關于生態(tài)環(huán)境領域衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化問題的探討

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境問題越來越受到人們的關注，環(huán)境監(jiān)測的任務越來越重，要求越來越高。在監(jiān)測尺度上，我們不僅要關注局域尺度的環(huán)境變化和生態(tài)變化，還要關注全球尺度的氣候變化;在監(jiān)測內(nèi)容上，監(jiān)測的要素也越來越多。經(jīng)過三四十年的發(fā)展，我國已建立了龐大的地面監(jiān)測系統(tǒng)，擁有五六萬人的地面監(jiān)測隊伍，具有國際先進的地面環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡。我國的地面監(jiān)測特別是自動化監(jiān)測發(fā)展速度飛快，已實現(xiàn)了以分鐘為間隔的監(jiān)測。然而，隨著環(huán)境監(jiān)測任務的加重，環(huán)境監(jiān)測要素的增加，僅靠地面監(jiān)測已經(jīng)遠遠不夠，需要利用衛(wèi)星遙感技術把地面的點上監(jiān)測、定時的靜態(tài)監(jiān)測、局地的離散監(jiān)測，發(fā)展到空間的面上監(jiān)測、隨時的動態(tài)監(jiān)測，全域的連續(xù)監(jiān)測乃至全球的監(jiān)測。根據(jù)我國環(huán)境保護工作的需要，利用遙感技術開展環(huán)境監(jiān)測，可以說是我國的必由之路和戰(zhàn)略選擇。

一、我國環(huán)境衛(wèi)星體系建設

經(jīng)過近20年的發(fā)展，我國環(huán)境衛(wèi)星體系已初步形成。

環(huán)境衛(wèi)星星座系列中，我國已發(fā)射了環(huán)境一號衛(wèi)星，包括2顆光學衛(wèi)星和1顆雷達衛(wèi)星;在空間基礎設施規(guī)劃中，環(huán)境二號衛(wèi)星還將發(fā)射4顆光學衛(wèi)星和4顆雷達衛(wèi)星。環(huán)境二號發(fā)射后，這個系列衛(wèi)星會擁有非常強大的組網(wǎng)能力。

大氣環(huán)境衛(wèi)星系列中，最具代表的是高分五號衛(wèi)星，它是7顆民用高分系列衛(wèi)星中唯一一顆專門針對環(huán)境研發(fā)的，是我國目前擁有的可同時進行大氣環(huán)境和地表觀測的綜合衛(wèi)星，也是光譜分辨率最高的衛(wèi)星，標志著我國定量的環(huán)境遙感監(jiān)測邁上了一個新臺階。作為高分五號的后續(xù)衛(wèi)星，我國還將發(fā)射一系列大氣環(huán)境衛(wèi)星，包括高光譜觀測衛(wèi)星、大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星和高精度的溫室氣體衛(wèi)星。這些衛(wèi)星目前都處于在研階段，有的已經(jīng)出廠，按照國家空間基礎設施規(guī)劃會陸續(xù)發(fā)射。這些衛(wèi)星發(fā)射后，我國在大氣環(huán)境監(jiān)測方面將接近國際先進水平，為大氣環(huán)境監(jiān)測提供全面的衛(wèi)星支撐。

同時，作為衛(wèi)星系統(tǒng)的建設，我國也建立了一系列地面應用系統(tǒng)。包括環(huán)境一號衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)、高分衛(wèi)星系列地面應用系統(tǒng)，以及專門針對環(huán)境監(jiān)督執(zhí)法建立的一系列平臺。另外，還構建了環(huán)境無人機的遙感平臺，并在實際工作中發(fā)揮了很大的作用。例如，在中央環(huán)境督查中，往往會利用無人機對排污口進行監(jiān)察。

總體來講，我國已初步構建了國家環(huán)境衛(wèi)星體系，在其支撐下，也初步形成了國家環(huán)境遙感監(jiān)測業(yè)務體系。主要包括四個方面：一是水環(huán)境遙感監(jiān)測，二是大氣環(huán)境遙感監(jiān)測，三是生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測，四是專門針對執(zhí)法督查的遙感監(jiān)測。經(jīng)過多年發(fā)展，這四個業(yè)務體系已形成多種業(yè)務化產(chǎn)品，我國環(huán)境遙感監(jiān)測進入業(yè)務化運行階段。

二、我國環(huán)境衛(wèi)星的應用進展

2008年發(fā)射的HJ-1衛(wèi)星由2顆光學衛(wèi)星和1顆雷達衛(wèi)星組成，具有中高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率、寬觀測帶寬，是集可見光、紅外與微波遙感綜合觀測手段為一體的先進衛(wèi)星系統(tǒng)，具有里程碑意義，標志著我國環(huán)境監(jiān)測進入天地一體化新時代。

2018年發(fā)射的高分五號衛(wèi)星，是專門針對污染氣體、溫室氣體的高光譜類型衛(wèi)星。衛(wèi)星首次搭載了大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、大氣主要溫室氣體監(jiān)測儀、大氣多角度偏振探測儀、大氣環(huán)境紅外甚高光譜分辨率探測儀、可見短波紅外高光譜相機、全譜段光譜成像儀共6臺載荷，可對大氣氣溶膠、二氧化氮、二氧化硫、細顆粒物、二氧化碳、甲烷等大氣環(huán)境參數(shù)，水體葉綠素、懸浮物、溶解性有機物等水環(huán)境參數(shù)，以及陸地植被、地表溫度、土壤水分等生態(tài)環(huán)境要素進行監(jiān)測，為環(huán)境定量化發(fā)展提供了有力手段。在此之前，這些數(shù)據(jù)主要來自國外衛(wèi)星，高分五號衛(wèi)星的發(fā)射，使我國獨立自主監(jiān)測污染氣體成為可能。目前，該衛(wèi)星在軌測試已經(jīng)完成，將逐步進入業(yè)務化應用。

目前，16米光學衛(wèi)星也已被列入發(fā)射計劃。與環(huán)境一號衛(wèi)星的性能相比，該衛(wèi)星有了全面提升。分辨率方面，環(huán)境一號為30米，該衛(wèi)星已經(jīng)達到16米;時間方面，由于是一箭雙星發(fā)射，能夠大幅提升重訪周期;幅寬方面，環(huán)境一號是740公里，環(huán)境二號已經(jīng)達到1000公里。

此外，還有多顆有待發(fā)射的環(huán)境衛(wèi)星，也會為環(huán)境監(jiān)測帶來多方面突破。例如，環(huán)境二號衛(wèi)星的兩顆5米合成孔徑雷達衛(wèi)星，能夠達到5米的空間分辨率;高光譜觀測衛(wèi)星可同高分五號衛(wèi)星協(xié)同應用，提升多方面指標;大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星首次載荷大口徑星載激光，能夠大大提高衛(wèi)星的主動探測能力。

另外，還將根據(jù)溫室氣體專門發(fā)射一個衛(wèi)星，主要針對二氧化碳、甲烷、臭氧等進行專門監(jiān)測。其中荷載的用于大氣探測的激光雷達，在主動探測、微波探測上，與大氣環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星可以形成協(xié)同能力，在主動探測上擁有更多的手段。2018年國務院機構改革后，生態(tài)環(huán)境部增加了大量新功能，亟須提高遙感衛(wèi)星能力，增強對新業(yè)務的支撐。

近20年來，圍繞生態(tài)環(huán)境保護的重點工作，我國一直致力于衛(wèi)星相關技術研發(fā)和攻關，取得了一系列進展。

目前，大氣環(huán)境衛(wèi)星已被應用于顆粒物、灰霾、秸稈焚燒、污染氣體、沙塵暴、溫室氣體、污染源、污染企業(yè)、減排成效、設施工況等的遙感監(jiān)測或識別;水環(huán)境衛(wèi)星在水華、富營養(yǎng)化、面源、飲用水源、黑臭水體等的遙感監(jiān)測上發(fā)揮了重要作用;生態(tài)環(huán)境衛(wèi)星在生態(tài)參數(shù)遙感監(jiān)測、生態(tài)系統(tǒng)自動分類、生態(tài)系統(tǒng)遙感評估、保護區(qū)遙感監(jiān)測、生態(tài)區(qū)遙感監(jiān)測上得到廣泛應用。

在生態(tài)環(huán)境保護支撐方面，衛(wèi)星遙感也發(fā)揮了重要作用，如，發(fā)現(xiàn)環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題，為落實中央領導批示和中央環(huán)保督察提供問題線索，為全國環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法提供問題線索和證據(jù)，為重大環(huán)境事件處置和重大專項行動提供支撐等?？偟膩碚f，衛(wèi)星遙感已覆蓋環(huán)境保護的主體業(yè)務，進入主戰(zhàn)場，成為我國環(huán)境管理決策不可或缺的關鍵支撐。

三、環(huán)境衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展思考

1.戰(zhàn)略需求

目前，我國對環(huán)境領域的衛(wèi)星應用高度重視。國務院《大氣污染防治行動計劃》，國務院《關于加強環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法的通知》，中共中央、國務院《關于加快推進生態(tài)文明建設的意見》，國務院《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡建設方案》等，都非常明確、具體地強調(diào)了環(huán)境衛(wèi)星的應用。包括國務院《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》，中共中央、國務院下發(fā)的《關于全面加強生態(tài)環(huán)境保護 堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》，國務院《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》等，都把衛(wèi)星應用作為戰(zhàn)略部署。

2.產(chǎn)業(yè)化的必要性

目前，我國的環(huán)境衛(wèi)星應用已進入良好的發(fā)展階段，挑戰(zhàn)與機遇并存。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我們也面臨著越來越多的生態(tài)問題，然而在我國龐大的環(huán)保系統(tǒng)中，僅有生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星應用中心一家做監(jiān)測。復雜的問題、廣大的面積、繁重的任務，僅靠少數(shù)國有事業(yè)單位，已無法適應新時期生態(tài)環(huán)境保護新形勢、新任務、新要求，需要依靠衛(wèi)星應用行業(yè)相關企業(yè)和組織，拓展衛(wèi)星應用的廣度、深度和力度。

衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化，也有利于引入市場機制、競爭機制，打破壟斷和壁壘，破解環(huán)境領域衛(wèi)星應用發(fā)展中的三大難題。一是數(shù)據(jù)資源難題，地方在數(shù)據(jù)獲取方面存在困難，國家的“三查”（巡查、普查、詳查）需要高覆蓋數(shù)據(jù)做支撐，但地方很難拿到這類數(shù)據(jù);二是技術平臺難題，平臺的搭建需要大量人力、物力和長時間技術攻關，對地方來講十分困難;三是人才隊伍難題，地方人才稀缺，做定量遙感困難重重。走產(chǎn)業(yè)化之路是解決上述問題的最佳選擇。

此外，產(chǎn)業(yè)化是衛(wèi)星應用標準化、規(guī)范化、系列化的前提，也是通過“政府買服務”獲得優(yōu)質(zhì)衛(wèi)星應用服務的必由之路。專業(yè)技術人員完成工作后，通過大數(shù)據(jù)云技術進行資源共享共用，地方政府只需購買產(chǎn)品即可。

3.產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向

1.針對低反射體環(huán)境目標監(jiān)測需要，提升環(huán)境衛(wèi)星高分辨率觀測能力，紫外+紅外+微波探測能力、高重訪與覆蓋能力。具體為三個方向：一是“三多”，發(fā)展多傳感器、多角度、多模式;二是“三高”，發(fā)展高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率;三是“三全”，全天候、全天時、全譜段。

2.加強環(huán)境遙感機理研究，強化天-空-地協(xié)同反演、多技術交叉融合，提升環(huán)境遙感反演模型的精度和普適性。主要有三個方向：一是集成化，3S技術、環(huán)境、地學、氣象等綜合應用;二是定量化，高分辨率遙感等提升定量化能力和水平;三是智能化，發(fā)展以深度學習為代表的大數(shù)據(jù)應用技術。

3.與環(huán)境管理決策深度融合，面向國家和各級環(huán)境保護部門、社會公眾，提供優(yōu)質(zhì)、高效、全覆蓋的衛(wèi)星應用服務。重點方向為：一是標準化，統(tǒng)一衛(wèi)星應用的技術、產(chǎn)品和服務標準;二是產(chǎn)品化，形成“水-氣-生-土-固-海”全系列應用產(chǎn)品;三是業(yè)務化，覆蓋生態(tài)環(huán)境管理業(yè)務的產(chǎn)品生產(chǎn)與服務。

4.未來展望

衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將帶來生態(tài)環(huán)境領域衛(wèi)星應用方式和服務模式的變革，推動“被動遙感監(jiān)測”向“主動遙感發(fā)現(xiàn)”的轉(zhuǎn)變，全面提升我國環(huán)境衛(wèi)星應用的能力和水平。衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也將進一步促進專業(yè)化分工，增強增值服務，形成環(huán)境領域的規(guī)模化、標準化、系列化、市場化的衛(wèi)星應用局面。

責任編輯：馬莉莎