國產(chǎn)民用陸地觀測衛(wèi)星發(fā)展及服務(wù)模式

● 文|中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心 李杏朝 張浩平

國產(chǎn)民用陸地觀測衛(wèi)星發(fā)展及服務(wù)模式

● 文|中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心 李杏朝 張浩平

自1999年10月14日中國成功發(fā)射中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01）以來，國產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星的發(fā)展已經(jīng)走過了近15年的歷程。中國陸地衛(wèi)星的數(shù)量和載荷類型不斷增加，數(shù)據(jù)質(zhì)量有了飛速的提高，數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)能力與服務(wù)水平不斷提升，數(shù)據(jù)分發(fā)量每年遞增，數(shù)據(jù)服務(wù)模式不斷擴展。中國民用陸地觀測衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、礦產(chǎn)、城市規(guī)劃、環(huán)境保護、防災(zāi)減災(zāi)等多個領(lǐng)域，取得了顯著的社會和經(jīng)濟效益。

一、國產(chǎn)陸地觀測衛(wèi)星的發(fā)展現(xiàn)狀

1.現(xiàn)有衛(wèi)星資源

中國已經(jīng)成功發(fā)射多個系列的民用陸地觀測衛(wèi)星，包括3顆CBERS系列衛(wèi)星（01、02、02B）、3顆環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星（HJ-1A、1B、1C）、1顆資源一號衛(wèi)星（ZY-1） 02C星、中國第一顆民用高分辨率光學(xué)傳輸型立體測圖衛(wèi)星資源三號（ZY-3）、2顆實踐九號衛(wèi)星（SJ-9A、9B）和首顆高分重大專項工程衛(wèi)星高分一號（GF-1）衛(wèi)星，中國發(fā)射的陸地觀測衛(wèi)星數(shù)量已達11顆，除了3顆CBERS系列衛(wèi)星已經(jīng)完成其歷史使命，目前其余的8顆陸地衛(wèi)星在軌運行。

2.有效載荷體系

經(jīng)過多年的發(fā)展，中國民用陸地觀測衛(wèi)星有效載荷有了飛躍發(fā)展，形成了涵蓋不同空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率的有效載荷體系。

有效載荷空間分辨率覆蓋高、中、低分辨率，全色相機空間分辨率范圍為2～5m，多光譜相機空間分辨率范圍為6～150m，既可以滿足大范圍干旱、洪澇等的災(zāi)害宏觀監(jiān)測和全國及省市的土地利用和生態(tài)環(huán)境變化的大范圍普查，也能滿足河湖普查、區(qū)域資源調(diào)查和城市規(guī)劃、重點區(qū)域、重點工程、研究示范項目的監(jiān)測等需求；光譜分辨率全色相機光譜范圍覆蓋0.45～0.89 μm，多光譜相機光譜范圍覆蓋可見光、紅外譜段，高光譜成像儀光譜范圍覆蓋0.45～0.95μm，包含115個頻段，可以滿足礦產(chǎn)、水環(huán)境、精細(xì)農(nóng)業(yè)、土壤溫度、城市熱島、林火等目標(biāo)的遙感監(jiān)測；現(xiàn)有的國產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，可以滿足不同條件下的時間分辨率、成像覆蓋能力的要求，時間分辨率單星最短重訪周期為3天，環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星1A/1B兩臺CCD相機有效幅寬超過700km，4天即可覆蓋全國，通過A、B星組網(wǎng)運行，兩天時間即可采集所有數(shù)據(jù)。在軌運行的多星多載荷，通過組網(wǎng)綜合調(diào)度運行，組合觀測平均重訪周期達到8小時，可以滿足特定目標(biāo)的調(diào)查需要，如災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測、水體污染等的日常運行監(jiān)測。

3.國產(chǎn)民用陸地觀測衛(wèi)星發(fā)展歷史階段

中國國產(chǎn)民用陸地觀測衛(wèi)星發(fā)展走過了以下幾個歷程：從1999—2006年最初的CBERS-01/02星成功發(fā)射及應(yīng)用的試驗應(yīng)用階段，衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量還有待改進；到2007—2011年成功發(fā)射第一顆高分辨率數(shù)據(jù)衛(wèi)星CBERS-02B和環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星A、B星發(fā)射及應(yīng)用，衛(wèi)星發(fā)展已經(jīng)從試驗應(yīng)用階段向業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段過渡，衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量有了很大改進，衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣泛使用；2012年至今，隨著資源三號、資源一號02C星和高分一號衛(wèi)星一批高分辨率衛(wèi)星的成功發(fā)射，中國民用陸地觀測衛(wèi)星已經(jīng)邁進了業(yè)務(wù)化應(yīng)用階段，衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量大幅度提高，資源三號衛(wèi)星的影像質(zhì)量及測圖精度達到國際先進水平，多星、多載荷綜合使用滿足了多個行業(yè)的遙感業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

二、國產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分發(fā)和應(yīng)用服務(wù)

1.數(shù)據(jù)分發(fā)

中國的民用陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)已經(jīng)形成了從最初單一的光盤（磁介質(zhì)）分發(fā)發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)分發(fā)，從單一網(wǎng)絡(luò)分發(fā)發(fā)展成基于專網(wǎng)、電子政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)不同層次、多類用戶的“三網(wǎng)合一”的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系。對主用戶通過光纖專網(wǎng)分發(fā)數(shù)據(jù)，對政府部門通過電子政務(wù)網(wǎng)分發(fā)數(shù)據(jù)，對其他用戶通過互聯(lián)網(wǎng)分發(fā)數(shù)據(jù)。國產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)的服務(wù)能力與服務(wù)水平不斷提升，數(shù)據(jù)分發(fā)量急劇增長，數(shù)據(jù)年分發(fā)量從過去的幾千景到現(xiàn)在的上百萬景；數(shù)據(jù)分發(fā)的行業(yè)領(lǐng)域不斷擴大，除國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)境保護、減災(zāi)防災(zāi)、城市規(guī)劃等傳統(tǒng)行業(yè)外，已經(jīng)開始應(yīng)用于電力、煤炭、石油、交通、民航、旅游、電子導(dǎo)航地圖等其他行業(yè)領(lǐng)域；數(shù)據(jù)應(yīng)用區(qū)域不斷擴展，注冊總用戶單位近5000家，用戶分別來自全國32個省市自治區(qū)、國家有關(guān)部委及全國省市遙感單位（圖1）。

>>> 圖1 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)體系

國產(chǎn)陸地衛(wèi)星多星綜合運控能力不斷提升。中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心負(fù)責(zé)國產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)的運行，針對在軌衛(wèi)星多、成像任務(wù)復(fù)雜等情況，統(tǒng)籌規(guī)劃和編排多星綜合運行任務(wù)，實現(xiàn)了多星成像任務(wù)一體化編排。所有衛(wèi)星過境后，原始數(shù)據(jù)1小時內(nèi)由接收站傳送至中心。所有數(shù)據(jù)當(dāng)天處理完畢，并且同步上網(wǎng)，用戶即可通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽查詢。

2.應(yīng)用服務(wù)

國產(chǎn)陸地衛(wèi)星的應(yīng)用服務(wù)已經(jīng)從定性產(chǎn)品發(fā)展到定量產(chǎn)品，從提供單純的數(shù)據(jù)服務(wù)模式發(fā)展到提供信息服務(wù)，從單純的應(yīng)用推廣逐步形成業(yè)務(wù)化長期的應(yīng)用服務(wù)模式，從國內(nèi)應(yīng)用服務(wù)向國際應(yīng)用服務(wù)推進。

多年來，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心積極開展絕對輻射定標(biāo)試驗，發(fā)布在軌衛(wèi)星絕對輻射定標(biāo)系數(shù)，促進了國產(chǎn)陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)的定量化應(yīng)用。應(yīng)用服務(wù)已經(jīng)由早期的遙感圖像定性解譯發(fā)展到定量化應(yīng)用，能夠反演得到地表溫度、水質(zhì)參數(shù)、植被指數(shù)等多種地表參數(shù)，為全球變化、環(huán)境保護等領(lǐng)域研究提供支撐；由單純地提供遙感圖像標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、增值產(chǎn)品數(shù)據(jù)，發(fā)展到從衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行信息提取，并形成業(yè)務(wù)化的綜合信息服務(wù)平臺，為我國農(nóng)、林、國土、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、災(zāi)害監(jiān)測等行業(yè)提供有效的信息服務(wù)。通過與行業(yè)用戶合作，逐漸形成了為行業(yè)應(yīng)用提供持續(xù)數(shù)據(jù)和信息服務(wù)的業(yè)務(wù)化流程和長效機制，為國土資源“一張圖”、森林火災(zāi)監(jiān)測、水利業(yè)務(wù)、林業(yè)資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、地震監(jiān)測、海岸帶監(jiān)測等提供業(yè)務(wù)化服務(wù)。

國際服務(wù)的擴展方面，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心積極擴大國際交流與合作，先后與十余個國家進行了國際合作與交流，提高了國產(chǎn)陸地衛(wèi)星在國際上的地位和聲譽。2007年5月國家航天局加入空間與重大災(zāi)害國際憲章（Charter），中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心履行緊急事務(wù)官員（ECO）職責(zé)，進行ECO國際值班工作，在國際減災(zāi)救災(zāi)工作中發(fā)揮了重要作用。在中非戰(zhàn)略合作框架下，2008年中國成功完成CBERS-02B星在南非的建站和數(shù)據(jù)分發(fā)，實現(xiàn)海外建站零的突破，促進了資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)在南部非洲13個國家的使用，標(biāo)志著我國民用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)正式進軍海外遙感應(yīng)用市場。2011年中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心為泰國承建的環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星A星遙感地面站正式交付泰方，這是我國首個成套從接收到處理、存儲、分發(fā)的地面系統(tǒng)出口，實現(xiàn)了零的突破，環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在泰國得到了廣泛應(yīng)用。

三、衛(wèi)星應(yīng)用綜合信息服務(wù)模式

目前，遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)分發(fā)是一體化的，應(yīng)用系統(tǒng)與之是分開的。遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)是集衛(wèi)星數(shù)據(jù)接入、管理與發(fā)布，衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理，衛(wèi)星數(shù)據(jù)成果發(fā)布于一體的綜合系統(tǒng)。國際國內(nèi)面向?qū)嶋H應(yīng)用的遙感衛(wèi)星應(yīng)用工具及軟件，如ERDAS、ENVI、PCI，以及以之為基礎(chǔ)根據(jù)各行業(yè)具體要求進行二次開發(fā)的軟件系統(tǒng)等，基本屬于應(yīng)用系統(tǒng)，需要用戶有很好的遙感應(yīng)用基礎(chǔ)和開發(fā)能力。如何更好地為用戶服務(wù)，提供更好的數(shù)據(jù)服務(wù)模式，尤其是讓那些沒有遙感應(yīng)用基礎(chǔ)的用戶也能開展遙感應(yīng)用，值得思考，也是未來遙感應(yīng)用服務(wù)的發(fā)展方向。

1.遙感應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展

（1）工具類算法軟件

具有行業(yè)特點的工具，解決行業(yè)的遙感應(yīng)用問題。如針對遙感在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，研究開發(fā)算法監(jiān)測植物生長狀態(tài)；針對高分辨率遙感影像中如何提取路網(wǎng)，如何從遙感影像上提取水生植物，如何提取建筑物高度等。

（2）專題類應(yīng)用系統(tǒng)

基于工具類算法軟件，加強數(shù)據(jù)管理、成果制作等功能，在一定程度上集成了地理信息系統(tǒng)（GIS）與遙感（RS）的功能，形成了從數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理以及成果整理輸出的全流程。如在遙感信息提取的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)煙田連作監(jiān)測等。

（3）行業(yè)類應(yīng)用系統(tǒng)

行業(yè)類應(yīng)用系統(tǒng)在同一業(yè)務(wù)領(lǐng)域中實現(xiàn)多流程、多模型的管理、處理與驅(qū)動，成果的統(tǒng)一制作與上報等。如建立某個衛(wèi)星遙感應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計，在其中實現(xiàn)洪澇災(zāi)害監(jiān)測、植被長勢監(jiān)測以及土壤墑情監(jiān)測等功能。

2.平臺型遙感應(yīng)用系統(tǒng)

以上介紹的遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)各有利弊，需要根據(jù)當(dāng)今用戶需求、RS及GIS技術(shù)的發(fā)展和云服務(wù)，開發(fā)新的服務(wù)模式，平臺型遙感應(yīng)用系統(tǒng)將是衛(wèi)星應(yīng)用綜合信息服務(wù)的新模式。

（1）系統(tǒng)概述

將衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、處理過程、應(yīng)用系統(tǒng)進行細(xì)粒度分解，形成標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)。依據(jù)服務(wù)原則建立應(yīng)用系統(tǒng)，即平臺型應(yīng)用系統(tǒng)。它面向服務(wù)，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證一體化的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理以及應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建，最終用戶可通過簡單的系統(tǒng)構(gòu)建達成其面向特定行業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)實施。

（2）總體解決方案

平臺型應(yīng)用系統(tǒng)集衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理與信息加工、專題應(yīng)用產(chǎn)品制作到信息綜合分析管理平臺，涵蓋規(guī)范建設(shè)、服務(wù)平臺建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上進行衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)和應(yīng)用集成服務(wù)建設(shè)。

（3）系統(tǒng)組成

衛(wèi)星應(yīng)用綜合信息集成服務(wù)平臺包括數(shù)據(jù)管理、綜合處理、系統(tǒng)構(gòu)建、共享服務(wù)、任務(wù)管理，為國產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的行業(yè)應(yīng)用提供規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)加工處理服務(wù)，可根據(jù)用戶需求靈活多變增加相應(yīng)的應(yīng)用示范。

（4）關(guān)鍵技術(shù)

開發(fā)衛(wèi)星應(yīng)用綜合信息集成服務(wù)平臺需要攻克以下關(guān)鍵技術(shù)：

● 遙感業(yè)務(wù)流程可視化聚合技術(shù)。提出遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用工作流模型，提供可視化建模環(huán)境，解決模型構(gòu)建和資源調(diào)度等關(guān)鍵問題。

● 面向行業(yè)應(yīng)用的遙感一體化模型庫。通過集成大量類型異構(gòu)、來源異構(gòu)的遙感和GIS應(yīng)用功能資源，并實現(xiàn)這些功能資源的統(tǒng)一管理和調(diào)用，支持遙感業(yè)務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)和業(yè)務(wù)功能的快速構(gòu)建和復(fù)用。

● 系統(tǒng)一體化集成開發(fā)。解決遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、分析和GIS分析及制圖之間的融合問題，形成一個完整的空間信息業(yè)務(wù)化平臺，提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的效率和應(yīng)用水平。

● 基于知識庫的高分辨率影像信息智能提取。建立基于特征知識庫的遙感信息提取框架，解決基于對象的多特征組合優(yōu)化及目標(biāo)識別等問題，形成特征知識“應(yīng)用－評價－反饋更新”的動態(tài)機制，為高分遙感影像信息的智能提取與應(yīng)用提供解決方案。

四、結(jié)束語

“十二五”期間，中國將發(fā)射10余顆國產(chǎn)陸地衛(wèi)星，在軌運行國產(chǎn)陸地衛(wèi)星達到8～10顆。國家高分重大專項的建設(shè)，使中國陸地衛(wèi)星的發(fā)展邁進高分時代，高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)，將形成時空協(xié)調(diào)、全天候、全天時的對地觀測系統(tǒng)。

隨著中國遙感衛(wèi)星技術(shù)的快速發(fā)展和遙感衛(wèi)星數(shù)量的逐漸增多，中國長期、穩(wěn)定、連續(xù)的陸地觀測空間信息基礎(chǔ)設(shè)施正在形成。國產(chǎn)民用陸地觀測衛(wèi)星將為廣大用戶提供長期、穩(wěn)定、連續(xù)的數(shù)據(jù)，滿足中國日益擴大的數(shù)據(jù)源需求和信息的智能化需求，在中國的經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中必將發(fā)揮更大的作用！