淺談自然資源衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

梁 思，厲芳婷，謝寶發(fā)，張 霞

（1. 湖北省航測(cè)遙感院，湖北 武漢 430074；2. 湖北省測(cè)繪工程院，湖北 武漢 430074；3.中能智新科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100011）

近年來，通過建設(shè)部署，部省衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系初步建成，自然資源省級(jí)衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)中心（以下簡(jiǎn)稱省衛(wèi)星中心）已進(jìn)入密集建設(shè)期。省衛(wèi)星中心的主要工作已從如何建設(shè)起來轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾谓ㄔO(shè)好、發(fā)展好。隨著高分九號(hào)02星和各種商業(yè)衛(wèi)星的成功發(fā)射，“全民航天”時(shí)代已然到來，衛(wèi)星應(yīng)用進(jìn)入飛速發(fā)展期。如何抓住這一黃金建設(shè)期，建設(shè)好省衛(wèi)星中心，實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展、全面提升，亦是當(dāng)前必須深入思考和積極探索的問題。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 衛(wèi)星遙感的重要支撐作用

作為支撐自然資源管理事業(yè)的高科技手段，衛(wèi)星遙感技術(shù)圍繞“兩統(tǒng)一”職責(zé)，數(shù)據(jù)保障能力全面提升，遙感監(jiān)測(cè)服務(wù)更加有力，省級(jí)應(yīng)用成效持續(xù)放大，“千里眼”助力自然資源管理水平走向現(xiàn)代化、精細(xì)化[1]。

1）國(guó)產(chǎn)自然資源衛(wèi)星觀測(cè)應(yīng)用體系逐步完善。針對(duì)山水林田湖草等自然資源要素的不同特點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星觀測(cè)應(yīng)用體系逐步完善，構(gòu)建了種類齊全、功能互補(bǔ)、尺度完整的衛(wèi)星觀測(cè)體系，空間分辨率、光譜分辨率、時(shí)間分辨率得到跨越式提升。陸地遙感衛(wèi)星已經(jīng)具備全色、多光譜、高光譜、紅外、合成孔徑雷達(dá)、視頻和夜光等多種觀測(cè)能力，構(gòu)建了包括資源、高分、環(huán)境/實(shí)踐和小衛(wèi)星在內(nèi)的4個(gè)對(duì)地遙感觀測(cè)衛(wèi)星系 列[2]。在海洋衛(wèi)星方面，形成以海洋一號(hào)衛(wèi)星、海洋 二號(hào)衛(wèi)星和高分三號(hào)衛(wèi)星為代表的海洋水色、海洋動(dòng)力環(huán)境以及海洋監(jiān)視監(jiān)測(cè)系列衛(wèi)星。

2）衛(wèi)星遙感應(yīng)用服務(wù)拓展深化。目前，海量國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要應(yīng)用于第三次國(guó)土調(diào)查、常態(tài)化地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、土地礦山環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)、國(guó)土資源調(diào)查監(jiān)測(cè)、海洋資源管理、國(guó)土空間規(guī)劃、自然資源管理信息化以及智慧城市建設(shè)等自然資源主責(zé)主業(yè)，初步構(gòu)建了衛(wèi)星遙感應(yīng)用體系。在支撐自然資源主責(zé)主業(yè)的基礎(chǔ)上，衛(wèi)星遙感積極服務(wù)于“一帶一路”倡議、京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶等國(guó)家重大項(xiàng)目實(shí)施和生態(tài)文明建設(shè)，為國(guó)家和政府部門提供了科學(xué)的宏觀輔助決策信息。遙感技術(shù)與人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的結(jié)合，推動(dòng)衛(wèi)星遙感從專業(yè)應(yīng)用深化、拓展到典型行業(yè)應(yīng)用。近年來衛(wèi)星遙感的典型行業(yè)應(yīng)用如表1所示。

表1 衛(wèi)星遙感的典型行業(yè)應(yīng)用

1.2 31個(gè)省衛(wèi)星中心建設(shè)情況

作為衛(wèi)星遙感應(yīng)用承上啟下的關(guān)鍵一環(huán)，省衛(wèi)星中心建設(shè)如火如荼。自2018年3月首批省衛(wèi)星中心（湖南省、湖北省、浙江?。┇@自然資源部批復(fù)建設(shè)以來，截至目前已有包括11個(gè)沿海省在內(nèi)的31個(gè)省建立了自然資源省衛(wèi)星中心，為部省協(xié)同、統(tǒng)籌推動(dòng)構(gòu)建資源共享、務(wù)實(shí)管用的自然資源衛(wèi)星技術(shù)體系，不斷提升衛(wèi)星遙感技術(shù)和服務(wù)應(yīng)用水平奠定了基礎(chǔ)。隨著部省兩級(jí)衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系的逐步貫通，省衛(wèi)星中心正成為釋放國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星應(yīng)用效能的放大器。

省衛(wèi)星中心已進(jìn)入密集建設(shè)期，在影像整合、應(yīng)用服務(wù)、應(yīng)用研發(fā)等能力建設(shè)方面取得了一定的成果。湖南、江蘇等省衛(wèi)星中心在探索建立貫通部、省、市、縣（鄉(xiāng)）的衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系上走在了前列，目前湖南省已完成全省十幾個(gè)地州市級(jí)節(jié)點(diǎn)的開通工作；江蘇省已與多個(gè)市縣自然資源主管部門簽訂了衛(wèi)星應(yīng)用節(jié)點(diǎn)戰(zhàn)略合作協(xié)議[9]。在產(chǎn)品生產(chǎn)方面，廣東省衛(wèi)星中心開發(fā)了多源遙感影像處理系統(tǒng)（MIP），每日處理衛(wèi)星影像產(chǎn)品不低于50景，1 d可快速處理近10 000 km2的衛(wèi)星影像（m級(jí)），并初步形成基于人工智能和深度學(xué)習(xí)的衛(wèi)星遙感識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)了影像智能解譯和變化檢測(cè)[10]。河北、湖北等省衛(wèi)星中心充分發(fā)揮“邊建設(shè)、邊應(yīng)用、邊見效”的建設(shè)特色，在自然資源主體業(yè)務(wù)應(yīng)用中起到了重要的支撐作用，河北省在“雄安新區(qū)土地利用多要素遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)研究”、“2018年河北省海洋環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)”、“河北省山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程遙感監(jiān)測(cè)”等多個(gè)重大項(xiàng)目中累計(jì)遙感監(jiān)測(cè)面積達(dá)200余km2；湖北省在對(duì)接“智慧國(guó)土·國(guó)土資源云”的基礎(chǔ)上，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)制作了長(zhǎng)江中游流域（湖北）影像地圖，為長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和長(zhǎng)江中游城市群戰(zhàn)略實(shí)施提供了國(guó)土空間規(guī)劃布局依據(jù)[11]。

2 當(dāng)前省衛(wèi)星中心的主要任務(wù)

2.1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)籌共享能力建設(shè)

建立全省遙感影像統(tǒng)籌管理工作機(jī)制，以部衛(wèi)星中心推送的高分、資源系列公益衛(wèi)星和國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的北京二號(hào)衛(wèi)星星座數(shù)據(jù)為主，整合具有自主優(yōu)勢(shì)和更高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，逐步形成全省自然資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)統(tǒng)籌能力，實(shí)現(xiàn)全省自然資源管理重點(diǎn)項(xiàng)目和重大任務(wù)的影像統(tǒng)籌保障，形成面向全省自然資源系統(tǒng)遙感應(yīng)用需求的年度統(tǒng)籌、需求上報(bào)、需求評(píng)估能力。

建立滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理需求的衛(wèi)星遙感產(chǎn)品體系，融合構(gòu)建具備全省統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)、精度和分類標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星遙感應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)。面向自然資源衛(wèi)星觀測(cè)體系發(fā)展規(guī)劃，充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)條件，建立業(yè)務(wù)流程清晰、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范配套，集需求統(tǒng)籌、任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品加工、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)分發(fā)和共享服務(wù)于一體的省衛(wèi)星中心系統(tǒng)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集任務(wù)及時(shí)有效地“上行”至部級(jí)中心和采集數(shù)據(jù)“下行”至業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的全面管理。

2.2 衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用能力建設(shè)

1）加強(qiáng)應(yīng)用研發(fā)，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)提升應(yīng)用服務(wù)能力。深入開展遙感影像獲取、高速處理技術(shù)以及衛(wèi)星遙感應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研究，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，加強(qiáng)遙感應(yīng)用與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)的交叉融合，提升新型應(yīng)用產(chǎn)品、專題產(chǎn)品研發(fā)能力和衛(wèi)星遙感關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新研究，全面支撐服務(wù)全省遙感數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、應(yīng)用和服務(wù)的需求，把衛(wèi)星中心建設(shè)成為全省遙感技術(shù)應(yīng)用的主力軍。

2）明確目標(biāo)任務(wù)，拓展應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域。依托省衛(wèi)星中心，采用按需共享、技術(shù)下沉等手段，自主開展市、縣（鄉(xiāng)）級(jí)節(jié)點(diǎn)建設(shè)工作，核心是開展衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)品在本區(qū)域內(nèi)的應(yīng)用，構(gòu)建橫向到邊、縱向到底的部、省、市、縣（鄉(xiāng)）一體化衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系。按照“以建促用、以用帶建、聯(lián)動(dòng)推進(jìn)”的原則有序開展建設(shè)，具備即時(shí)和按需共享能力，達(dá)到部、省、市、縣（鄉(xiāng)）自然資源系統(tǒng)間的互聯(lián)、互通、互動(dòng)，橫向上實(shí)現(xiàn)與省政府、省自然資源主管部門的信息融合，為全省自然資源工作提供精準(zhǔn)服務(wù)；縱向上實(shí)現(xiàn)與市、縣（鄉(xiāng)）政府，市、縣（鄉(xiāng)）自然資源主管部門的資源融合與系統(tǒng)共享，夯實(shí)全省自然資源信息化基礎(chǔ)，形成上下聯(lián)動(dòng)、信息暢通、支撐有力的省自然資源工作新局面。

3 發(fā)展思路和方法

3.1 強(qiáng)化省衛(wèi)星中心的總體牽引帶動(dòng)作用

省衛(wèi)星中心的定位是支持本省自然資源主體業(yè)務(wù)的重要的技術(shù)支撐單位，是省級(jí)最權(quán)威的影像數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)遙感產(chǎn)品最集中的機(jī)構(gòu)。以省級(jí)自然資源主管部門為依托，充分發(fā)揮省衛(wèi)星中心在部、省、市、縣（鄉(xiāng)）自然資源衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系的中心樞紐作用，積極主動(dòng)對(duì)接省委省政府中心工作需求，對(duì)接自然資源管理的核心業(yè)務(wù)需求，對(duì)接其他相關(guān)廳局工作需求；開展部省衛(wèi)星遙感協(xié)同應(yīng)用，推進(jìn)各省衛(wèi)星中心間的共建共享、互聯(lián)互通；加強(qiáng)與各聯(lián)合建設(shè)單位的聯(lián)絡(luò)溝通，聯(lián)合開展衛(wèi)星遙感應(yīng)用研究和項(xiàng)目合作，把衛(wèi)星中心建設(shè)成為全省遙感技術(shù)應(yīng)用的主力軍。

3.2 立足于新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)的戰(zhàn)略部署

2015年6月國(guó)務(wù)院批復(fù)同意《全國(guó)基礎(chǔ)測(cè)繪中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要（2015－2030年）》后，“在2030年前全面建成‘全球覆蓋、海陸兼顧、聯(lián)動(dòng)更新、按需服務(wù)、開放共享’的新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系”的戰(zhàn)略部署便正式提上日程。自武漢市被確定為全國(guó)首個(gè)新型基礎(chǔ)測(cè)繪體系建設(shè)試點(diǎn)城市后，其他省級(jí)和地市級(jí)試點(diǎn)工作陸續(xù)開展，總體上仍處于探索建設(shè)階段。

省衛(wèi)星中心以此為契機(jī)，以新的產(chǎn)品體系、技術(shù)體系和生產(chǎn)應(yīng)用體系為切入點(diǎn)，加強(qiáng)衛(wèi)星遙感技術(shù)與5G、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈等高新技術(shù)[12]的深度融合，深入探索新型基礎(chǔ)測(cè)繪產(chǎn)品、技術(shù)、服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)體系的轉(zhuǎn)型升級(jí)，以創(chuàng)促建、以創(chuàng)提質(zhì)，扎實(shí)開展衛(wèi)星中心建設(shè)工作，提升核心競(jìng)爭(zhēng)力。例如，湖北省衛(wèi)星中心開展的“湖北省自然資源三維可視化研究”項(xiàng)目就是一個(gè)很好的嘗試，通過融合地理信息數(shù)據(jù)和自然資源數(shù)據(jù)等多源時(shí)空數(shù)據(jù)，綜合利用GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)、新型三維空間數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬仿真、海量數(shù)據(jù)管理等技術(shù)開發(fā)三維展示平臺(tái)以及典型應(yīng)用案例分析，模擬自然資源在地理空間下的真實(shí)情況，為自然資源三維空間一體化管理、精細(xì)化管理、科學(xué)化決策、現(xiàn)代化規(guī)劃、立體化利用提供有力的基底數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

3.3 強(qiáng)化地理信息服務(wù)支撐自然資源管理

自然資源衛(wèi)星觀測(cè)體系的建設(shè)目標(biāo)是全球、全天候、全天時(shí)、全要素、全尺度[13]。省衛(wèi)星中心是自然資源衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)體系的重要組成部分，結(jié)合自然資源管理的新需求，以“兩統(tǒng)一”職責(zé)為指導(dǎo)，充分釋放機(jī)構(gòu)改革、衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)步的紅利，將測(cè)繪地理信息工作深度融入自然資源工作大局。當(dāng)前自然資源管理的維度升級(jí)，對(duì)基礎(chǔ)地理信息的產(chǎn)品形式、信息平臺(tái)、應(yīng)用服務(wù)模式等提出了更高的要求，需從以下方面重點(diǎn)開展工作：①豐富地理信息資源，統(tǒng)籌基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、山水林田湖草全時(shí)空全要素自然資源數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，升級(jí)擴(kuò)展數(shù)據(jù)模型，進(jìn)行融合建庫(kù)；②構(gòu)建自然資源地理信息服務(wù)云平臺(tái)，通過云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源整合、成果共享和協(xié)同服務(wù)，利用“云上智治”服務(wù)于自然資源主體業(yè)務(wù)；③加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，拓展測(cè)繪地理信息服務(wù)模式，結(jié)合國(guó)家重大戰(zhàn)略部署，開展典型案例應(yīng)用。省衛(wèi)星中心總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 省衛(wèi)星中心總體架構(gòu)圖

3.4 堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，拓展衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域

5G/6G時(shí)代的到來[14]，萬(wàn)物互聯(lián)，無(wú)論是政府部門、各行各業(yè)還是社會(huì)大眾，對(duì)信息的需求不斷增大，特別是速度和內(nèi)容方面的要求尤為突出。省衛(wèi)星中心應(yīng)抓住時(shí)代發(fā)展契機(jī)，基于已有的人才、成果資源優(yōu)勢(shì)，努力將基礎(chǔ)能力轉(zhuǎn)換為服務(wù)能力，有效地投入到政府部門科學(xué)管理、行業(yè)應(yīng)用和社會(huì)大眾日常生活中。

強(qiáng)化高層次創(chuàng)新人才梯隊(duì)的績(jī)效激勵(lì)，加大對(duì)領(lǐng)銜創(chuàng)新任務(wù)科研人員的激勵(lì)。鼓勵(lì)人才科研創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，針對(duì)新型遙感衛(wèi)星技術(shù)研究、在自然資源管理整體布局中的定位研究、社會(huì)化需求分析研究、突發(fā)社會(huì)事件應(yīng)用策略研究等新方向做好科研課題立項(xiàng)、科技創(chuàng)新等工作，全面提升技術(shù)服務(wù)能力。

目前“十四五”規(guī)劃編制工作已啟動(dòng)，省衛(wèi)星中心應(yīng)把握機(jī)構(gòu)改革重組發(fā)展機(jī)遇，結(jié)合自身優(yōu)勢(shì)和本地需求，基于自然資源領(lǐng)域陸海統(tǒng)籌、部省協(xié)同、輻射市縣的衛(wèi)星觀測(cè)應(yīng)用體系，加快自然資源陸、海觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和應(yīng)用技術(shù)的推廣，全面提升行業(yè)衛(wèi)星遙感技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)水平，有效支撐自然資源監(jiān)管主責(zé)主業(yè)，積極深化服務(wù)于各級(jí)地方政府和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，向社會(huì)公眾提供更加優(yōu)質(zhì)的衛(wèi)星遙感應(yīng)用產(chǎn)品服務(wù)。