面向“一帶一路”的空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)研究

● 文|北京空間科技信息研究所 李立 郭晉媛 陳誠(chéng)

一、引言

國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施是“一帶一路”實(shí)現(xiàn)設(shè)施聯(lián)通的重要手段，通過(guò)空間基礎(chǔ)設(shè)施提供的空間信息應(yīng)用服務(wù)是與沿線國(guó)家“政策溝通、貿(mào)易暢通、民心相通”[1]的紐帶。標(biāo)準(zhǔn)作為世界通用語(yǔ)言，在推動(dòng)“一帶一路”建設(shè)中，是擴(kuò)大產(chǎn)能合作、促進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通和增進(jìn)經(jīng)貿(mào)往來(lái)的技術(shù)基礎(chǔ)和技術(shù)規(guī)則，是為沿線國(guó)家提供空間信息應(yīng)用服務(wù)的重要載體。本文通過(guò)對(duì)空間信息應(yīng)用中衛(wèi)星系統(tǒng)接入、運(yùn)行以及數(shù)據(jù)共享與服務(wù)等主要環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全面梳理和國(guó)內(nèi)外對(duì)照研究，規(guī)劃并設(shè)計(jì)了空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)框架，提出了下一步完善標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)發(fā)展的模式。

二、空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的需求

空間基礎(chǔ)設(shè)施為“一帶一路”沿線國(guó)家提供通暢便利的信息應(yīng)用與服務(wù)首先要解決空間基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)接入問(wèn)題，也就是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的信息傳輸與接口規(guī)范化問(wèn)題，因此需要衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確立統(tǒng)一的星地?cái)?shù)據(jù)傳輸接口和協(xié)議；其次，需要通過(guò)衛(wèi)星運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)提取對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)長(zhǎng)期在軌監(jiān)視和控制的共性要求，規(guī)定衛(wèi)星測(cè)控、運(yùn)行控制要求，實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)對(duì)有效載荷的有效操作；最后，面向“一帶一路”國(guó)家的不同服務(wù)領(lǐng)域，需要衛(wèi)星遙感、導(dǎo)航、通信領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)規(guī)范數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式統(tǒng)一化。

根據(jù)航天能力的強(qiáng)弱，可以將“一帶一路”沿線國(guó)家分為引領(lǐng)者、競(jìng)爭(zhēng)者、跟隨者、第四梯隊(duì)等主要的幾類(lèi)[2]。而我國(guó)空間基礎(chǔ)設(shè)施目前服務(wù)的主要對(duì)象是其中的跟隨者，即具備一定航天應(yīng)用基礎(chǔ)能力的國(guó)家和（或）希望提升航天研發(fā)能力的國(guó)家，如巴基斯坦、泰國(guó)等。這些國(guó)家在航天方面大多采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)（如美國(guó)和歐洲一些先進(jìn)組織的標(biāo)準(zhǔn)），隨著我國(guó)航天國(guó)際合作項(xiàng)目的增多，對(duì)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)可度也在逐步提升。

三、空間信息應(yīng)用國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)研究

從整體來(lái)看，國(guó)際國(guó)外空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)開(kāi)展地較系統(tǒng)、全面，國(guó)內(nèi)空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)盡管起步較晚，但是隨著對(duì)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)重要性的認(rèn)識(shí)逐漸加深，在國(guó)家層面也逐步啟動(dòng)了多個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)的研究與編制。下面就衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)共享標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)內(nèi)外情況分別進(jìn)行闡述。

1.衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)

衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)主要涉及星地接口、星地信息傳輸?shù)确矫妗Ｔ趪?guó)際上，較為通用的衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)主要是空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì)（CCSDS）標(biāo)準(zhǔn)。CCSDS標(biāo)準(zhǔn)主要涉及6個(gè)專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域（見(jiàn)圖1），衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)主要集中在其中的空間鏈路業(yè)務(wù)領(lǐng)域，主要是參照開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型，通過(guò)20多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)對(duì)遙測(cè)遙控鏈路的協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層、物理層、編碼與同步協(xié)議、包協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路安全協(xié)議等進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定。國(guó)內(nèi)衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)集中在國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)中，主要是基于脈沖編碼調(diào)制（PCM）體制和分包遙測(cè)遙控體制對(duì)衛(wèi)星測(cè)控鏈路和數(shù)據(jù)傳輸鏈路中用到的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行了規(guī)定，部分衛(wèi)星在實(shí)際研制過(guò)程中也對(duì)CCSDS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了應(yīng)用。

圖1 CCSDS專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域分布示意圖

2.衛(wèi)星運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)

在國(guó)際上較為通用的是CCSDS和歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化合作組織（ECSS）標(biāo)準(zhǔn)，在CCSDS任務(wù)操作和信息管理業(yè)務(wù)領(lǐng)域中，包含了20多項(xiàng)航天器監(jiān)測(cè)與控制、任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度、數(shù)據(jù)存檔與錄入等方面的標(biāo)準(zhǔn)，主要規(guī)定了航天器策略消息、跟蹤數(shù)據(jù)消息、姿態(tài)數(shù)據(jù)消息的標(biāo)準(zhǔn)格式，以及任務(wù)操作消息格式、XML遙測(cè)遙控信息交換（XTCE）格式等要求。在ECSS工程系列標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)地面系統(tǒng)操作及遙測(cè)遙控?cái)?shù)據(jù)包進(jìn)行了規(guī)定。

國(guó)內(nèi)衛(wèi)星運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)主要集中在軍用標(biāo)準(zhǔn)和航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)不同類(lèi)型衛(wèi)星的平臺(tái)和載荷在軌測(cè)試方法、對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行飛行結(jié)果評(píng)定的規(guī)定。

3.數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)是空間信息在“一帶一路”國(guó)家落地后有效應(yīng)用的基礎(chǔ)。

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)產(chǎn)品分級(jí)分類(lèi)、數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量等進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。目前國(guó)際國(guó)外大多數(shù)遙感數(shù)據(jù)服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)均由相關(guān)應(yīng)用行業(yè)或技術(shù)委員會(huì)制定。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC211）、開(kāi)放地理空間信息聯(lián)盟（OGC）、美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)（FGDC）[3]等組織在遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品要求、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求、數(shù)據(jù)格式、元數(shù)據(jù)等方面制定了近20項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，但直接面向空間遙感數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)很少。數(shù)字地球等知名遙感數(shù)據(jù)服務(wù)商均有內(nèi)部文件規(guī)范遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品相關(guān)要求。國(guó)內(nèi)遙感數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要分布在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航天、測(cè)繪、林業(yè)、地質(zhì)等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)數(shù)據(jù)處理要求、主要設(shè)備的性能要求、數(shù)據(jù)產(chǎn)品的格式、分級(jí)分類(lèi)規(guī)則和質(zhì)量要求等方面進(jìn)行了規(guī)定。

衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)主要是面向時(shí)空基準(zhǔn)服務(wù)需求，對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接口、導(dǎo)航接收設(shè)備數(shù)據(jù)格式、差分信號(hào)格式等方面進(jìn)行規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域中GPS、Galileo、GLONASS應(yīng)用最廣泛，也相應(yīng)制定了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)；接收設(shè)備的數(shù)據(jù)格式由美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)（NMEA）、國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)（IAG）等各應(yīng)用協(xié)會(huì)自行制定，ISO等組織標(biāo)準(zhǔn)對(duì)差分技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)定。我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)正在加快腳步，目前在系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)、船舶、車(chē)輛等行業(yè)應(yīng)用以及導(dǎo)航增強(qiáng)信息互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)确矫娉上盗芯幹茋?guó)家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)較為明顯。

衛(wèi)星通信服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)主要作用是規(guī)范衛(wèi)星通信服務(wù)協(xié)議。目前國(guó)際上通用的衛(wèi)星廣播通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星寬帶通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星移動(dòng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)大多由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織 （ETSI）制定。國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信與傳輸協(xié)議相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)主要是針對(duì)衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)和數(shù)字衛(wèi)星新聞采集系統(tǒng)的調(diào)制方式、信道編碼等內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定的國(guó)標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此外還在國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上結(jié)合我國(guó)的國(guó)情對(duì)頻率的規(guī)劃和共用、星地傳輸鏈路中大氣損耗和降雨衰減的計(jì)算方法等內(nèi)容制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

四、空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)框架研究

在對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)研與研究的基礎(chǔ)上，遵循“服務(wù)應(yīng)用、整體規(guī)劃，聚焦關(guān)鍵、問(wèn)題導(dǎo)向”的設(shè)計(jì)思路，研究建立了多國(guó)、多源衛(wèi)星系統(tǒng)的接入、運(yùn)行管理以及數(shù)據(jù)共享等需要遵循的空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)框架（見(jiàn)圖2）。該框架的設(shè)計(jì)在與國(guó)際接軌的同時(shí)，充分繼承了我國(guó)各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的成果，面向衛(wèi)星系統(tǒng)接入、衛(wèi)星運(yùn)行管理和衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享與服務(wù)的具體需求，開(kāi)展了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)框架參考了CCSDS的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層（含數(shù)據(jù)鏈路子層、同步與信道編碼子層）、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層等五層協(xié)議框架，按照信息傳輸?shù)姆謱訁f(xié)議體系進(jìn)行劃分，對(duì)每一層采用的協(xié)議進(jìn)行規(guī)定，包括射頻與調(diào)制、同步與信道編碼、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議、傳輸層協(xié)議、應(yīng)用層協(xié)議幾個(gè)部分。

衛(wèi)星運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)框架按照運(yùn)行管理工作任務(wù)和功能進(jìn)行劃分，分為衛(wèi)星狀態(tài)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星運(yùn)行控制、空間信息安全防護(hù)等三個(gè)部分。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)框架包含遙感數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和通信數(shù)據(jù)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)等三大部分。其中衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)框架按照衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品研制和應(yīng)用流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收后的產(chǎn)品定制、分發(fā)服務(wù)、產(chǎn)品管理、專(zhuān)業(yè)應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)框架劃分為導(dǎo)航衛(wèi)星接口規(guī)范、導(dǎo)航衛(wèi)星性能規(guī)范、導(dǎo)航終端數(shù)據(jù)格式與接口協(xié)議三個(gè)部分。衛(wèi)星通信服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)框架覆蓋衛(wèi)星通信廣播服務(wù)、移動(dòng)通信服務(wù)等各個(gè)領(lǐng)域，按照業(yè)務(wù)領(lǐng)域分為衛(wèi)星廣播通信協(xié)議、衛(wèi)星移動(dòng)通信協(xié)議、衛(wèi)星寬帶通信協(xié)議、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)接口幾個(gè)部分。

圖2 空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)框架

五、空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)模式

現(xiàn)有空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)基本覆蓋了衛(wèi)星系統(tǒng)接入、運(yùn)行管理和數(shù)據(jù)共享服務(wù)全過(guò)程，但在提升國(guó)際話語(yǔ)權(quán)方面還有持續(xù)優(yōu)化的空間。因此，在對(duì)國(guó)家《標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)通“一帶一路”行動(dòng)計(jì)劃》（2015—2017）[4]進(jìn)行解讀的基礎(chǔ)上，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)框架的規(guī)劃設(shè)計(jì)和國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研成果，提出了與國(guó)家戰(zhàn)略接軌的后續(xù)空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)模式。

1.在衛(wèi)星系統(tǒng)接入、衛(wèi)星通信服務(wù)方面積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

CCSDS、ETSI等組織制定的衛(wèi)星系統(tǒng)接入標(biāo)準(zhǔn)、衛(wèi)星通信服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)際上通用程度較高，空間基礎(chǔ)設(shè)施在為“一帶一路”國(guó)家提供服務(wù)時(shí)可在這兩方面廣泛采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，與國(guó)際通用規(guī)則保持統(tǒng)一，提高產(chǎn)品與服務(wù)的認(rèn)可度。

2.在遙感和導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)方面成系列制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)部分領(lǐng)域遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品要求、短報(bào)文服務(wù)要求等衛(wèi)星遙感和導(dǎo)航數(shù)據(jù)共享與服務(wù)方面的缺項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)成系列規(guī)劃后開(kāi)展國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定。在符合質(zhì)量要求的前提下，可申請(qǐng)快速編制程序，以便盡早發(fā)布實(shí)施。通過(guò)實(shí)施國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)對(duì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行廣泛驗(yàn)證，為數(shù)據(jù)產(chǎn)品推廣至其他國(guó)家奠定基礎(chǔ)。

3.研究國(guó)內(nèi)空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)上升為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的重點(diǎn)方向

目前國(guó)內(nèi)空間信息應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)在“一帶一路”國(guó)際合作項(xiàng)目中存在的主要問(wèn)題是國(guó)際認(rèn)可度不夠，因此需要加大力度在遙感數(shù)據(jù)共享與服務(wù)等領(lǐng)域探索發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化戰(zhàn)略的可能性，細(xì)分發(fā)展方向，爭(zhēng)取轉(zhuǎn)化一批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，提升數(shù)據(jù)共享服務(wù)的“軟實(shí)力”。

4.研究并建立標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)機(jī)制

為了促進(jìn)空間基礎(chǔ)設(shè)施為“一帶一路”國(guó)家服務(wù)，支撐互聯(lián)互通建設(shè)，需要與一些國(guó)家和組織開(kāi)展雙邊標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)工作。目前，中國(guó)已經(jīng)與蒙古、新加坡、俄羅斯、柬埔寨、土耳其等21個(gè)“一帶一路”沿線國(guó)家簽署了標(biāo)準(zhǔn)化合作協(xié)議，將在雙方共同關(guān)注的領(lǐng)域，相互采用對(duì)方標(biāo)準(zhǔn)，共同推動(dòng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)一致，減少和消除貿(mào)易壁壘。在空間信息應(yīng)用領(lǐng)域，可與整星出口、運(yùn)營(yíng)服務(wù)及應(yīng)用系統(tǒng)出口等相關(guān)工作緊密結(jié)合，建立與多國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)互評(píng)價(jià)機(jī)制，既可通過(guò)外方的評(píng)價(jià)來(lái)檢驗(yàn)我們標(biāo)準(zhǔn)的合理性與準(zhǔn)確性，又可提升我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的認(rèn)可度。

5.研究標(biāo)準(zhǔn)與政策、知識(shí)產(chǎn)權(quán)相融合的發(fā)展機(jī)制

在“一帶一路”發(fā)展政策項(xiàng)研究過(guò)程中，將標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)作為其中的組成部分。同時(shí)在項(xiàng)目建設(shè)與履約過(guò)程中，探索航天國(guó)際合作項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)緊密結(jié)合機(jī)制，確保在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出口順利履約的同時(shí)保護(hù)核心技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

[1]國(guó)家發(fā)改委.推動(dòng)共建絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶和21世紀(jì)海上絲綢之路的愿景與行動(dòng)，2015年3月.

[2]王莉.“一帶一路”航天能力簡(jiǎn)析[J].衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2016(1)：26-32.

[3]夏亞茜，方一帆，李立.國(guó)外衛(wèi)星遙感應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)情況綜述[J].衛(wèi)星應(yīng)用，2014(7):34-38.

[4]國(guó)家發(fā)改委.標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)通“一帶一路”行動(dòng)計(jì)劃（2015-2017），2015年10月.