中國高分辨率遙感應(yīng)用衛(wèi)星的運行和服務(wù)機制研究

· 文|中國空間技術(shù)研究院 廖楚江 侯宇葵 辛蕾

隨著分辨率達到1m甚至亞米級的遙感數(shù)據(jù)在商業(yè)領(lǐng)域投入使用，用以支撐國民經(jīng)濟發(fā)展而“不受限制”的民用圖像需求和軍事及情報領(lǐng)域的“限制級”圖像之間的壁壘瓦解了。相關(guān)的問題也隨之浮現(xiàn)出來，即業(yè)界是不是已經(jīng)在恰當?shù)姆珊驼叩目蚣芟伦龊昧顺渥愕臏蕚?，以面對現(xiàn)在和可預(yù)見的未來的挑戰(zhàn)。

一、國外高分遙感衛(wèi)星運行和應(yīng)用服務(wù)現(xiàn)狀

1. 美國高分遙感衛(wèi)星與EROS

美國高度重視商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展，1984年頒布的《陸地遙感商業(yè)化法案》力圖促進陸地衛(wèi)星商業(yè)化發(fā)展。1992年，針對陸地衛(wèi)星商業(yè)化過程中出現(xiàn)的問題推出《陸地遙感政策法案》，政府收回了陸地衛(wèi)星部分運營權(quán)并禁止氣象衛(wèi)星商業(yè)化。2003年4月，美國總統(tǒng)布什批準發(fā)布了《商業(yè)遙感政策》，促進了政府監(jiān)管下的高分辨率民用商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展，“伊科諾斯”（Ikonos）、“快鳥”（Quickbird）、“世界觀測”（WorldView）系列、“地理眼”（GeoEye）系列等衛(wèi)星，由地球眼（GeoEye）、數(shù)字全球（DigitalGlobe）等上市公司進行商業(yè)運營，取得了巨大成功。

美國商業(yè)遙感空間政策（CRSSP）的基本目標是通過保持美國在遙感空間活動中的領(lǐng)導權(quán)，以及支持和強化美國的遙感工業(yè)，從而加強和保護美國的國家安全以及利益。這樣做還可以培育美國新的經(jīng)濟增長點，同時有助于改善環(huán)境，提高科學技術(shù)水平。美國聯(lián)邦地質(zhì)調(diào)查局（USGS）是執(zhí)行CRSSP民用業(yè)務(wù)的領(lǐng)導機構(gòu)，隸屬于USGS的地球資源觀測及科學中心（EROS）則負責統(tǒng)籌跨部門的遙感需求，提供對商業(yè)數(shù)據(jù)的訪問，存儲和分發(fā)數(shù)據(jù)給聯(lián)邦政府、州及地區(qū)政府機構(gòu)。其中聯(lián)邦政府機構(gòu)包括環(huán)保部、農(nóng)業(yè)部、聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會、交通部、能源部、商業(yè)部、國防部、國土安全部等。

通過商業(yè)渠道無限制地觀測和分發(fā)數(shù)據(jù)，特別是高分辨率數(shù)據(jù)，引起了許多政策問題，主要涉及被遙測地區(qū)數(shù)據(jù)使用權(quán)和私人財產(chǎn)的保護問題。美國就此問題采用了“快門控制”政策，該方式允許美國政府在國土安全或外交政策受到威脅的特殊時期限制美國商業(yè)衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)。這個政策一方面平衡了工業(yè)的商業(yè)利益，另一方面平衡了美國國土安全及外交利益。

美國政府對遙感衛(wèi)星商業(yè)執(zhí)照設(shè)置了諸多條件以保護被拍攝地區(qū)的利益，并確保其國土安全和外交利益。美國執(zhí)照持有者可以訪問任何一個國家在其政府司法裁判權(quán)范圍內(nèi)的非增強數(shù)據(jù)，并要求保證遵守執(zhí)照中的其他限制條件。政府也規(guī)定執(zhí)照持有者可以使用下行線路以滿足在國土安全和外交利益受到危害時數(shù)據(jù)的使用。另外，執(zhí)照持有者被要求儲存前一年的所有衛(wèi)星的運行任務(wù)，并隨時應(yīng)政府的要求提供數(shù)據(jù)。這樣，美國政府除了能夠使用這些執(zhí)照持有者的數(shù)據(jù)以外，還能對其運作進行適當?shù)目刂?。但該項政策只對其國?nèi)的執(zhí)照持有者有效。

2 .歐洲高分遙感衛(wèi)星與GMES計劃

歐盟采取各成員國共同參與、共同投資、共同使用資源、共同受益的管理模式。歐洲航天局（ESA）具體承擔與歐盟各國家間協(xié)調(diào)與綜合管理的職責，負責各參與國衛(wèi)星項目的資金、技術(shù)和各種資源的規(guī)劃和協(xié)調(diào)，實現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源最大化高效利用。

衛(wèi)星遙感方面，歐盟各國根據(jù)本國特點發(fā)展特色的衛(wèi)星系統(tǒng)。法國重點發(fā)展SPOT系列光學衛(wèi)星，成為國際上運行最成功的商業(yè)衛(wèi)星系列之一，德國、意大利則重點發(fā)展TerraSAR-X、COSMO-SkyMed等系列雷達衛(wèi)星。規(guī)模龐大的“全球環(huán)境與安全監(jiān)視計劃”（GMES）是歐盟管理模式的最新體現(xiàn)，通過整合歐盟各國優(yōu)勢力量建立自主的光學與雷達衛(wèi)星系統(tǒng)，向政府、組織和公眾提供包括陸地、海洋、大氣等要素觀測信息，以及應(yīng)急與安全、氣候變化、科學研究等方面服務(wù)。

（1）GMES數(shù)據(jù)政策

歐盟和ESA目前正在對“哨兵”衛(wèi)星數(shù)據(jù)政策定稿。“哨兵”數(shù)據(jù)政策綱要已經(jīng)獲得通過，此綱要對用戶免費開源獲取數(shù)據(jù)進行了展望。這將會在最廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)最大化“哨兵”系列數(shù)據(jù)的可利用價值，并會趨于模仿終端用戶對基于地球觀測數(shù)據(jù)信息的利用。

GMES 的“哨兵”系列將全為公衛(wèi)星益型，數(shù)據(jù)可免費獲取。GMES也是GEOSS數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)的重要支撐之一（如圖1所示）。

>>圖1 歐洲地面設(shè)備和服務(wù)架構(gòu)

“哨兵”系列的數(shù)據(jù)政策如下：①原則上任何個人都能訪問數(shù)據(jù)，在公益、商業(yè)和科學用戶之間不存在差別，歐洲用戶和非歐洲用戶之間不存在差別；②用戶許可是免費獲取的；③用戶可以通過“常規(guī)”在線訪問模式獲取數(shù)據(jù)，用戶先注冊并接受訪問條件；④用戶運用高級訪問模式訪問高級數(shù)據(jù)，但須經(jīng)附加條款認定；⑤如果因安全或者技術(shù)限制原因影響數(shù)據(jù)的可獲取性或者時間性，特殊的運行流程將會被激活。

（2）歐洲高分遙感衛(wèi)星運行機制

歐洲甚高分辨率（VHR）衛(wèi)星（優(yōu)于1m分辨率）系統(tǒng)運行時，將建立服務(wù)于科學和商業(yè)用戶的全球網(wǎng)絡(luò)，私人或者公私合作的用戶都需要支付費用。美國高分辨率商業(yè)衛(wèi)星運行中，其商業(yè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)賣給私人企業(yè)的比例較低，主要的購買者是國家公益部門和軍事機構(gòu)，歐洲高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大宗合同也主要依賴于歐洲各國或者歐洲軍事機構(gòu)。這意味著，未來可能是GMES統(tǒng)一購買VHR數(shù)據(jù)，用于歐洲的公益和科學事業(yè)。

另外，需要說明的是，GEOSS強調(diào)全球環(huán)境需求，不考慮商業(yè)數(shù)據(jù)政策以及與私營企業(yè)的交互關(guān)系。該計劃的目的是建設(shè)對地觀測信息獲取能力，重點滿足發(fā)展中國家的需求。

歐洲目前的高分商業(yè)遙感衛(wèi)星運營主要由空中客車防御和航天集團旗下的阿斯特里姆服務(wù)公司（Astrium Services，法德合資）和泰雷茲-阿萊尼亞空間公司（Thales Alenia Space，法意合資）負責。阿斯特里姆服務(wù)公司整合了前SPOT Image和Infoterra公司，開發(fā)出涵蓋整個地理信息價值鏈的、廣泛的產(chǎn)品服務(wù)組合，從數(shù)據(jù)獲取、處理到數(shù)據(jù)管理和托管，從高級地理信息服務(wù)到交鑰匙解決方案。而泰雷斯·阿萊尼亞空間公司運營著由4顆（2顆在軌，2顆定于2014年發(fā)射）合成孔徑雷達衛(wèi)星組成的COSMO-SkyMed星群。

阿斯特里姆服務(wù)公司是SPOT、“昴宿星”星座的運營商，是TerraSAR-X和TanDEM-X商業(yè)開發(fā)權(quán)限的獨家擁有者，是福衛(wèi)二號的獨家分發(fā)商和KOMPSAT-2（韓國）、西班牙DEIMOS-1衛(wèi)星的分發(fā)商，其數(shù)據(jù)服務(wù)將確保延續(xù)到2023年，分辨率最高為0.5m。

二、國內(nèi)典型衛(wèi)星管理、運行及應(yīng)用服務(wù)現(xiàn)狀及問題分析

1.現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有高分辨率衛(wèi)星（如資源一號02 C星、資源三號衛(wèi)星）的管理運行如圖2所示，用戶部門向資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提交觀測任務(wù)需求，資源衛(wèi)星應(yīng)用中心采集需求后，進行任務(wù)規(guī)劃，制定衛(wèi)星的接收計劃并提供給密云、喀什和三亞三個地面站，地面站將接收的衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)經(jīng)由專用網(wǎng)絡(luò)傳送到資源衛(wèi)星中心，資源衛(wèi)星中心負責0～2級的數(shù)據(jù)產(chǎn)品加工，進而根據(jù)各部門提出的需求，經(jīng)由專線將用戶需求的數(shù)據(jù)推送至對應(yīng)的部門，3級以上數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工由用戶部門自己完成。

>>圖2 資源衛(wèi)星管理運行流程

2. 存在的問題

中國衛(wèi)星遙感運行管理中存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）數(shù)據(jù)加工處理能力不強，不能及時提供高質(zhì)量標準影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品

中國遙感衛(wèi)星的地面接收處理隊伍規(guī)模小，無論是負責0～2級產(chǎn)品處理的資源衛(wèi)星應(yīng)用中心，還是負責專題產(chǎn)品生產(chǎn)的用戶部門，基本上都只有十幾人、幾十人的隊伍。國外每顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理的后處理團隊，都在幾百上千人，可以提供0級、1級、2級、3級等不同處理深度和級別的數(shù)據(jù)處理服務(wù)，處理時延一般在1～3天以內(nèi)。國產(chǎn)遙感衛(wèi)星地面接收處理機構(gòu)的產(chǎn)能低，與接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)量有較大的差距，導致數(shù)據(jù)處理時延長、質(zhì)量差，不能滿足用戶的需求。

（2）缺乏商業(yè)化信息數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)手段與渠道，積壓與貧乏矛盾突出

目前缺乏國產(chǎn)星衛(wèi)星數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)平臺、手段和渠道，形成了供方產(chǎn)品積壓與需方數(shù)據(jù)缺乏的矛盾局面。一方面國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)銷售不暢，衛(wèi)星用戶仍然局限于少數(shù)政府行業(yè)部門，大量產(chǎn)品積壓，另一方面，衛(wèi)星影像應(yīng)用用戶、包括大量的省市縣級的行業(yè)用戶和企業(yè)個人用戶不能順暢地獲取國產(chǎn)衛(wèi)星影像。這種狀況導致了國內(nèi)衛(wèi)星影像大量依賴進口，國產(chǎn)數(shù)據(jù)的市場占有率很低。

（3）行業(yè)應(yīng)用不深入，可靠性不強，沒有融入常態(tài)管理、實現(xiàn)業(yè)務(wù)化

國內(nèi)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及其行業(yè)應(yīng)用普遍存在層次低、深度不夠的狀況，數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)處理、加工、分析的可靠性不高。導致衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及應(yīng)用科研、試驗層面多，一次性決策分析應(yīng)用多，未能與行業(yè)用戶的日常生產(chǎn)業(yè)務(wù)相結(jié)合、融入用戶的常態(tài)管理與日常工作，未能形成高可靠性的業(yè)務(wù)化行業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)高頻次、流程化、依賴性的應(yīng)用局面。業(yè)務(wù)化、可靠性是中國衛(wèi)星遙感行業(yè)應(yīng)用推廣普及的核心問題，也是衛(wèi)星遙感信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題。

（4）數(shù)據(jù)比較分散、共享程度低，導致重復(fù)建設(shè)、資源浪費

目前，全國使用對地觀測數(shù)據(jù)的單位有數(shù)百家，較大的用戶部門有10余家。大的部門有自己的數(shù)據(jù)處理、開發(fā)應(yīng)用中心，小的部門僅僅是開發(fā)應(yīng)用。由于缺乏國家數(shù)據(jù)政策的支持和統(tǒng)一管理，各行業(yè)部門之間條塊分割，數(shù)據(jù)共享程度有限，造成了一定的重復(fù)建設(shè)。此外，數(shù)據(jù)接收和共性處理(預(yù)處理)系統(tǒng)互相分割，結(jié)構(gòu)不合理，低水平重復(fù)建設(shè)嚴重。

三、中國高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星運行和服務(wù)機制研究

建議成立國有高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)公司（以下簡稱高分公司），負責專題產(chǎn)品的生產(chǎn)、數(shù)據(jù)增值服務(wù)及地理信息服務(wù)。

國有高分遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)公司的客戶包含國內(nèi)和國外用戶，國內(nèi)用戶主要是國家級應(yīng)用中心、私企個人和科研機構(gòu)等。

成立高分民用數(shù)據(jù)中心，負責對高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的管理、接收、處理和分發(fā)，其主要服務(wù)對象包含政府部門、科研機構(gòu)、私企、個人及管理決策層。

上述單位的相關(guān)關(guān)系如圖3所示。

>>圖3 總體組成架構(gòu)圖

1 .機構(gòu)運行和服務(wù)機制

（1）高分民用數(shù)據(jù)中心

高分民用數(shù)據(jù)中心為國有企業(yè)，企業(yè)規(guī)模預(yù)計為100人左右，收益來自于政府行業(yè)購買高分數(shù)據(jù)的費用。其職能包括：①承擔高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星的管理職能，是所有高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星的業(yè)主單位；②其數(shù)據(jù)源包括國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)代理公司和高分對地觀測系統(tǒng)等；③統(tǒng)籌各個行業(yè)部門數(shù)據(jù)訂單，首先考慮用國有高分遙感衛(wèi)星，其次考慮從國外購買；④主要負責數(shù)據(jù)處理算法和模型的研發(fā)，具體數(shù)據(jù)處理工作外包給高分公司。

（2）高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星數(shù)據(jù)公司

高分公司是高分民用數(shù)據(jù)中心全資控股的子公司，人員靈活聘用，公司規(guī)模為1000人左右，解決我國數(shù)據(jù)加工處理人員嚴重不足等問題。

高分遙感應(yīng)用衛(wèi)星數(shù)據(jù)公司主要包含四個部門：①用戶訂單管理部的職責為定義優(yōu)先級權(quán)重，對訂單進行優(yōu)先級排序和入庫管理，基于訂單優(yōu)先級進行任務(wù)規(guī)劃并將任務(wù)規(guī)劃結(jié)果提交衛(wèi)星運行管理部門；②數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)部根據(jù)訂單要求的數(shù)據(jù)產(chǎn)品級別，生產(chǎn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品；③應(yīng)用服務(wù)部負責跟高分應(yīng)用系統(tǒng)的銜接，接受來自高分應(yīng)用系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進一步處理和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的外包工作；④市場部負責數(shù)據(jù)和產(chǎn)品銷售。

（3）工作流程

高分民用數(shù)據(jù)中心主要負責2級以下數(shù)據(jù)的生產(chǎn)，因此其給高分公司的訂單也偏向于此類數(shù)據(jù)的生產(chǎn)。

對于來自高分民用數(shù)據(jù)中心的訂單，應(yīng)按照以下流程處理：①首先依據(jù)訂單要求，分析需要應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理算法和模型，從公司已有算法模型數(shù)據(jù)庫中查找，如果沒有，則需要對各家單位提供的算法模型進行招標，購買所需要算法模型；②評估生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期，擬定數(shù)據(jù)生產(chǎn)合同；③與高分民用數(shù)據(jù)中心簽訂合同；④ 按照合同內(nèi)容要求開展數(shù)據(jù)生產(chǎn)，生產(chǎn)過程嚴格執(zhí)行數(shù)據(jù)質(zhì)量控制管理；⑤數(shù)據(jù)生產(chǎn)完成后，執(zhí)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測，如果質(zhì)量合格則交付甲方，如不合格則重新組織生產(chǎn)。全流程如圖4所示。

>>圖4 數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程

>>圖5 “解決方案”實現(xiàn)流程

來自應(yīng)用系統(tǒng)的訂單主要包含兩種類型，一類是面向不同行業(yè)部門的專題數(shù)據(jù)生產(chǎn)，其流程與圖3類似，另一類是面向不同行業(yè)部門的解決方案的實現(xiàn)。

高分公司基于高分數(shù)據(jù)的特點，開發(fā)實現(xiàn)面向不同行業(yè)部門的專用解決方案，如圖5所示。

四 、結(jié)束語

隨著地球任一地點的圖像均可獲取，針對于現(xiàn)有科技和市場導向的發(fā)展，任何一個國家在其信息傳播和使用政策上的觀點都應(yīng)有所調(diào)整。我們已經(jīng)從一個只由政府掌握高分辨率圖像的時代步入一個任何政府、商業(yè)組織、非政府組織和公眾團體均可以接觸此類圖像的時代。

高質(zhì)量遙感數(shù)據(jù)的提供，特別是分辨率高于1m甚至更佳的圖像，催生在數(shù)據(jù)合理有效使用方面的許多問題。本文基于我國國情初步提出了高分辨率遙感應(yīng)用衛(wèi)星的運行架構(gòu)，目的是為制定我國相關(guān)數(shù)據(jù)政策提供參考，是否完全合理可行還有待實踐檢驗。

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