫星是空间观测服务全球可持续发展的有效实践，证明了空间技术助力联合国 2030年议程实施的潜在价值和重要意义。
尽管 SDGSAT-1卫星在推动全球SDGs 的监测中展现出重要潜力，但要全面助力SDGs的实现，单一卫星的力量仍显局限。2022年6月，中方宣布了可持续发展卫星星座计划，旨在充分利用现有卫星系统的基础上，搭建可持续发展卫星联盟。因此，建议加强国际合作，协同各国所拥有的卫星资源共同构建多载荷、多类型、多尺度的可持续发展卫星星座体系，发展新型的可持续发展系列卫星，形成全方位、高时效、高质量的全球可持续发展空间观测能力，进一步拓展空间观测数据服务全球可持续发展的应用，为全球SDGs实现提供科技支撑与决策服务。
总结与展望
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