英國地球觀測應(yīng)用發(fā)展路線圖2015-2020

+ 王曉海（ 空間電子信息技術(shù)研究院 / 空間微波技術(shù)重點實驗室 ）

1 前言

2015年12月，英國政府發(fā)布《國家航天政策》。這是英國的首部國家級航天政策，也是第一次面向全球舞臺統(tǒng)籌英國航天的未來發(fā)展。政策的出臺對統(tǒng)籌英國軍民航天發(fā)展、促進(jìn)“2030年航天經(jīng)濟(jì)總量占全球10%”目標(biāo)的實現(xiàn)，提升英國在歐洲乃至全球航天的影響力和話語權(quán)，保障英國航天長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

同年12月，英國政府發(fā)布了《涉及環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部（Department of Environment、Food、Rural Affairs，DEFRA）的地球觀測發(fā)展路線圖2015-2020》。該路線圖是DEFRA與英國航天局（UK Space Agency，UKSA）和衛(wèi)星應(yīng)用彈射中心（Satellite Applications Catapult，SAC）共同制定，旨在識別和實現(xiàn)適用于未來5年DEFRA和英國經(jīng)濟(jì)的地球觀測數(shù)據(jù)的唯一潛力。路線圖主要探索地球觀測能夠為DEFRA及其部門提供核心目標(biāo)和首要議題相關(guān)的數(shù)據(jù)信息的機遇。

2 路線圖發(fā)布背景

作為世界重要的航天國家，英國在衛(wèi)星及星載設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)、太空機器人新型航天動力等領(lǐng)域具有先進(jìn)水平。目前，英國正作為重要角色參與“伽利略”導(dǎo)航系統(tǒng)、“哥白尼”環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、“地平線2020”等大型項目計劃。

英國政府很早認(rèn)識到利用航天（衛(wèi)星）技術(shù)將有助于更好地管理稀缺資源、改善通信、更高效地利用能源，特別是地球觀測衛(wèi)星技術(shù)具備協(xié)助解決糧食安全、氣候變化、環(huán)境污染以及生物多樣性喪失等各項重大挑戰(zhàn)所需的能力。

地球觀測正在進(jìn)入一個新的歷史時期?！案绨啄帷毕惹氨环Q為“全球環(huán)境安全監(jiān)視任務(wù)（Global Monitoring for Environment and Security，GMES）”項目，是歐洲聯(lián)邦空間旗艦項目之一。DEFRA負(fù)責(zé)“哥白尼”項目的政策指引，而英國航天局負(fù)責(zé)空間系統(tǒng)的研制。從2014年到2020年，歐洲聯(lián)邦將投資38億英鎊在“哥白尼”項目上，主要用于運營地球觀測衛(wèi)星（“哨兵”系列），其中包括用于實現(xiàn)環(huán)境政策制訂目標(biāo)的8億英鎊信息服務(wù)費。這是首次給已經(jīng)發(fā)射的空間任務(wù)投資，從而確保實現(xiàn)可持續(xù)監(jiān)視地球和提供專門的環(huán)境信息服務(wù)。

現(xiàn)在正是DEFRA探索和開發(fā)不斷呈現(xiàn)出來的新的地球觀測數(shù)據(jù)，并鼓勵英國那些專注于政策和運行需求的企業(yè)去創(chuàng)新產(chǎn)品和提升服務(wù)的良好時機。由“哥白尼”項目提供的自由、開放和容易訪問的地球觀測信息，將在英國和整個歐洲范圍帶來新型職業(yè)的創(chuàng)建和增長?！案绨啄帷比蝿?wù)地球觀測數(shù)據(jù)下游市場潛力估計到2030年將達(dá)到18億英鎊。

英國航天局承諾支持“智慧者”的研發(fā)，通過應(yīng)用衛(wèi)星分發(fā)服務(wù)和數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更好的消息政策，運行效能的節(jié)省和增強的風(fēng)險管理，成為更高效的政府。為達(dá)到這目標(biāo)，英國航天局與衛(wèi)星應(yīng)用彈射中心相聯(lián)合，通過其跨越中央，本地和區(qū)域政府的智慧政府空間計劃（Space for Smarter Government Program，SSGP）用于提升和鼓勵應(yīng)用空間產(chǎn)品和服務(wù)。SSGP聚焦區(qū)域焦點集中在DEFRA及其代理機構(gòu)和公共團(tuán)體的需求上。

DEFRA將與英國航天局、衛(wèi)星應(yīng)用彈射中心和英國國家地球觀測中心一起工作實現(xiàn)下述目標(biāo)：確保在歐洲以及與歐洲“哥白尼”項目，“地平線2020”項目，歐空局和國際地球觀測集團(tuán)相關(guān)更廣泛普遍又明確具體領(lǐng)域產(chǎn)生大的影響。通過創(chuàng)建工業(yè)分發(fā)給代理機構(gòu)的能力，幫助寬廣經(jīng)濟(jì)增長。

3 路線圖主要內(nèi)容

3.1 能力及構(gòu)建

我們需要確保DEFRA能夠提供出眾的性能并具有相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，使得我們能夠成為地球觀測數(shù)據(jù)和應(yīng)用方面的智能用戶。當(dāng)前，DEFR運營部門并不具備我們所需要的大多數(shù)專業(yè)知識，這些專業(yè)知識往往需要求助于企業(yè)、高校、國內(nèi)與國際研究機構(gòu)等。DEFRA將健全自身為智能用戶提供服務(wù)的能力，同時引導(dǎo)UK的基礎(chǔ)設(shè)施、科研人員與應(yīng)用開發(fā)人員都為我們的需求服務(wù)。

3.1. 12020目標(biāo)

構(gòu)建一個小型化、性能優(yōu)良、具有一定影響力的智能用戶功能。該智能用戶功能應(yīng)當(dāng)與地球觀測數(shù)據(jù)與應(yīng)用的策略和操作需求相匹配，并且與工業(yè)機構(gòu)、學(xué)術(shù)機構(gòu)和研究機構(gòu)緊密協(xié)同工作，以傳遞變化的解決方案。

實現(xiàn)對數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)設(shè)施和運行機構(gòu)安全可靠的訪問，從而確?？焖僭鲩L的數(shù)據(jù)和信息產(chǎn)品能夠得到有效應(yīng)用，最終滿足政策和運行需求。

通過在私營部門、學(xué)術(shù)機構(gòu)中演示新的應(yīng)用和需求，幫助我們進(jìn)一步研發(fā)新的功能。

3.1.2 能力聚焦領(lǐng)域：綜合孔徑雷達(dá)(SAR)

“哨兵 1A”的發(fā)射及其相應(yīng)可用的SAR數(shù)據(jù)都驅(qū)使我們需要充分認(rèn)識到SAR技術(shù)在DEFRA政策區(qū)域的應(yīng)用潛力。與DEFRA政策區(qū)域相關(guān)的許多地球觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用，都有可能從使用量更大的SAR數(shù)據(jù)中獲益，并且將SAR數(shù)據(jù)作為光學(xué)數(shù)據(jù)的補充手段，甚至取代光學(xué)數(shù)據(jù)。

由于SAR波長的輻射與陸地表面的相互作用方式不同于光輻射與陸地表面作用方式，因此SAR數(shù)據(jù)可與光學(xué)數(shù)據(jù)形成互補關(guān)系。SAR電磁波可以穿透云層并在黑暗環(huán)境下工作，因此能夠全天候收集數(shù)據(jù)，從而極大提高信息量。在英國，SAR數(shù)據(jù)的實際使用經(jīng)驗比光學(xué)數(shù)據(jù)要少的多。DEFRA正在尋求全面理解SAR在實際中的應(yīng)用潛力，并且在SAR能發(fā)揮最大作用時及時識別目標(biāo)區(qū)域。

3.1.3 里程碑時間節(jié)點

2015年，地球觀測卓越中心從科學(xué)研究機構(gòu)和發(fā)布機構(gòu)召集專家共同修正和發(fā)布此路線圖。

2016年，確保DEFRA的更新數(shù)據(jù)和IT策略能夠滿足我們的需求——將地球觀測數(shù)據(jù)與產(chǎn)品應(yīng)用到政策和運行工作中。

一段時間后，除DEFRA部門外，英國航天局、衛(wèi)星應(yīng)用彈射中心、創(chuàng)新英國計劃和其他機構(gòu)將合作開發(fā)把地球觀測運用到商業(yè)領(lǐng)域的方法。

3.2 研發(fā)與創(chuàng)新

DEFRA希望其政策和計劃能夠被最優(yōu)秀的研發(fā)機構(gòu)了解，并在更廣泛的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中發(fā)揮驅(qū)動創(chuàng)新和被創(chuàng)新驅(qū)動的作用。在與工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的合作過程之中，DEFRA會為合作伙伴提供所需的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的優(yōu)先權(quán)限，希望借此成為值得信賴和尊重的合作伙伴。當(dāng)私營部門的商業(yè)需求或研究資助機構(gòu)的目標(biāo)與我們的需求高度契合時，DEFRA會主動尋求合作機會。

3.2.1 2020目標(biāo)

影響有關(guān)研究和發(fā)展計劃的修訂，包括歐盟研究和創(chuàng)新計劃“地平線2020”、相關(guān)的英國研究委員會和創(chuàng)新英國的計劃。

為了促進(jìn)政策應(yīng)用的發(fā)展，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界成功提供定向資助。

為商業(yè)應(yīng)用創(chuàng)造機遇，以便商業(yè)領(lǐng)域為DEFRA計劃提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用。

3.2.2 遇到的部分問題

如何使地球觀測和衛(wèi)星應(yīng)用在植物健康模擬和監(jiān)測方面發(fā)揮最大作用，以幫助制定英國植物健康政策？

如何將地球觀測和衛(wèi)星應(yīng)用與法定的海事監(jiān)測相結(jié)合？

如何正確使用“哥白尼 哨兵-1”數(shù)據(jù)，以完全滿足DEFRA在通用農(nóng)業(yè)政策方面的監(jiān)測需求？

3.2.3 里程碑時間節(jié)點

2015年，通過英國航天局智慧政府空間計劃和創(chuàng)新英國計劃，發(fā)布3個小型商業(yè)研究自主課題。

2015年，與英國環(huán)境研究委員會（National Environment Research Council，NERC）的國家地球觀測中心建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，提出關(guān)鍵創(chuàng)新項目。

2016年，推進(jìn)與洛桑研究所農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心的合作，提出用于地球觀測、食品、農(nóng)業(yè)、農(nóng)場商業(yè)調(diào)研領(lǐng)域的協(xié)作解決方案。

3.3 運行分發(fā)與應(yīng)用發(fā)展

地球觀測現(xiàn)存和潛在應(yīng)用具有廣闊的范圍，因此DEFRA的商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域從農(nóng)作物和居住監(jiān)測到水污染建模、漁業(yè)和海洋保護(hù)等方面。需要全面量化這些應(yīng)用的成本和收益，闡明在技術(shù)、法律和文化方面的障礙，并將這些問題納入到商業(yè)計劃中。

3.3.1 2020目標(biāo)

至少將地球觀測應(yīng)用集中到5個政策區(qū)域，確保分發(fā)業(yè)務(wù)更廉價、更高效，從而更好地滿足用戶需求。

3.3.2 地球觀測數(shù)據(jù)集成領(lǐng)航項目

地球觀測數(shù)據(jù)集成領(lǐng)航（Earth Observation Data Integration Pilot，EODIP）項目將采用地球觀測數(shù)據(jù)并結(jié)合其他數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)對土地覆蓋情況的繪制，主要包括農(nóng)作物、森林、野生動物棲息地和北英格蘭（諾森伯蘭郡和坎布里亞郡領(lǐng)航區(qū)域）部分人類居住區(qū)。因此，EODIP項目將成為打造英格蘭“自然地圖”的試驗臺。EODIP是DEFRA地球觀測卓越中心的第一個標(biāo)志性項目。

EODIP項目將證明自由和開放的地球觀測數(shù)據(jù)具有較高的附加值，其研發(fā)綜合的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和工具，將用于支持自然資源管理與農(nóng)村發(fā)展。項目應(yīng)用范圍將覆蓋水庫靈敏農(nóng)業(yè)、水質(zhì)、洪水管控、碳排放預(yù)算、野生生物資源保護(hù)、風(fēng)景休閑以及植物健康等領(lǐng)域。該項目致力于驅(qū)動前向創(chuàng)新和數(shù)據(jù)綜合，并提升使用這些應(yīng)用的組織機構(gòu)的效率，協(xié)助制定環(huán)境改進(jìn)的方案并幫助農(nóng)村社區(qū)繁榮發(fā)展。

3.3.3 里程碑時間節(jié)點

2015年，設(shè)立EODIP項目并協(xié)同地球觀測數(shù)據(jù)與應(yīng)用部門，提供綜合了土地覆蓋、農(nóng)作物和居住條件的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在涉及DEFRA政策區(qū)域的廣大范圍內(nèi)證明這些數(shù)據(jù)產(chǎn)品的可訪問性、便利性與成本效果。

到2017年，在DEFRA商業(yè)的其他三個領(lǐng)域開展和評估案例研究。

結(jié)語

路線圖從實際應(yīng)用出發(fā)，密切結(jié)合英國國情，針對重點領(lǐng)域及迫切需解決的重大問題，選擇梳理出未來5年地球觀測與應(yīng)用領(lǐng)域中需要積極投入研究發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，為英國航天系統(tǒng)相關(guān)研制部門提供方向指引與提出系統(tǒng)任務(wù)能力要求。對路線圖進(jìn)行研究，能給國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)劃論證和戰(zhàn)略發(fā)展研究提供思路，也為航天技術(shù)領(lǐng)域科研人員的學(xué)習(xí)和參考，提供了有益的借鑒和幫助。

[1] Roadmap for the use of Earth Observation across DEFRA 2015-2020

[2] 吳文 “英國航天局發(fā)布2012～2016年民用航天戰(zhàn)略” 《中國航天》2012年第9期pp39-40

[3] 吳文、潘堅、張會庭 “發(fā)揮航天產(chǎn)業(yè)比較優(yōu)勢抓住機遇推動經(jīng)濟(jì)增長——從英國民用航天戰(zhàn)略看英國航天的未來發(fā)展”《中國航天》2012年第11期pp46-51

[4] 彭春麗 “英國航空航天產(chǎn)業(yè)軍民融合實踐與啟示” 《中國軍轉(zhuǎn)民》2013年第10期pp64-67

[5] 李云、李輝、孫棕譚、李金釗 “英國工業(yè)界的航天發(fā)展新措施得到政府支持” 《中國航天》2014年第8期pp40-43

[6] “英國發(fā)布新的政策支持航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展” 《航天工業(yè)管理》2014年第5期pp42-43

[7] 孫紅俊、侯丹、陳菲、林飛、馬婧 “英國出臺首部《國家航天政策》” 《中國航天》2016年第1期pp22-25

[8] 江山 “英發(fā)布首份《國家航天政策》” 《太空探索》2016年第2期pp。