空間對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)與應(yīng)用最新發(fā)展

原民輝 劉韜（北京空間科技信息研究所）

1 總體情況

歷經(jīng)近60年發(fā)展，全球空間對(duì)地觀(guān)測(cè)體系和能力日趨完備，空間對(duì)地觀(guān)測(cè)已經(jīng)開(kāi)始走進(jìn)“精致為用”的發(fā)展新階段，顯現(xiàn)出兩大特點(diǎn)：一是系統(tǒng)規(guī)模和能力穩(wěn)步發(fā)展，應(yīng)用越來(lái)越“精致”，廣度和深度不斷延伸，服務(wù)能力和產(chǎn)業(yè)化水平顯著提高；二是在應(yīng)用過(guò)程中衍生出的需求變化和精致化應(yīng)用等新需求，已成為未來(lái)新一代空間對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)推動(dòng)力量。

全球?qū)Φ赜^(guān)測(cè)衛(wèi)星發(fā)射和在軌情況

截至2017年12月31日，全球已成功發(fā)射7956個(gè)航天器，其中對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星是發(fā)射數(shù)量最多的應(yīng)用衛(wèi)星，達(dá)2816顆，占比超過(guò)35%。2017年對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量達(dá)到233顆，首次超過(guò)200顆，與2016年相比翻一番，遠(yuǎn)超過(guò)其他類(lèi)別衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的總和。近4年與前4年的發(fā)射數(shù)量環(huán)比增長(zhǎng)超過(guò)4倍，增幅超過(guò)其他類(lèi)型應(yīng)用衛(wèi)星。數(shù)量躍升主要源于小型對(duì)地觀(guān)測(cè)星座發(fā)展成熟并大量應(yīng)用，特別是質(zhì)量小于100kg的微納衛(wèi)星。

截至2017年12月31日，國(guó)外在軌對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星509顆，其中美國(guó)對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)量最多，為334顆，約占65%，歐洲52顆、日本24顆、俄羅斯22顆、印度18顆。光學(xué)成像衛(wèi)星數(shù)量最多，約占62%。在軌工作的509顆衛(wèi)星中，傳統(tǒng)衛(wèi)星（以單顆或幾顆衛(wèi)星組成系統(tǒng)）數(shù)量245顆，新型衛(wèi)星（以星座組成系統(tǒng)）數(shù)量已達(dá)264顆。后者增幅迅猛，數(shù)量已開(kāi)始趕超傳統(tǒng)衛(wèi)星。

新型對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)在軌統(tǒng)計(jì)情況

空間對(duì)地觀(guān)測(cè)產(chǎn)業(yè)情況

（1）產(chǎn)業(yè)規(guī)模

依據(jù)截至2017年12月的最新統(tǒng)計(jì)，全球?qū)Φ赜^(guān)測(cè)衛(wèi)星年投資額將連續(xù)2年超過(guò)200億美元，空間對(duì)地觀(guān)測(cè)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入成熟發(fā)展階段。

根據(jù)歐洲咨詢(xún)公司數(shù)據(jù)測(cè)算，2017年全球民用計(jì)劃政府投資仍將超過(guò)100億美元。通過(guò)對(duì)美國(guó)航天預(yù)算的分析，近幾年美國(guó)天基偵察預(yù)算始終維持在年均100億美元之上，高于國(guó)防部航天預(yù)算。根據(jù)歐洲咨詢(xún)公司等報(bào)告，全球?qū)Φ赜^(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)收入近年來(lái)一直保持穩(wěn)步增長(zhǎng)趨勢(shì)，2017年超過(guò)20億美元。

（2）企業(yè)發(fā)展情況

2017年，國(guó)外空間對(duì)地觀(guān)測(cè)企業(yè)迎來(lái)“同類(lèi)”并購(gòu)熱潮，旨在整合、優(yōu)化業(yè)務(wù)布局、產(chǎn)品布局和市場(chǎng)布局。

一方面，傳統(tǒng)公司做大做強(qiáng)。加拿大麥克唐納-德特威勒聯(lián)合公司（MDA）收購(gòu)美國(guó)數(shù)字地球公司（DigitalGlobe），整合光學(xué)、雷達(dá)對(duì)地觀(guān)測(cè)業(yè)務(wù)，完善產(chǎn)品，全面爭(zhēng)奪北美（尤其是美國(guó)的國(guó)防領(lǐng)域市場(chǎng)）這一全球最大的對(duì)地觀(guān)測(cè)市場(chǎng)。

另一方面，新興公司完善新型能力。行星公司（Planet）收購(gòu)?fù)瑸樾屡d企業(yè)的特拉貝拉公司[Terra Bella，原天空盒子成像公司（Skybox Imaging）]，整合高、中分辨率產(chǎn)品和創(chuàng)新型服務(wù)，全面奪占新興用戶(hù)市場(chǎng)。同時(shí)，新興企業(yè)持續(xù)展現(xiàn)新氣象和新變化。不僅創(chuàng)新型公司數(shù)量仍高速增加，而且業(yè)務(wù)也開(kāi)始加快拓展，由成像領(lǐng)域拓展至環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，甚至安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。美國(guó)斯派爾公司（Spire）利用“狐猴”納衛(wèi)星星座收集天氣數(shù)據(jù)，“狐猴”衛(wèi)星單星質(zhì)量4.6kg，可提供全球的精確溫度、壓力和濕度信息，填補(bǔ)美國(guó)天氣數(shù)據(jù)的空檔。新研制的狐猴-2衛(wèi)星有2副可展開(kāi)的太陽(yáng)電池翼和體裝太陽(yáng)能電池，攜帶了2個(gè)遙感儀器：無(wú)線(xiàn)電掩星有效載荷和“自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)”（AIS）有效載荷。

新興公司業(yè)務(wù)即將全面覆蓋光學(xué)和雷達(dá)成像能力，不僅具備高、中等多種空間分辨率，還注重高時(shí)間分辨率和高光譜分辨率。其主要系統(tǒng)為數(shù)十乃至數(shù)百顆衛(wèi)星構(gòu)成的星座，具備實(shí)時(shí)監(jiān)視能力。美國(guó)行星公司已發(fā)射315顆“鴿群”衛(wèi)星，在軌192顆，分辨率3～5m。美國(guó)黑天全球公司（BlackSky Global）正在發(fā)展由60顆衛(wèi)星組成的星座，具備10～60min重訪(fǎng)能力，該星座單星質(zhì)量小于50kg，多光譜分辨率達(dá)1m，首顆技術(shù)驗(yàn)證衛(wèi)星已于2016年9月25日成功發(fā)射。

2 政策環(huán)境發(fā)展

空間對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的蓬勃發(fā)展離不開(kāi)政策環(huán)境的支持，美國(guó)等空間對(duì)地觀(guān)測(cè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先國(guó)家均利用相關(guān)政策引導(dǎo)并推動(dòng)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化的有序與協(xié)調(diào)發(fā)展。

美國(guó)歷經(jīng)30余年探索，形成了一套完善的空間對(duì)地觀(guān)測(cè)政策體系，涵蓋法案、政策、授權(quán)許可制度等多層次文件，使空間對(duì)地觀(guān)測(cè)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)擁有了良好的發(fā)展環(huán)境，也引導(dǎo)了其他國(guó)家對(duì)地觀(guān)測(cè)政策的發(fā)展。美國(guó)空間對(duì)地觀(guān)測(cè)政策主要經(jīng)歷了探索、發(fā)展、成熟三個(gè)階段。

在探索階段，1984年7月17日，美國(guó)政府頒布了《陸地遙感商業(yè)化法案》，標(biāo)志著美國(guó)遙感數(shù)據(jù)政策“探索階段”的開(kāi)始。然而事實(shí)證明，該法案提出的將民用遙感系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)完全交給私營(yíng)企業(yè)的方針，不僅沒(méi)能起到促進(jìn)商業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)發(fā)展的效果，反而對(duì)民用遙感能力的發(fā)展造成了負(fù)面影響。

在發(fā)展階段，布什政府于1992年頒布了《陸地遙感政策法案》。該法案取代了1984年《陸地遙感商業(yè)化法案》，成為美國(guó)陸地遙感基本法。《陸地遙感政策法案》頒布后，申請(qǐng)私營(yíng)遙感系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)許可的私營(yíng)企業(yè)如雨后春筍般大量出現(xiàn)，美國(guó)商業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)出一片繁榮的嶄新氣象。

在成熟階段，1996年《國(guó)家航天政策》要求美國(guó)政府“合理利用私營(yíng)遙感能力、數(shù)據(jù)及信息產(chǎn)品”，以支持美國(guó)商業(yè)遙感能力的發(fā)展，并指定商務(wù)部通過(guò)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)提供私營(yíng)遙感系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)許可并制定相關(guān)規(guī)章。1998年，美國(guó)政府又在《商業(yè)航天法案》中明確要求美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）采購(gòu)“有助于地球科學(xué)研究的商業(yè)遙感數(shù)據(jù)”。小布什政府于2003年4月25日頒布的《美國(guó)商業(yè)遙感政策》，重點(diǎn)解決了美國(guó)商業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期暴露出的突出問(wèn)題。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局于2006年4月25日頒布了《私營(yíng)陸地遙感空間系統(tǒng)授權(quán)許可》的最終規(guī)定，與1992年《陸地遙感政策法案》和2003年《美國(guó)商業(yè)遙感政策》共同構(gòu)成了完備的商業(yè)遙感政策體系。

近年，政策發(fā)展進(jìn)入新階段，2015年，美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）發(fā)布《商業(yè)地理空間情報(bào)戰(zhàn)略》，提到“在用戶(hù)所需的地點(diǎn)及時(shí)提供商業(yè)數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)，提高戰(zhàn)術(shù)用戶(hù)的任務(wù)成功率”，這充分說(shuō)明，對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星應(yīng)用已經(jīng)從提供圖像數(shù)據(jù)向提供信息和知識(shí)轉(zhuǎn)變。未來(lái)，最新空間政策即將發(fā)布，面向精細(xì)化應(yīng)用的政策即將展現(xiàn)。

受美國(guó)完善的政策法規(guī)帶動(dòng)，德國(guó)、加拿大、歐洲航天局（ESA）、印度、日本等國(guó)和機(jī)構(gòu)也相繼出臺(tái)政策，推動(dòng)各自空間對(duì)地觀(guān)測(cè)產(chǎn)業(yè)在確保國(guó)家安全的前提下蓬勃、有序發(fā)展。

3 系統(tǒng)與技術(shù)發(fā)展

隨著空間對(duì)地觀(guān)測(cè)進(jìn)入“精致為用”的發(fā)展新階段，應(yīng)用需求的變化、更深層次的精致化應(yīng)用需求已經(jīng)成為指導(dǎo)未來(lái)空間對(duì)地觀(guān)測(cè)需求設(shè)計(jì)、推動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展、牽引發(fā)展模式轉(zhuǎn)變的核心驅(qū)動(dòng)力。

緊密?chē)@應(yīng)用確定設(shè)計(jì)需求

軍事領(lǐng)域，針對(duì)新挑戰(zhàn)，美國(guó)緊密?chē)@作戰(zhàn)應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的軍用空間對(duì)地觀(guān)測(cè)體系、系統(tǒng)和技術(shù)。體系方面，軍用對(duì)地觀(guān)測(cè)體系應(yīng)具有彈性，面對(duì)系統(tǒng)故障、環(huán)境挑戰(zhàn)或敵對(duì)行動(dòng)時(shí)能夠繼續(xù)提供所需能力。系統(tǒng)方面，根據(jù)美國(guó)空軍航天司令部2015、2016兩版長(zhǎng)期科技挑戰(zhàn)，美國(guó)需要有效應(yīng)用紅外、紫外、可見(jiàn)光、微波等多種波段的先進(jìn)載荷系統(tǒng)，并將獲取的信息進(jìn)行綜合集成；發(fā)展能夠探測(cè)和描述各類(lèi)關(guān)注事件的先進(jìn)載荷系統(tǒng)，并能以自動(dòng)提取的格式提供給指揮控制系統(tǒng)。技術(shù)方面，為全面、及時(shí)掌握敵我態(tài)勢(shì)，支持指揮官對(duì)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)生成統(tǒng)一、準(zhǔn)確的理解，需要發(fā)展能夠支持快速威脅研判、事件溯源、行動(dòng)決策和遂行跨越多個(gè)作戰(zhàn)域（空、地、海、天、網(wǎng)）的作戰(zhàn)行動(dòng)的相關(guān)技術(shù)。

民用領(lǐng)域，美國(guó)緊密?chē)@地球環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)民用空間對(duì)地觀(guān)測(cè)體系、系統(tǒng)和技術(shù)。體系方面，2014《NASA戰(zhàn)略計(jì)劃》提出，建立以地球?yàn)檎w進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的空間對(duì)地觀(guān)測(cè)體系。系統(tǒng)與技術(shù)方面，根據(jù)2015《NASA技術(shù)路線(xiàn)圖》，將重點(diǎn)發(fā)展：①大視場(chǎng)、不同溫度下具有高度一致性、高光譜分辨率的先進(jìn)載荷系統(tǒng)；②先進(jìn)微波、毫米波和亞毫米波發(fā)射與接收系統(tǒng)；③大數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)；④大力發(fā)展新型探測(cè)器與焦平面技術(shù)，提高靈敏度、提高溫度承受能力相關(guān)技術(shù)；⑤激光探測(cè)、太赫茲探測(cè)、量子探測(cè)等新型技術(shù)。

緊密?chē)@應(yīng)用推進(jìn)系統(tǒng)與技術(shù)發(fā)展

隨著軍事目標(biāo)識(shí)別和確認(rèn)對(duì)空間分辨率的需求越來(lái)越高，對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星已進(jìn)入亞米級(jí)高分辨率時(shí)代。美國(guó)鎖眼-12（KH-12）光學(xué)成像偵察衛(wèi)星全色分辨率達(dá)到0.1m，世界觀(guān)測(cè)-3（WorldView-3）軍商兩用衛(wèi)星達(dá)到0.31m分辨率。美國(guó)“未來(lái)成像體系-雷達(dá)”（FIA-Radar）衛(wèi)星分辨率優(yōu)于0.3m。德國(guó)商業(yè)合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星——“X頻段陸地雷達(dá)”（TerraSAR-X）衛(wèi)星分辨率達(dá)到0.25m。同時(shí)，隨著對(duì)快速重訪(fǎng)能力的需求與日俱增，微小對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星星座快速發(fā)展，美國(guó)“天空衛(wèi)星”的圖像分辨率達(dá)0.9m，視頻分辨率達(dá)1.1m（30幀/秒）。截至2017年底，“天空衛(wèi)星”星座已經(jīng)部署13顆，可實(shí)現(xiàn)8h全球覆蓋更新。

除空間分辨率外，圖像定位精度也是一項(xiàng)重要指標(biāo)。美國(guó)數(shù)字地球公司的“地球眼”（GeoEye）衛(wèi)星和“世界觀(guān)測(cè)”衛(wèi)星圖像定位精度已達(dá)3.5m。對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星圖像定位精度接近航空攝影水平，助力對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星產(chǎn)品無(wú)縫融入全球?qū)Φ赜^(guān)測(cè)體系，更加深入服務(wù)于應(yīng)用。

此外，國(guó)外對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星開(kāi)始從單純追求系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)向關(guān)注應(yīng)用能力指標(biāo)發(fā)展。例如，美國(guó)“地球眼”和“世界觀(guān)測(cè)”衛(wèi)星在“單次過(guò)頂非連續(xù)目標(biāo)成像數(shù)量”、“單次過(guò)頂區(qū)域成像面積”、“單次過(guò)頂條帶成像長(zhǎng)度”、“單次過(guò)頂立體成像面積”等指標(biāo)上，處于國(guó)際先進(jìn)水平。在面向作戰(zhàn)應(yīng)用方面，為了使前線(xiàn)作戰(zhàn)部隊(duì)方便衛(wèi)星的操控，美國(guó)重視戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星的操控靈活性，美國(guó)2017年8月發(fā)射鷹眼-2M（KE-2M）衛(wèi)星，系統(tǒng)由陸軍運(yùn)管，士兵可通過(guò)平板電腦終端操控衛(wèi)星，可對(duì)多點(diǎn)目標(biāo)敏捷成像。

從偵察向監(jiān)視轉(zhuǎn)型的應(yīng)用需求使新概念、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在高軌高分辨率成像衛(wèi)星技術(shù)方面，美國(guó)提出剛性結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)和“無(wú)”結(jié)構(gòu)高軌高分成像系統(tǒng)。剛性結(jié)構(gòu)是指?jìng)鹘y(tǒng)的單體反射鏡成像系統(tǒng)；柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)包括分塊可展開(kāi)反射成像系統(tǒng)和在軌可展開(kāi)的薄膜衍射成像系統(tǒng)等；“無(wú)”結(jié)構(gòu)的成像系統(tǒng)是由2顆或多顆衛(wèi)星編隊(duì)，采用光學(xué)合成孔徑技術(shù)或薄膜衍射技術(shù)等。

在低軌微小高分辨率成像衛(wèi)星技術(shù)方面，2017年8月，洛馬公司公布“微透鏡陣列干涉成像技術(shù)”初步研究成果，該技術(shù)能夠大幅壓縮成像系統(tǒng)體積和質(zhì)量，并且載荷能夠靈活布局，0.5m口徑可實(shí)現(xiàn)0.3m分辨率。

受應(yīng)用成本限制形成差異化發(fā)展模式

政府支持的傳統(tǒng)項(xiàng)目，例如美國(guó)國(guó)家偵察局的鎖眼-12成像偵察衛(wèi)星、NOAA的“地球靜止軌道環(huán)境衛(wèi)星”（GOES）系列靜止軌道氣象衛(wèi)星和“聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)”(JPSS)極軌氣象衛(wèi)星、軍商兩用的“地球眼”和“世界觀(guān)測(cè)”甚高分辨率光學(xué)成像衛(wèi)星均聚焦高精尖能力和技術(shù)，單顆衛(wèi)星綜合能力強(qiáng)大。同時(shí)，圍繞應(yīng)用能力補(bǔ)充和構(gòu)建彈性需求，政府也大量采購(gòu)商用衛(wèi)星和利用盟國(guó)衛(wèi)星。

新興企業(yè)發(fā)展的衛(wèi)星項(xiàng)目，直接面向大眾應(yīng)用需求，采用最簡(jiǎn)化、最快捷的發(fā)展模式。例如“天空衛(wèi)星”簡(jiǎn)化星上成像系統(tǒng)，通過(guò)地面處理彌補(bǔ)能力，其配置的望遠(yuǎn)鏡實(shí)際只能實(shí)現(xiàn)1.3m分辨率，但通過(guò)地面處理，可以實(shí)現(xiàn)0.9m分辨率。“鴿群”衛(wèi)星簡(jiǎn)化姿控系統(tǒng)，依靠星座部署補(bǔ)充覆蓋能力。制造模式也正在探索改變，嘗試?yán)妙?lèi)似于汽車(chē)、航空行業(yè)的“生產(chǎn)線(xiàn)”制造小衛(wèi)星。美國(guó)雷神公司（Raytheon）在美國(guó)亞利桑那州圖森嘗試使用機(jī)器人進(jìn)行衛(wèi)星組裝，以提高可靠性和效率。未來(lái)將建立包括組裝線(xiàn)和測(cè)試線(xiàn)一體的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)?？傮w來(lái)說(shuō)，新興對(duì)地觀(guān)測(cè)企業(yè)發(fā)展的衛(wèi)星大量采用商業(yè)現(xiàn)貨，縮短研制周期，降低研制成本，發(fā)展創(chuàng)新型的應(yīng)用和服務(wù)。

4 應(yīng)用發(fā)展

空間對(duì)地觀(guān)測(cè)的應(yīng)用將日益“精致”，涵蓋傳統(tǒng)的國(guó)防與行業(yè)應(yīng)用、新型的精細(xì)化應(yīng)用、多元融合的綜合應(yīng)用等多種服務(wù)形式。

傳統(tǒng)應(yīng)用

在國(guó)防應(yīng)用領(lǐng)域，成像偵察衛(wèi)星能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、進(jìn)行目標(biāo)辨識(shí)和作戰(zhàn)行動(dòng)后的打擊效果評(píng)估。在民用領(lǐng)域，對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、資源勘探業(yè)和城市土地利用等方面，已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。

精細(xì)化應(yīng)用

在陸地、海洋和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，對(duì)地觀(guān)測(cè)應(yīng)用均向精細(xì)化應(yīng)用方向發(fā)展。

陸地觀(guān)測(cè)方面，利用對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星進(jìn)行城市變化監(jiān)測(cè)已經(jīng)得到成熟應(yīng)用，例如城市擴(kuò)展、土地利用和土地覆蓋變化等。在精細(xì)農(nóng)業(yè)方面，目前的多光譜衛(wèi)星能夠識(shí)別植物種類(lèi)，同時(shí)依據(jù)圖像面積進(jìn)行估產(chǎn)。

海洋監(jiān)視應(yīng)用領(lǐng)域，針對(duì)非合作目標(biāo)，德國(guó)“X頻段陸地合成孔徑雷達(dá)”衛(wèi)星利用3m分辨率/30km×100km條帶模式，對(duì)于長(zhǎng)度大于60m的船只的檢測(cè)率達(dá)到93%。針對(duì)合作目標(biāo)，美國(guó)斯派爾公司利用“狐猴”商業(yè)氣象衛(wèi)星搭載“自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)”載荷進(jìn)行全球船只跟蹤。

環(huán)境監(jiān)測(cè)精細(xì)化應(yīng)用方面，目前環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)已廣泛嵌入到成熟的地理信息產(chǎn)品和應(yīng)用中。目前，NASA的“下午-列車(chē)”（A-train）編隊(duì)飛行星座有衛(wèi)星6顆，包括“軌道碳觀(guān)測(cè)”（OCO-2）衛(wèi)星，地球水環(huán)境變化監(jiān)測(cè)衛(wèi)星-1 [GCOM-W1，又稱(chēng)“水珠”（SHIZUKU）]，“水”（Aqua）衛(wèi)星，“云、氣溶膠激光雷達(dá)和紅外開(kāi)拓者衛(wèi)星”（CALIPSO），“云衛(wèi)星”（Cloudsat），以及“氣”（Aura）衛(wèi)星?！跋挛?列車(chē)”編隊(duì)飛行星座的可見(jiàn)光、紅外、多光譜和微波觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)可以整合入“谷歌地球”（Google earth），提供直觀(guān)的分析產(chǎn)品。

多元融合應(yīng)用

同時(shí)，對(duì)地觀(guān)測(cè)多源數(shù)據(jù)融合綜合應(yīng)用已成為重要發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)在已具備3D地理信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃局（IARPA）于2016年開(kāi)展“作戰(zhàn)真實(shí)3D環(huán)境創(chuàng)建”（CORD3D）項(xiàng)目，基于衛(wèi)星光學(xué)、雷達(dá)數(shù)據(jù)，利用光譜、紋理和尺寸信息以自動(dòng)方式快速構(gòu)建3D模型，支持自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、標(biāo)注和信息更新（含軍事目標(biāo)和民用設(shè)施）。例如該項(xiàng)目研究成果可以自動(dòng)識(shí)別機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、學(xué)校，在指揮決策、軍事人員熟悉作戰(zhàn)環(huán)境、避免戰(zhàn)爭(zhēng)誤傷平民等方面有重要作用。

對(duì)地觀(guān)測(cè)多源數(shù)據(jù)和人工智能的融合應(yīng)用正在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)從提供對(duì)地觀(guān)測(cè)圖像數(shù)據(jù)向提供信息產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，未來(lái)，部分終端用戶(hù)不再需要自己處理和分析圖像。

目前，數(shù)字地球公司開(kāi)發(fā)了“大眾排序”（CrowdRank）算法，該算法基于圖像分析師對(duì)目標(biāo)特征分析的過(guò)程進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，建立先驗(yàn)知識(shí)，從而自動(dòng)化識(shí)別圖像中的目標(biāo)特征，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析。該人工智能算法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害過(guò)后建筑物損壞情況自動(dòng)評(píng)估能力。

美國(guó)笛卡爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了名為“地理可視化檢索”的搜索引擎，能夠處理衛(wèi)星圖像和航空?qǐng)D像，幫助用戶(hù)識(shí)別全球范圍內(nèi)相似的圖像。例如，點(diǎn)擊樣例圖像中的某個(gè)部分，例如沙灘，全球沙灘即可展現(xiàn)出來(lái)，可統(tǒng)計(jì)數(shù)量、位置等信息，還可以搜索油庫(kù)、機(jī)場(chǎng)等，在軍民領(lǐng)域應(yīng)用前景不可估量。

隨著軍用和軍商兩用成像偵察衛(wèi)星的快速發(fā)展，以及衛(wèi)星拍攝效率的大幅度提高，偵察衛(wèi)星圖像人工判讀的方式已經(jīng)逐步顯露出效率較低的問(wèn)題。美國(guó)五角大樓已把機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能確定為武器與信息系統(tǒng)軍事現(xiàn)代化戰(zhàn)略的核心要素。在偵察衛(wèi)星領(lǐng)域，美軍重視利用人工智能技術(shù)促進(jìn)偵察衛(wèi)星圖像判讀，提升發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的效率。美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)局官員呼吁商業(yè)公司和學(xué)術(shù)界研制機(jī)器學(xué)習(xí)工具來(lái)進(jìn)行自動(dòng)重復(fù)耗時(shí)的圖像分析任務(wù)，這樣就可以解放技術(shù)嫻熟的分析專(zhuān)家，把更多的時(shí)間花在計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的難題上。美國(guó)國(guó)家地理空間情報(bào)局局長(zhǎng)羅伯特·卡迪略最近表示，他希望75%的重復(fù)任務(wù)分析可以自動(dòng)完成，25%的其他任務(wù)需要專(zhuān)業(yè)人員重點(diǎn)關(guān)注，深度學(xué)習(xí)可以幫助實(shí)現(xiàn)。

目前，人工智能在成像偵察衛(wèi)星圖像自動(dòng)判讀方面已經(jīng)取得一定進(jìn)展。密蘇里大學(xué)地理空間情報(bào)研究中心利用深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)幫助研究分析人員在中國(guó)東南部地區(qū)大范圍搜索地對(duì)空導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)。結(jié)果顯示，電腦平均在42min完成約90000km2區(qū)域的搜索，這是傳統(tǒng)的人類(lèi)視覺(jué)搜索效率的80多倍。對(duì)于定位導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)的準(zhǔn)確性而言，電腦可達(dá)到與人工視覺(jué)搜索相同的整體統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確度，即90%。從歷史發(fā)展來(lái)看，應(yīng)用于大型衛(wèi)星數(shù)據(jù)集的機(jī)器學(xué)習(xí)算法曾表現(xiàn)不佳，但最近幾年實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破。研究人員將訓(xùn)練數(shù)據(jù)集應(yīng)用于搜索軍事目標(biāo)，通常包括雷達(dá)站點(diǎn)、天線(xiàn)、衛(wèi)星天線(xiàn)、發(fā)射臺(tái)、坦克編隊(duì)等，該研究的最終目標(biāo)是快速識(shí)別近百個(gè)不同類(lèi)型的目標(biāo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

空間對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)與應(yīng)用的發(fā)展正處在人類(lèi)社會(huì)從信息時(shí)代到智能時(shí)代轉(zhuǎn)變的歷史大潮中。系統(tǒng)層面，傳統(tǒng)過(guò)頂偵察系統(tǒng)正在向區(qū)域持續(xù)偵察監(jiān)視系統(tǒng)轉(zhuǎn)變；對(duì)地觀(guān)測(cè)應(yīng)用方面，正在從傳統(tǒng)應(yīng)用向精細(xì)化應(yīng)用和多源數(shù)據(jù)融合應(yīng)用轉(zhuǎn)變；應(yīng)用技術(shù)方面，正在經(jīng)歷從信息技術(shù)到數(shù)據(jù)技術(shù)的轉(zhuǎn)變，提供的服務(wù)從圖像數(shù)據(jù)到產(chǎn)品過(guò)渡。空間大數(shù)據(jù)和人工智能正在深刻改變著空間對(duì)地觀(guān)測(cè)應(yīng)用。