商業(yè)遙感衛(wèi)星的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

賈曉陽 韓瑩瑩

摘 ?要：近年來，商業(yè)遙感衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了快速突破，高分遙感衛(wèi)星的發(fā)射和激光雷達(dá)技術(shù)的成熟進(jìn)一步豐富了遙感數(shù)據(jù)的來源。由于深入挖掘遙感數(shù)據(jù)的能力不足，在應(yīng)用領(lǐng)域上限制了商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展。隨著國家政策的鼓勵和支持，一大批創(chuàng)新型企業(yè)開展商業(yè)遙感衛(wèi)星研發(fā)和數(shù)據(jù)應(yīng)用，推進(jìn)了遙感數(shù)據(jù)向市場化方向發(fā)展。該文對商業(yè)遙感衛(wèi)星在不同的領(lǐng)域應(yīng)用的數(shù)據(jù)特點(diǎn)及應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在此之上對商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探究，為商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展和遙感信息服務(wù)的開拓提供了思考，從而讓遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用惠及更多領(lǐng)域，推動我國商業(yè)遙感產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：商業(yè)遙感衛(wèi)星 ?遙感數(shù)據(jù) ?應(yīng)用領(lǐng)域 ?發(fā)展趨勢

中圖分類號：V19;TP79 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（c）-0011-02

進(jìn)入21世紀(jì)以來，商業(yè)航天的發(fā)展步入了快車道，逐漸成為太空經(jīng)濟(jì)的新增長點(diǎn)，各國都在搶占商業(yè)航天的市場份額，來分享太空經(jīng)濟(jì)的“蛋糕”。據(jù)美國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)協(xié)會2019年會議上公布的數(shù)據(jù)，2018年發(fā)射衛(wèi)星總數(shù)超過300顆，在軌衛(wèi)星達(dá)到2100顆，全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入達(dá)到2774億美元，其中衛(wèi)星服務(wù)占45.6%，由此可見商業(yè)衛(wèi)星市場潛力巨大。為了讓商業(yè)航天更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和百姓的生活，我國在2015年提出了《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施長期發(fā)展規(guī)劃》鼓勵民間資本投入到國家基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，為商業(yè)遙感衛(wèi)星快速發(fā)展和走向國際市場帶來了契機(jī)。面對多種商業(yè)用戶對遙感技術(shù)多元化的需求，商業(yè)遙感衛(wèi)星的時間分辨率、空間分辨率、光譜分辨率、重訪周期等技術(shù)指標(biāo)在不同的商業(yè)用戶之間要求有所區(qū)別。目前，商業(yè)遙感衛(wèi)星在現(xiàn)代通信、軍事國防、資源勘探、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域都承擔(dān)著重要的角色，該文主要對不同領(lǐng)域應(yīng)用數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)概括。

1 ?商業(yè)遙感衛(wèi)星的應(yīng)用

1.1 軍事國防

軍事國防領(lǐng)域關(guān)注衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高時間分辨率、高空間分辨率和高定位精度，同時還要注重信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄?。隨著商業(yè)遙感衛(wèi)星的不斷發(fā)射，可以組成近地軌道的衛(wèi)星星座，提供更大的覆蓋范圍，縮短反應(yīng)時間，迅速獲得高分辨率的影像。通過與軍用衛(wèi)星協(xié)同觀測，可以實時掌握敵方兵力及裝備等情況。在戰(zhàn)爭時期，利用商業(yè)衛(wèi)星來監(jiān)測敵方兵力的戰(zhàn)略部署，重點(diǎn)區(qū)域用更高分辨率的軍用衛(wèi)星來重點(diǎn)監(jiān)測，可以緩解軍用衛(wèi)星的壓力，及時掌握戰(zhàn)場上的局勢，對戰(zhàn)術(shù)上的決策起著輔助性的作用。

1.2 自然資源管理

自然資源管理的遙感數(shù)據(jù)一般具有中低分辨率，覆蓋范圍寬，重訪周期短的特點(diǎn)。在自然資源管理方面取得顯著成就的領(lǐng)域有農(nóng)業(yè)和林業(yè)。農(nóng)業(yè)一直是我國國民經(jīng)濟(jì)的命脈，在農(nóng)業(yè)上運(yùn)用遙感技術(shù)，可以預(yù)防農(nóng)業(yè)災(zāi)害的發(fā)生，還可以預(yù)測農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少了傳統(tǒng)估產(chǎn)工作的任務(wù)量增加了準(zhǔn)確性。根據(jù)獲取遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測農(nóng)作物生長，定量施肥，實現(xiàn)了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)了我國向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，向智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展。我國的林業(yè)資源分布的區(qū)域廣闊，應(yīng)用遙感技術(shù)可以在短時間內(nèi)掌握林業(yè)資源的調(diào)查和監(jiān)測，為數(shù)字林業(yè)的推廣提供了靈活快捷的方式。由于無人機(jī)具有小型化和輕量化的特點(diǎn)，將無人機(jī)與遙感技術(shù)結(jié)合起來會豐富林業(yè)資源信息的來源，為林業(yè)的調(diào)查和執(zhí)法提供更有效的數(shù)據(jù)。

1.3 自然災(zāi)害的應(yīng)急管理

自然災(zāi)害的應(yīng)急管理主要關(guān)注衛(wèi)星數(shù)據(jù)快速連續(xù)獲取，圖像數(shù)據(jù)的分析和整合。在自然災(zāi)害發(fā)生之前，做好風(fēng)險監(jiān)測，及時播報預(yù)警信息，最大限度地減輕災(zāi)害的損失，保障國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。在發(fā)生自然災(zāi)害時，針對災(zāi)情發(fā)生的范圍、路況受損情況開展監(jiān)測，提供及時準(zhǔn)確的空間信息服務(wù)，根據(jù)提供的信息幫助救援人員制訂營救的方案?；謴?fù)重建時，利用遙感技術(shù)為災(zāi)后重建工作提供科學(xué)的依據(jù)及決策咨詢，通過觀測手段對各項恢復(fù)重建工作的實施情況進(jìn)行監(jiān)測，事關(guān)災(zāi)區(qū)人民的根本利益及災(zāi)區(qū)的持續(xù)發(fā)展。

1.4 基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中對遙感數(shù)據(jù)的需求是分辨率高、定位精度高、時效性低?；A(chǔ)設(shè)施涵蓋了城市的交通、建筑、郵電、通信、防衛(wèi)防災(zāi)安全設(shè)施及相關(guān)項目。各國都把城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)擺在首要的位置，對城市地理信息、城市各要素的發(fā)展趨勢的需要愈加強(qiáng)烈，決策人員需要依據(jù)遙感數(shù)據(jù)做出滿足未來城市發(fā)展的規(guī)劃。通過高分辨率衛(wèi)星提供的遙感數(shù)據(jù)獲得地表形狀和物體的光譜信息，運(yùn)用相應(yīng)的檢測手段來獲取城市地表覆蓋具體信息并對信息進(jìn)行及時的更新，將有效推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

1.5 環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的遙感數(shù)據(jù)具有高時間分辨率、高光譜分辨率、長時序的特點(diǎn)。我國出現(xiàn)了城市高速發(fā)展過程中的環(huán)境問題，利用遙感數(shù)據(jù)開展城市熱島、大氣、霧霾等環(huán)境問題的研究，將會加快生態(tài)文明建設(shè)的步伐，在建設(shè)美麗中國中發(fā)揮重要作用。例如，在大氣監(jiān)測過程中，通過遙感數(shù)據(jù)獲知污染源的分布、污染的程度、污染影像的范圍等。隨著高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射，在監(jiān)測全球臭氧變化、城市的霧霾、工業(yè)礦區(qū)的有害氣體等方面的監(jiān)測一定會越來越多，城市的環(huán)境將朝著更加科學(xué)、綠色、健康的方向發(fā)展。

2 ?商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展趨勢

2.1 星座化

單一的商業(yè)遙感衛(wèi)星，覆蓋范圍有限，獲取得數(shù)據(jù)量少，只有建設(shè)高密度的衛(wèi)星群，才能占領(lǐng)商業(yè)航天市場的藍(lán)海。實現(xiàn)星座化建設(shè)，需要將衛(wèi)星遙感與低空遙感技術(shù)進(jìn)行充分布局，利用低空遙感技術(shù)低成本、高機(jī)動性的特點(diǎn)與衛(wèi)星協(xié)同觀測，彌補(bǔ)遙感衛(wèi)星在空間觀測上的不足，以掌握更為豐富的觀測數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的單星、雙星早已不是商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展的主流，國內(nèi)各大商業(yè)遙感公司都瞄準(zhǔn)星座化的建設(shè)。我國商業(yè)遙感衛(wèi)星星座計劃——“吉林一號”即將完成第一階段的建設(shè)，2019年11月14日發(fā)射長光衛(wèi)星高分02A星，將于此前發(fā)射的13顆“吉林一號”衛(wèi)星組網(wǎng)，對同一區(qū)域的重訪能力每天可達(dá)6次，為多種行業(yè)用戶提供了更加豐富的遙感數(shù)據(jù)及服務(wù)。預(yù)計在2030年實現(xiàn)138顆衛(wèi)星在軌組網(wǎng)，可在全球任意地點(diǎn)10min以內(nèi)的重訪能力。

2.2 高分化

20世紀(jì)末期，各行各業(yè)對使用遙感衛(wèi)星獲取高質(zhì)量的數(shù)據(jù)的需求與日俱增，美國的航天部門極具商業(yè)眼光，開始發(fā)射多顆商業(yè)遙感衛(wèi)星，占有較大的市場份額并開辟了國際市場。我國雖然起步晚，但在國家的支持和引導(dǎo)下，興起了成立各類商業(yè)遙感公司的熱潮，在商用遙感衛(wèi)星市場與國外公司一爭高低，通過良性競爭讓用戶獲得清晰的遙感數(shù)據(jù)。如今國內(nèi)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)都開始大幅下降而且對0.5m分辨率的圖像減少了供貨時間。美國數(shù)字地球公司發(fā)射的商業(yè)遙感衛(wèi)星的分辨率最高達(dá)到0.3m，美國天盒成像公司的分辨率達(dá)到0.7m。我國自主研制的高景一號分辨率達(dá)到0.5m，分辨率基本上能夠達(dá)到美國公司的水平。發(fā)展高分辨率的商業(yè)遙感衛(wèi)星既能縮小與發(fā)達(dá)國家的差距又能在市場中具備長久的競爭能力。

2.3 市場化

隨著衛(wèi)星平臺、衛(wèi)星載荷和衛(wèi)星組裝技術(shù)的發(fā)展成熟，遙感技術(shù)在基礎(chǔ)測繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，在考古、野生物保護(hù)、交通、電力、鐵路、通信等領(lǐng)域也初試鋒芒。早期的遙感衛(wèi)星不注重挖掘數(shù)據(jù)的商業(yè)價值，現(xiàn)在各大公司主動提供個性化服務(wù)深入挖掘數(shù)據(jù)背后的商業(yè)價值來占領(lǐng)市場。商業(yè)遙感衛(wèi)星的應(yīng)用市場以用戶在分辨率、時效性、定位精度等需求為導(dǎo)向，針對行業(yè)開展定制化的算法，實現(xiàn)大容量復(fù)雜數(shù)據(jù)的挖掘來提升數(shù)據(jù)的價值。例如，美國的數(shù)字地球公司結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法，把澳大利亞的1300多萬建筑提取出來，最終形成了3D立體影像圖。如果按照傳統(tǒng)的方式利用人力完成這一目標(biāo)將至少花費(fèi)3年，這大大縮短了數(shù)據(jù)和信息更新的時間，預(yù)先進(jìn)行分析研判，提供城市規(guī)劃和建設(shè)的建議。

2.4 數(shù)據(jù)共享化

國內(nèi)已在氣象、海洋、資源、環(huán)境、通信等領(lǐng)域形成了對地遙感觀測衛(wèi)星星座，每個衛(wèi)星星座都獲取了海量的數(shù)據(jù)，單一的衛(wèi)星星座的遙感數(shù)據(jù)難以滿足用戶的多種需求，這也造成了各類綜合信息處理系統(tǒng)和地面站資源的浪費(fèi)?？紤]建設(shè)一個開放、匯聚、協(xié)同的數(shù)據(jù)共享平臺可以接收多星多源多樣的遙感數(shù)據(jù)，通過平臺實時顯示各遙感衛(wèi)星的運(yùn)行情況，及時接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息共享和資源互通。打破遙感數(shù)據(jù)分散在多種領(lǐng)域的現(xiàn)狀，運(yùn)用大數(shù)據(jù)處理、人工智能的方式對平臺獲取的數(shù)據(jù)分析處理，以實現(xiàn)更廣范圍的應(yīng)用。平臺具有強(qiáng)大的資源整合能力，擁有更高的效率，遙感數(shù)據(jù)的收集更加快速、成本大大降低，實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨學(xué)科分享數(shù)據(jù)，讓遙感技術(shù)得到深度應(yīng)用。

3 ?結(jié)語

我國商業(yè)遙感衛(wèi)星起步較晚，產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，與國際先進(jìn)國家相比還處在初始階段。商業(yè)遙感衛(wèi)星的發(fā)展既要立足于我國的國情，又要瞄準(zhǔn)國際商業(yè)航天的市場，尋找兩者的結(jié)合點(diǎn)。一方面是政府加強(qiáng)頂層設(shè)計，建設(shè)健全商業(yè)遙感的政策法規(guī)，加強(qiáng)遙感數(shù)據(jù)信息的整合，挖掘潛在的客戶，占領(lǐng)航天市場的藍(lán)海。另一方面注重技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)具有高分辨率、廣覆蓋力、高密度、深應(yīng)用的商業(yè)遙感衛(wèi)星來占據(jù)市場的高端領(lǐng)域。攻關(guān)新技術(shù)的難題，使用新型材料和新加工工藝有效地降低成本，實現(xiàn)商業(yè)遙感衛(wèi)星高穩(wěn)定性、輕小型、成本低。加強(qiáng)技術(shù)的融合實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享化，深度開發(fā)數(shù)據(jù)資源的應(yīng)用，打破數(shù)據(jù)壁壘，在多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。針對用戶的需求，提供產(chǎn)品和服務(wù)，培育新的遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用市場，引導(dǎo)遙感數(shù)據(jù)市場向社會公眾的領(lǐng)域拓展，探索我國商業(yè)遙感衛(wèi)星發(fā)展的新模式，助力商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)走向開放、合作、多元的新征程。

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