1999年10月，我国成功发射了第一颗传输型陆地观测卫星——中巴地球资源卫星01星（CBERS-01），该卫星携带的红外多光谱扫描仪（IRMSS），开创了我国陆地观测卫星搭载热红外相机（传感器）的先河。之后经过20余年的发展，我国陆续发射的多颗民用陆地观测卫星都携带了热红外相机，在空间分辨率、波段设置、幅宽等方面取得了长足的进步，在多个领域得到了广泛应用。
一、我国已发射搭载热
红外相机的民用陆地观测卫星
热红外相机，是利用红外遥感技术来探测和测量物体发出的热红外辐射的卫星有效载荷。目前，国内教材、文献等对于热红外遥感工作波段光谱范围的定义不完全一致，本文采用参考文献[1]对于热红外遥感工作波段的定义——通常热红外遥感波段选择在波长3-5µm和8-14µm两个区间内，将我国民用陆地观测卫星搭载3-5µm中波红外或8-14µm长波红外工作波段的红外相机、光谱扫描仪或光谱成像仪，统称为热红外相机。
自1999年至今，我国已发射13颗搭载热红外相机的民用陆地观测卫星。卫星发射年份、工作波长及空间分辨率等关键信息按时间线排列如图1所示。
图1 我国已发射搭载热红外相机的
民用陆地观测卫星（按时间线排列）
二、我国已发射民用陆地
观测卫星热红外相机基本情况
1.中巴地球资源系列卫星红外多光谱扫描仪
1999年10月成功发射的CBERS-01星搭载的IRMSS是在我国首颗陆地观测卫星上搭载的红外相机。2003年10月发射的CBERS-02卫星也搭载了IRMSS相机。
2014年12月发射的CBERS-04星搭载了红外多光谱扫描仪（IRS），与CBERS-01/02IRMSS的波段配置及光谱范围完全一致，幅宽大致相同，空间分辨率有了大幅提升。CBERS系列卫星红外多光谱扫描仪特性见表1。
2.环境减灾系列卫星红外多光谱相机
环境减灾一号B星（HJ-1B）搭载了红外多光谱相机（IRS），目前已失效。环境减灾二号A星（HJ-2A）与B星（HJ-2B）技术状态相同，均搭载了红外相机。环境减灾系列卫星红外相机特性见表2。
HJ-2A/2B卫星搭载的红外相机相较于HJ-1B卫星红外多光谱相机：幅宽相同；均包含了位于3-5µm和8-14µm两个大气窗口范围内的波段配置；增加了侧摆能力；空间分辨率大幅提升；波段配置更加丰富，波段总数由4个增加到了9个，长波红外波段由1个波段（10.5-12.5µm）细分为2个波段，即10.5-11.4µm和11.5-12.5µm波段。
3.实践9号B星长波红外相机
实践9号卫星为我国技术试验卫星。实践9号B星（SJ-9B）搭载了长波红外相机，工作波段为8-12µm，空间分辨率为73m，幅宽为18km，目前已失效。
4.高分四号卫星中波红外相机
高分四号（GF-4）卫星是我国第一颗地球同步轨道陆地观测卫星，搭载的中波红外400m分辨率凝视相机，能够实现对我国及周边地区的观测，重访时间达到20s，快速重访优势突出。GF-4卫星中波红外相机特性见表3。
5.高分五号系列卫星全谱段光谱成像仪/宽幅热红外成像仪
高分五号（GF-5）卫星与高分五号02星（GF-5B）均搭载了全谱段光谱成像仪（VIMI），波段配置完全相同，保持了连续性；均包含了2个中波红外波段与4个长波红外波段，在国内民用传感器领域实现了由单通道向多通道、中空间分辨率向高空间分辨率的跨越式突破。高分五号01A（GF-501A）卫星搭载了宽幅热红外成像仪（WTI），幅宽达到了1500km，具备国际综合性能第一的大幅宽中高空间分辨率长波红外探测能力，可反演全球高精度地表温度信息。在8.01-12.5µm长波红外区间具有与GF-5、GF-5B几乎一致的4个波段。GF-5系列卫星红外成像仪特性见表4。
6.资源一号02E卫星长波红外相机
资源一号02E卫星（ZY-102E）搭载的长波红外相机（IRS）被称为第三只“眼睛”，工作波段为7.7-10.5µm，空间分辨率15m，对大多数陆地物体具有极佳的可见性，能够用来调查地表一般物体的热辐射特性，细腻呈现地面热红外图像，揭示细微的温度差异。ZY-102E卫星长波红外相机特性见表5。
7.大气环境监测卫星宽幅光谱仪
大气环境监测卫星（DQ-1）搭载了大气探测激光雷达等5台载荷，宽幅成像光谱仪（WSI）是主要载荷之一，可获取光谱范围从可见光至长波红外的陆表和大气多光谱信息。2024年7月25日，DQ-1卫星正式投入使用。DQ-1卫星宽幅成像光谱仪特性见表6。
三、我国民用陆地观测
卫星热红外相机发展特点
目前有8颗卫星的红外相机处于正常运行状态。HJ-2A、HJ-2B、GF-5B和DQ-14颗卫星同时具备位于3-5μm和8-14μm光谱范围内的波段设置，既能监测地表高温目标，又能监测地表常温目标。CBERS-04、HJ-2A、HJ-2B、GF-5B、ZY-102E、DQ-1、GF-501A7颗卫星具备长波红外波段处于8-14μm区间内，能用于监测地表常温目标，其中HJ-2A、HJ-2B、GF-5B、DQ-1和GF-501A5颗卫星具备红外分裂窗通道。
同系列卫星（如GF-5系列、HJ系列）的红外相机基本保持了幅宽、波段配置的连续性，同时空间分辨率有了明显提升。
同系列卫星中新发射卫星的红外相机在波段设置或幅宽等方面实现了创新，如HJ-2A/2B卫星红外相机的波段配置更加丰富，长波红外波段进一步细分，GF-501A宽幅热红外成像仪的幅宽优于1500km。
红外相机向高空间分辨率与大幅宽两个方向发展。如ZY-102E长波红外相机空间分辨率达到了15m，是目前我国民用卫星热红外相机的最高空间分辨率；GF-501AWTI幅宽达到了1500km，DQ-1卫星WSI幅宽达到了2300km，适用于大尺度的宏观观测。
四、民用陆地观测卫星
热红外相机标准产品与数据服务
1.热红外相机标准产品级别及说明
目前我国在轨运行的民用陆地观测卫星热红外相机标准产品级别及说明如表7所示。
2.热红外相机图像全球覆盖情况
截至2024年10月中旬，8颗在轨民用陆地观测卫星热红外相机存档数据全球覆盖情况见表8。
除GF-4卫星外，其余卫星均覆盖了全球绝大部分陆地，GF-501A和DQ-1因幅宽较大，已分别覆盖全球95.97%和100%。
3.热红外相机数据分发服务
针对自然资源部、生态环境部、应急管理部、国家林业和草原局、中国气象局、中国地震局等卫星主用户单位，中国资源卫星应用中心通过光纤专线直接将热红外相机标准产品数据推送给客户，全面支撑主用户的行业业务应用。
普通公众用户，可以通过互联网访问中国资源卫星应用中心“陆地观测卫星数据服务”平台官网（https://data.cresda.cn/#/home）进行热红外相机标准产品的查询检索；授权用户可以进行网上订购以及数据下载。
五、典型应用
1.火山喷发监测
利用高分五号卫星01A星WTI热红外图像，处理得到目标及周围区域的亮度温度（简称亮温），从不同时刻的亮温图可以判断火山喷发后对周围区域的影响，有效支撑火山周边海域环境的监测等相关工作（图2）。
图2 GF-5 01A 卫星日本樱岛火山监测亮温图（图片来源于国家航天局发布的高光谱综合观测卫星首批影像成果）
2.土壤水分反演应用
基于高分五号卫星01A星WTI图像，利用分裂窗算法进行地表温度提取，通过植被指数和地表温度，构造干湿边方程，计算得到植被干旱指数，能够较好地反演土壤水分，支撑业务应用（图3）。
图3 黑龙江省双鸭山市友谊县农田区土壤水分反演结果（图片来源于国家航天局发布的高光谱综合观测卫星首批影像成果）
3.秸秆焚烧监测
大气环境监测卫星WSI具有宽覆盖的特性，可以利用该相机图像进行大尺度的监测应用，如支撑秸秆焚烧火点监测等相关工作（图4）。
图4 黑龙江省秸秆焚烧监测图
（图片来源于生态环境部卫星环境应用中心）
4.森林火灾监测
（1）多卫星热红外相机协同观测山西森林火灾
利用多颗民用陆地观测卫星热红外相机协同成像，跟踪监测森林火灾明火点的变化情况，为森林火灾扑救提供及时、科学的信息。图5为利用多颗热红外相机图像跟踪监测2024年6月12—15日山西省安泽县森林火灾从初起到扑灭的全过程。
图5 多颗陆地观测卫星热红外相机组合监测山西森林火灾
（2）GF-4卫星红外相机快速跟踪监测云南森林火灾
GF-4卫星中波红外相机运行于地球同步轨道，具有对火场快速重访的优势，能快速跟踪监测森林火灾的火势变化，辅助有关部门做出有效救援措施（图6、图7）。
图6 GF-4卫星红外相机跟踪监测云南省元江县森林火灾（2024年1月8日）
图7 GF-4卫星红外相机跟踪监测四川省木里县森林火灾（2020年3月30-31日）
5.地表温度差异监测
ZY-102E卫星热红外图像因为分辨率较高，可清晰地分辨多种不同地物的边界（例如河流、机场等），并呈现地物的表面温度情况（图8）。
图8 ZY-1 02E卫星长波红外相机影像温度渲染
六、结语
20多年来，我国民用陆地观测卫星热红外相机在多方面取得了巨大发展，观测能力大幅提升，为我国科学研究与行业应用提供了丰富的多分辨率、多尺度数据源，可在地表温度反演、地表热环境监测、全球变暖、灾害监测等多个领域发挥更大的作用。
