美歐對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)字云平臺(tái)的發(fā)展與應(yīng)用

宋晶晶 （北京空間科技信息研究所）

1 概述

衛(wèi)星遙感是采集地球數(shù)據(jù)信息的重要技術(shù)手段，幾十年來(lái)，對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和采集速度不斷提高，超過(guò)了數(shù)據(jù)分發(fā)、處理和管理領(lǐng)域的創(chuàng)新，這導(dǎo)致衛(wèi)星數(shù)據(jù)商業(yè)應(yīng)用的速度大大低于預(yù)期。隨著應(yīng)對(duì)氣候變化和人口增長(zhǎng)等挑戰(zhàn)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)需求的快速增長(zhǎng)，未來(lái)10年將發(fā)射的大量新型對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星將為科學(xué)家提供更詳細(xì)的信息，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，因此非常需要一種真正有效的方式為全球數(shù)百萬(wàn)新用戶提供滿足其需求的對(duì)地觀測(cè)產(chǎn)品。

近年來(lái)，美國(guó)和歐洲的主要航天大國(guó)正大力發(fā)展基于遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)字云平臺(tái)，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等創(chuàng)新技術(shù)，使工程師和科學(xué)家在云端能夠處理、存儲(chǔ)和分析所有數(shù)字信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大規(guī)模自動(dòng)處理和智能信息提取，從而更充分地挖掘海量遙感數(shù)據(jù)的價(jià)值。而近3年的全球新冠疫情更是加速了航空航天以及許多其他行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，云計(jì)算的發(fā)展速度比以往任何時(shí)候都要快，推動(dòng)了大規(guī)模的協(xié)作和通信。全球天基對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)顛覆性的創(chuàng)新時(shí)代。

2 NASA將在下一代對(duì)地觀測(cè)任務(wù)中普遍采用云平臺(tái)

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）是全球處理和提供最多對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)，管理這些數(shù)據(jù)是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。多年來(lái)，NASA一直在“地球科學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)”（ESDS）計(jì)劃框架下致力于解決信息量的挑戰(zhàn)，將數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從本地服務(wù)器轉(zhuǎn)移到云端，通過(guò)部署支持云的數(shù)據(jù)和工具以實(shí)現(xiàn)最有效利用，通過(guò)改進(jìn)和簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)來(lái)進(jìn)一步鼓勵(lì)對(duì)數(shù)據(jù)的自由和開(kāi)放訪問(wèn)，投資開(kāi)源工具，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)和管理能力，以及與戰(zhàn)略合作伙伴和開(kāi)源社區(qū)互動(dòng)，從而使用戶受益。迄今為止，NASA已經(jīng)建立了多個(gè)數(shù)據(jù)中心，配置了超級(jí)計(jì)算機(jī)，開(kāi)發(fā)了一系列云計(jì)算、可視化和大數(shù)據(jù)分析軟件系統(tǒng)。

目前，對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)送回地面站，工程師在那里將原始信息從1和0轉(zhuǎn)換為人們可以使用和理解的測(cè)量值，然后將測(cè)量結(jié)果發(fā)送到服務(wù)器上進(jìn)行存檔。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)研究人員想要使用數(shù)據(jù)集時(shí)，他們會(huì)登錄網(wǎng)站，下載想要的數(shù)據(jù)，然后在個(gè)人機(jī)器上使用。隨著未來(lái)對(duì)地觀測(cè)任務(wù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)下載和存儲(chǔ)能力將跟不上數(shù)據(jù)采集的速度，同時(shí)，將所有數(shù)據(jù)都從航天器處傳回并存儲(chǔ)到本地會(huì)帶來(lái)極其高昂的成本。因此，有效存檔和處理更大數(shù)據(jù)量的需求將需要新的數(shù)據(jù)管理技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)。NASA將在下一代對(duì)地觀測(cè)任務(wù)中普遍采用云平臺(tái)，以更具成本效益、最靈活和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)和技術(shù)，發(fā)展有效獲取、處理和歸檔海量數(shù)據(jù)的能力，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理將進(jìn)入一個(gè)全新時(shí)代。

美國(guó)和歐洲聯(lián)合開(kāi)發(fā)的哨兵－6/杰森－服務(wù)連續(xù)性（Sentinel－6/Jason－CS）任務(wù)下的哨兵－6衛(wèi)星是NASA第一顆利用ESDS計(jì)劃云系統(tǒng)的衛(wèi)星。未來(lái)，由NASA和法國(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）聯(lián)合開(kāi)發(fā)，計(jì)劃于2023年發(fā)射的“地表水和海洋地形”（SWOT）衛(wèi)星，以及計(jì)劃于2023年發(fā)射的NASA-印度空間研究組織合成孔徑雷達(dá)（NISAR）衛(wèi)星，都將使用基于雷達(dá)的儀器來(lái)采集信息，二者每天將產(chǎn)生大約100TB的數(shù)據(jù)（SWOT衛(wèi)星約20TB，NISAR衛(wèi)星約80TB）。其中NISAR衛(wèi)星將用于監(jiān)測(cè)地球表面和采集環(huán)境特征數(shù)據(jù)，SWOT衛(wèi)星將用于監(jiān)測(cè)地球表面水的高度。

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）物理海洋學(xué)分發(fā)式主動(dòng)存檔中心（PODAAC）是ESDS計(jì)劃下的幾個(gè)數(shù)據(jù)中心之一，負(fù)責(zé)處理、存檔、記錄和分發(fā)來(lái)自該機(jī)構(gòu)的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)。來(lái)自SWOT衛(wèi)星的數(shù)據(jù)將在該中心存檔，而來(lái)自NISAR衛(wèi)星的數(shù)據(jù)將由阿拉斯加衛(wèi)星設(shè)施分發(fā)式主動(dòng)存檔中心處理。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模式下，如果研究人員想從SWOT衛(wèi)星上下載一天的數(shù)據(jù)大概需要20臺(tái)電腦，每臺(tái)電腦存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量1TB。如果想從NISAR衛(wèi)星下載4天的數(shù)據(jù)，在普通家庭互聯(lián)網(wǎng)連接上執(zhí)行大約需要一年時(shí)間。而在云中處理和存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)將為他們提供一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，既無(wú)需支付存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)或?yàn)樗羞@些硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器維護(hù)物理空間的費(fèi)用，不必?fù)?dān)心受基礎(chǔ)設(shè)施限制，也不用等待數(shù)月將大量文件下載到他們的本地系統(tǒng)。盡管如此，云計(jì)算不會(huì)取代研究人員處理科學(xué)數(shù)據(jù)集的所有方式，但會(huì)有助于在地球科學(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展。

NASA工程師為了對(duì)云計(jì)算處理大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行概念驗(yàn)證，使用了來(lái)自歐洲“哥白尼”（Copernicus）計(jì)劃下的哨兵－1（Sentinel－1）衛(wèi)星數(shù)據(jù)。工程師使用云中的Sentinel－1衛(wèi)星數(shù)據(jù)花費(fèi)一周時(shí)間制作了一張彩色地圖，顯示了地球表面從植被區(qū)到沙漠的變化。如果要在云之外做這件事，則需要數(shù)千臺(tái)機(jī)器。

NASA的另一個(gè)數(shù)據(jù)中心——對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)（EOSDIS）存檔的數(shù)據(jù)量約為60PB，根據(jù)ESDS計(jì)劃，預(yù)計(jì)到2025年，該中心將保存超過(guò)250PB的數(shù)據(jù)。到21世紀(jì)末，EOSDIS中心存檔的數(shù)據(jù)量預(yù)計(jì)將超過(guò)320PB。隨著存檔數(shù)據(jù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，EOSDIS中心存檔的數(shù)據(jù)攝取速率預(yù)計(jì)將隨之大幅提高。而ESDS計(jì)劃的一項(xiàng)戰(zhàn)略愿景就是在商業(yè)云環(huán)境中開(kāi)發(fā)和運(yùn)行EOSDIS系統(tǒng)的多個(gè)組件。

3 ESA大力推進(jìn)DestinE數(shù)字孿生云平臺(tái)倡議

歐洲航天局（ESA）在歐盟委員會(huì)（EC）的領(lǐng)導(dǎo)下，正在與主要?dú)W洲國(guó)家一起開(kāi)發(fā)高精度的地球數(shù)字模型，以監(jiān)測(cè)和模擬自然和人類(lèi)活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展并支持歐洲環(huán)境政策。在2021年10月的ESA理事會(huì)上，成員國(guó)批準(zhǔn)了一項(xiàng)“貢獻(xiàn)協(xié)議”，為在歐盟數(shù)字議程的背景下與歐洲委員會(huì)就“目的地地球”（DestinE）倡議開(kāi)展合作鋪平了道路。2022年3月30日，歐盟委員會(huì)與執(zhí)行實(shí)體、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心（ECMWF）、ESA和歐洲氣象衛(wèi)星組織（Eumetsat）一起，組織了一次公開(kāi)的在線活動(dòng)，啟動(dòng)了DestinE倡議。

DestinE相當(dāng)于各方面信息的一個(gè)數(shù)字孿生體，可以全面監(jiān)測(cè)、分析、預(yù)測(cè)和保護(hù)陸地，包括氣候動(dòng)態(tài)、自然災(zāi)害、糧食和水安全、海洋循環(huán)和生物多樣性。該平臺(tái)將面向從專(zhuān)家、科學(xué)家和決策者到個(gè)人的所有利益相關(guān)方。DestinE將通過(guò)ESA開(kāi)發(fā)的一個(gè)用戶友好且安全的基于云的數(shù)字建模和模擬平臺(tái)進(jìn)行訪問(wèn)，該平臺(tái)將采用新型數(shù)字技術(shù)，如：基于云的超級(jí)計(jì)算和人工智能，為用戶提供超大規(guī)模的數(shù)據(jù)分析、地球系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、模擬和預(yù)測(cè)能力。同時(shí)，它將允許用戶定制平臺(tái)，整合自己的數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。

具體而言，DestinE將用于：支持高精度預(yù)測(cè)自然災(zāi)害和人為環(huán)境破壞；通過(guò)關(guān)注氣候變化的影響，例如對(duì)海洋、水、地球冰蓋、土地使用等的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)地球健康的持續(xù)和準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)；更好地了解氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響和極端自然災(zāi)害的發(fā)生。這些模型將幫助科學(xué)家、政治家和公眾理解環(huán)境和人類(lèi)在塑造地球未來(lái)中的復(fù)雜互動(dòng)。DestinE還將成為歐洲適應(yīng)“數(shù)字化戰(zhàn)略”的有效基準(zhǔn)，以支持綠色轉(zhuǎn)型，幫助歐盟實(shí)現(xiàn)2050年“碳中和”的目標(biāo)。

DestinE將在未來(lái)5～6年內(nèi)逐步實(shí)施，歐盟委員會(huì)將領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)歐洲主要組織核心小組之間的實(shí)施工作，該小組將負(fù)責(zé)制定該倡議的主要內(nèi)容，小組成員 包 括ESA、ECMWF和Eumetsat。ESA將 負(fù) 責(zé)開(kāi)發(fā)DestinE開(kāi)放核心服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)將采用最全面、最先進(jìn)的天基觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括ESA的“地球探索者”（EE）、Sentinel衛(wèi)星系列、氣象衛(wèi)星等。EUMETSAT將負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)湖——一個(gè)基于分布式數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)池。ECMWF將負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)DestinE倡議下的2個(gè)初始數(shù)字孿生項(xiàng)目：氣象和地球物理極端事件以及氣候變化適應(yīng)，計(jì)劃于2024年完成。到2027年進(jìn)一步增強(qiáng)DestinE系統(tǒng)，并集成其他數(shù)字孿生體和相關(guān)服務(wù)。到2030年完成地球的完整數(shù)字孿生體。

“氣象和地球物理極端事件數(shù)字孿生”項(xiàng)目將為評(píng)估和預(yù)測(cè)環(huán)境極端事件提供能力與服務(wù)，決策者能夠更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)洪水和森林火災(zāi)等極端自然事件的發(fā)生和影響；“氣候變化適應(yīng)數(shù)字孿生”項(xiàng)目將幫助分析見(jiàn)解和測(cè)試預(yù)測(cè)情景，以支持區(qū)域和國(guó)家10年內(nèi)的氣候適應(yīng)和緩解政策。這2個(gè)項(xiàng)目將在2030年12月推出。未來(lái)，更多數(shù)字孿生體還將會(huì)出現(xiàn)，可能涉及海洋、生物多樣性和城市環(huán)境等領(lǐng)域。

美國(guó)海洋與大氣管理局（NOAA）目前也在探索數(shù)字孿生技術(shù)的潛力，隨著該機(jī)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)向依賴(lài)低地球軌道（LEO）上的小型衛(wèi)星和更多的商業(yè)數(shù)據(jù)源，氣象數(shù)據(jù)的量預(yù)計(jì)將激增。NOAA計(jì)劃融合包括海洋、大氣、冰凍圈，以及空間天氣等要素的所有數(shù)據(jù)并將其放入一個(gè)地球環(huán)境的數(shù)字副本中，建立一個(gè)一站式服務(wù)云平臺(tái)，用戶可在通用界面中選擇感興趣的數(shù)據(jù)。

4 NASA和ESA合作開(kāi)發(fā)用于開(kāi)源科學(xué)數(shù)據(jù)的云平臺(tái)

NASA不僅在其機(jī)構(gòu)內(nèi)部開(kāi)展工作以促進(jìn)對(duì)通用云基礎(chǔ)設(shè)施的高效訪問(wèn)，還在科學(xué)界訪問(wèn)、分析和使用這些數(shù)據(jù)。NASA目前正在與ESA合作開(kāi)發(fā)一個(gè)革命性的開(kāi)源科學(xué)工具，用于分析云中的地球科學(xué)數(shù)據(jù)，稱(chēng)為“多任務(wù)算法和分析平臺(tái)”（MAAP）。MAAP提供了對(duì)NASA和ESA地球科學(xué)數(shù)據(jù)的無(wú)縫訪問(wèn)，是開(kāi)源科學(xué)合作和分析的典范。MAAP是全球首個(gè)統(tǒng)一的地上碳評(píng)估的主平臺(tái)，對(duì)于管理全球氣候變化至關(guān)重要。

利用MAAP平臺(tái)創(chuàng)建的開(kāi)源科學(xué)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，利用來(lái)自NASA的冰衛(wèi)星－2（ICESat－2）、NASA/美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的陸地衛(wèi)星－8（LandSat－8）和ESA的“哥白尼數(shù)字高程模型”（Copernicus DEM）數(shù)據(jù)，以30m分辨率繪制了“環(huán)北方森林生物量密度圖”。

MAAP經(jīng)歷了2年的研制，目前已全面投入運(yùn)營(yíng)，并將在未來(lái)一段時(shí)間逐步擴(kuò)大用戶群體。2022年6月發(fā)布的MAAP第二版中增加了額外的數(shù)據(jù)來(lái)源，幫助解決更多的地球科學(xué)問(wèn)題。

MAAP使科學(xué)家能夠合作開(kāi)發(fā)算法和代碼，并對(duì)來(lái)自衛(wèi)星遙感儀器、“國(guó)際空間站”（ISS）以及空基和地基等來(lái)源獲得的大型數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析及可視化。MAAP所需的大數(shù)據(jù)和高性能計(jì)算，以及共享的代碼存儲(chǔ)庫(kù)和目錄，都在云中存儲(chǔ)并進(jìn)行管理。NASA和ESA支持并共享MAAP的能力。通過(guò)遵循開(kāi)源科學(xué)原則，包括對(duì)數(shù)據(jù)的完全和開(kāi)放訪問(wèn)、開(kāi)源代碼的使用以及數(shù)據(jù)用戶的無(wú)限制訪問(wèn)，MAAP消除了參與科學(xué)調(diào)查的障礙，提升了平臺(tái)的多樣性和包容性。

MAAP的初步應(yīng)用側(cè)重于測(cè)量地表生物量，獲得一部分地球森林面積和碳含量的相關(guān)資料。這些數(shù)據(jù)對(duì)于我們了解氣候變化和預(yù)測(cè)其影響至關(guān)重要，并將支持政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）定期更新信息。地表生物量是MAAP的第一個(gè)應(yīng)用，NASA、ESA和類(lèi)似的研究機(jī)構(gòu)可以利用其獲得廣泛的科學(xué)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行更多科學(xué)探索。

目 前，MAAP支 持 的 數(shù) 據(jù) 包 括NASA的“全球生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)查”（GEDI）和NASA/ESA的聯(lián)合項(xiàng)目“非洲搜索救援運(yùn)動(dòng)”（AfriSAR campaign），并將最終支持來(lái)自NASA和ESA后續(xù)任務(wù)的數(shù)據(jù)，如：ESA的“生物量”（Biomass）任務(wù)和NISAR任務(wù)。同時(shí)，該平臺(tái)還將與NASA位于加利福尼亞州硅谷的艾姆斯研究中心的超級(jí)計(jì)算設(shè)施進(jìn)行連接，將能夠高效處理極其龐大的MAAP全球數(shù)據(jù)集，包括來(lái)自NISAR任務(wù)的海量數(shù)據(jù)集。

2020年環(huán)北方森林生物量密度圖

5 基于云平臺(tái)的多種新型對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)模式不斷涌現(xiàn)

隨著對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜性的快速增長(zhǎng)，移動(dòng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生巨大成本和延遲，給提供商和用戶帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)，這種需求只能通過(guò)將本地存儲(chǔ)和內(nèi)部處理轉(zhuǎn)向基于云的分布式解決方案來(lái)滿足，用戶可以在這種解決方案中，將數(shù)據(jù)輕松地與先進(jìn)的計(jì)算和分析功能放在一起。因此近年來(lái)，包括傳統(tǒng)對(duì)地觀測(cè)機(jī)構(gòu)、云服務(wù)提供商以及一些初創(chuàng)企業(yè)都在考慮如何利用云計(jì)算，在開(kāi)放式數(shù)據(jù)平臺(tái)上提供對(duì)數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析工具的在線訪問(wèn)，從而涌現(xiàn)出多種服務(wù)模式。

歐盟通過(guò)不同云平臺(tái)服務(wù)提供商之間的競(jìng)爭(zhēng)刺激創(chuàng)新

歐盟的旗艦對(duì)地觀測(cè)計(jì)劃Copernicus框架內(nèi)所有Sentinel衛(wèi)星都運(yùn)行時(shí)，每年將交付10PB以上的數(shù)據(jù)。加上來(lái)自其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)以及來(lái)自Copernicus現(xiàn)場(chǎng)組件的信息，增加了由Copernicus計(jì)劃生成或提供的地理空間數(shù)據(jù)總量。技術(shù)的發(fā)展，特別是在可用性和可訪問(wèn)性方面，使Copernicus成為世界上最大的空間數(shù)據(jù)提供商，目前每天產(chǎn)生12TB數(shù)據(jù)，因此用戶群正在迅速增長(zhǎng)，以延伸到全球的企業(yè)、企業(yè)家和公民等新的利益相關(guān)者。

Copernicus和更早的“全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)”（GMES）數(shù)據(jù)和信息的大規(guī)模共享和使用始于一系列混合平臺(tái)，而用戶卻承擔(dān)了下載、處理和存儲(chǔ)的重任。為了促進(jìn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)并使其標(biāo)準(zhǔn)化，歐盟委員會(huì)于2017年啟動(dòng)“哥白尼數(shù)據(jù)和信息訪問(wèn)服務(wù)”（DIAS）計(jì)劃，出資部署了5個(gè)基于云計(jì)算的一站式服務(wù)平臺(tái)即CREODIAS、Sobloo、Mundi Web Services、ONDA-DIAS和WEKEO，每個(gè)平臺(tái)都是由對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商、增值服務(wù)提供商和云提供商組成的聯(lián)合體共同構(gòu)建的。這些平臺(tái)是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，都提供對(duì)Copernicus對(duì)地觀測(cè)計(jì)劃內(nèi)的所有數(shù)據(jù)、信息以及處理工具的集中訪問(wèn)，該項(xiàng)目是Copernicus計(jì)劃的重要里程碑，為啟動(dòng)歐洲數(shù)據(jù)訪問(wèn)和云平臺(tái)服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

越來(lái)越多的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星公司推出基于云平臺(tái)的增值服務(wù)

空客公司（Airbus）通過(guò)自己的數(shù)字平臺(tái)“一個(gè)地圖集”（OneAtlas），利用大數(shù)據(jù)云技術(shù)可實(shí)現(xiàn)靈活、可擴(kuò)展的存儲(chǔ)，以及結(jié)合不同源數(shù)據(jù)融合技術(shù)開(kāi)展分析。OneAtlas云平臺(tái)允許用戶訪問(wèn)衛(wèi)星圖像、全球數(shù)據(jù)集、高程數(shù)據(jù)和3D模型。通過(guò)采用流式傳輸、下載和應(yīng)用程序接口等靈活的訪問(wèn)模式，可輕松集成到地理信息系統(tǒng)工作流中。

5個(gè)DIAS云平臺(tái)

美國(guó)綠色科技初創(chuàng)公司地球脈搏公司（TerraPulse）將人工智能技術(shù)應(yīng)用于ESA公開(kāi)的全球衛(wèi)星圖像檔案，開(kāi)發(fā)了監(jiān)測(cè)從地方到全球范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)變化的“地球視圖”（TerraView）云平臺(tái)，并于2022年2月推出世界上首張展示2017年至今的全球樹(shù)木冠層覆蓋、地表水和城市化變化的衛(wèi)星地圖（10m分辨率），這張地圖再次打破了全球地圖分辨率的記錄，在空間尺度上設(shè)立了新的標(biāo)準(zhǔn)，具有里程碑式意義。

英國(guó)領(lǐng)先太空技術(shù)初創(chuàng)公司“開(kāi)放宇宙”（Open Cosmos）部門(mén)于2022年6月發(fā)布了一個(gè)多衛(wèi)星數(shù)據(jù)平臺(tái)——“數(shù)據(jù)宇宙”（DataCosmos），該平臺(tái)將提供高級(jí)可視化和數(shù)據(jù)使用工具，以解決關(guān)鍵的生態(tài)和可持續(xù)性氣候挑戰(zhàn)。DataCosmos與其他平臺(tái)的不同之處在于其界面結(jié)合了來(lái)自衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、傳感器等多種數(shù)據(jù)類(lèi)型，用戶可以在幾秒鐘內(nèi)訪問(wèn)、下載、可視化和處理高分辨率圖像。

DataCosmos平臺(tái)界面

云服務(wù)提供商的加入促進(jìn)了對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟

除了麥克薩技術(shù)公司（Maxar Technology）和空客公司這樣的傳統(tǒng)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商之外，美國(guó)谷歌公司（Google）、亞馬遜公司（Amazon）和微軟公司（Microsoft）等云服務(wù)提供商紛紛推出云服務(wù)，讓衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)連入云基礎(chǔ)設(shè)施，幫助客戶把數(shù)據(jù)從衛(wèi)星直接送入云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。隨著云服務(wù)提供商與傳統(tǒng)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商，以及新興數(shù)據(jù)服務(wù)提供商等多方積極發(fā)展各種創(chuàng)新戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，對(duì)地觀測(cè)增值服務(wù)市場(chǎng)高度分散并進(jìn)一步成熟。

NASA利用云計(jì)算為科學(xué)界帶來(lái)的好處包括與亞馬遜、谷歌和微軟在內(nèi)的云服務(wù)提供商合作開(kāi)展項(xiàng)目或技術(shù)合作。例如：利用亞馬遜公司的亞馬遜云服務(wù)（AWS）、微軟公司的天藍(lán)地圖（Azure Maps），以及谷歌公司的谷歌地球引擎（Google Earth Engine）這些云平臺(tái)改善NASA科學(xué)數(shù)據(jù)集的發(fā)現(xiàn)、訪問(wèn)和使用，并對(duì)云平臺(tái)的利用價(jià)值進(jìn)行研究，不斷提高NASA的人工智能能力。

微軟公司與空客公司合作以提升微軟Azure Maps的空間服務(wù)能力，Azure Maps是在微軟Azure云中的服務(wù)、平臺(tái)和應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)的默認(rèn)位置服務(wù)之一，空客公司的“斯波特”（SPOT）、“昴宿星”（Pleiades）、“新一代昴宿星”（Pleiades Neo）衛(wèi)星圖像和“全球數(shù)字高程正射校正”（WorldDEM4Ortho）模型的高程數(shù)據(jù)可以在微軟公司的Azure Maps服務(wù)中全面使用。

美國(guó)卡佩拉空間公司（Capella）通過(guò)“國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星”（Inmarsat）網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)訪問(wèn)其“合成孔徑雷達(dá)”（SAR）衛(wèi)星，發(fā)送命令并收集數(shù)據(jù)后通過(guò)AWS云平臺(tái)，在30min內(nèi)將數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶。阿根廷衛(wèi)星邏輯公司（Satellogic）使用亞馬遜地面站服務(wù)（AWS GroundStation）來(lái)控制其衛(wèi)星和下載星上數(shù)據(jù)。亞馬遜地面站是一項(xiàng)托管服務(wù)，允許衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并將其與應(yīng)用程序和AWS云平臺(tái)上的其他數(shù)據(jù)集成，而運(yùn)營(yíng)商只需為AWS 云平臺(tái)使用的容量付費(fèi)。美國(guó)烏爾薩空間系統(tǒng)公司（Ursa Space Systems）與亞馬遜公司就AWS云平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換（ADX）系統(tǒng)進(jìn)行合作，使衛(wèi)星數(shù)據(jù)和分析業(yè)務(wù)易于在云中查找、訂閱和共享。烏爾薩空間系統(tǒng)公司將在AWS云平臺(tái)的ADX系統(tǒng)上列出其圖像服務(wù)目錄和數(shù)據(jù)分析服務(wù)，利用其平臺(tái)上的數(shù)百顆射頻和成像衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)，為用戶實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)、決策和分析。德國(guó)實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)公司（LiveEO）于2022年3月成為AWS云平臺(tái)“合作伙伴網(wǎng)絡(luò)”（APN）的認(rèn)證獨(dú)立軟件供應(yīng)商（ISV）合作伙伴，利用AWS云平臺(tái)的可靠性和可擴(kuò)展性來(lái)分析基礎(chǔ)設(shè)施。美國(guó)Maxar公司越來(lái)越多地采用其基于云平臺(tái)的天氣預(yù)報(bào)服務(wù)。來(lái)自Maxar公司和AWS云平臺(tái)的數(shù)據(jù)科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)合作創(chuàng)建了一個(gè)自動(dòng)化工作流，利用AWS云平臺(tái)的高性能計(jì)算（HPC）能力為NOAA服務(wù)，實(shí)現(xiàn)更快地開(kāi)發(fā)、測(cè)試和發(fā)布新版本的天氣模型，最終將加速改善氣象部門(mén)的業(yè)務(wù)天氣和氣候預(yù)測(cè)任務(wù)，以拯救生命、保護(hù)財(cái)產(chǎn)和加強(qiáng)美國(guó)經(jīng)濟(jì)。

6 小結(jié)

全球?qū)Φ赜^測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)正加速向新一代基于云平臺(tái)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型

云計(jì)算實(shí)現(xiàn)了通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)而不是內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施訪問(wèn)共享和可配置的資源，還使服務(wù)提供商能夠提供基于網(wǎng)絡(luò)的低成本服務(wù)，為數(shù)據(jù)分發(fā)和分析開(kāi)辟了創(chuàng)新模式。天基對(duì)地觀測(cè)快速增長(zhǎng)的海量數(shù)據(jù)給供應(yīng)商和用戶帶來(lái)愈發(fā)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，用戶需要強(qiáng)大的訪問(wèn)能力、強(qiáng)大的計(jì)算能力和創(chuàng)新的處理方法以釋放這些前所未有的海量數(shù)據(jù)所提供的洞察力。因此，包括政府部門(mén)和新興衛(wèi)星公司在內(nèi)，越來(lái)越多的組織機(jī)構(gòu)均積極開(kāi)發(fā)基于大數(shù)據(jù)的云平臺(tái)，許多對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)提供商正在或已經(jīng)轉(zhuǎn)向云環(huán)境來(lái)創(chuàng)建數(shù)字運(yùn)營(yíng)中心，或?qū)⑵洮F(xiàn)有運(yùn)營(yíng)模式向數(shù)字運(yùn)營(yíng)中心過(guò)渡。

發(fā)展星地一體化多源融合大數(shù)據(jù)分析的對(duì)地觀測(cè)云平臺(tái)已成為必然趨勢(shì)

就服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，云服務(wù)通過(guò)集中的資源確保了更大的靈活性和可擴(kuò)展性，縮短了入市時(shí)間，且更加關(guān)注客戶滿意度，能夠應(yīng)對(duì)不斷變化的用戶需求。利用下一代超級(jí)計(jì)算機(jī)功能和云計(jì)算技術(shù)，用戶能夠在最需要的時(shí)間和地點(diǎn)訪問(wèn)其數(shù)據(jù)并產(chǎn)生近乎實(shí)時(shí)的分析結(jié)果，以提供信息集成的變革能力。

公私合營(yíng)的創(chuàng)新戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系將推動(dòng)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)快速發(fā)展

積極的公私部門(mén)合作是新航天生態(tài)系統(tǒng)的基石之一，發(fā)展創(chuàng)新與戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，有利于培育基于云環(huán)境的新對(duì)地觀測(cè)產(chǎn)品組合，同時(shí)為投資者提供了機(jī)遇。由對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商、增值服務(wù)提供商和云提供商組成的合作伙伴關(guān)系不僅提高了數(shù)據(jù)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的效率，還進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)數(shù)據(jù)的自由和開(kāi)放訪問(wèn)，使科學(xué)界和更廣泛的公眾能夠公開(kāi)共享數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)，從而加速科學(xué)研究和理解。

云技術(shù)將促進(jìn)對(duì)地觀測(cè)遙感應(yīng)用新型生態(tài)圈的形成和快速發(fā)展

未來(lái)的太空是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，隨著基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的新型遙感數(shù)據(jù)增值服務(wù)的快速涌現(xiàn)，全球?qū)Φ赜^測(cè)市場(chǎng)的需求將從發(fā)射衛(wèi)星向購(gòu)買(mǎi)衛(wèi)星服務(wù)轉(zhuǎn)變。未來(lái)，對(duì)地觀測(cè)行業(yè)將更加以用戶需求為導(dǎo)向，衛(wèi)星數(shù)據(jù)的商業(yè)應(yīng)用在很大程度上將受到云技術(shù)的推動(dòng)，對(duì)地觀測(cè)行業(yè)服務(wù)的內(nèi)容和市場(chǎng)將進(jìn)一步得到拓展。