光榮與夢(mèng)想
——我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行服務(wù)20周年

文 ∣ 徐文 王海燕 馮春 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

1999年以來(lái)，我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星地面系統(tǒng)從無(wú)到有，經(jīng)歷了從引進(jìn)、消化吸收，到掌握核心技術(shù)、自主設(shè)計(jì)研發(fā)等階段。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多顆衛(wèi)星綜合運(yùn)管、地面系統(tǒng)自動(dòng)可靠業(yè)務(wù)化運(yùn)行，形成了專線、電子政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)合一的數(shù)據(jù)分發(fā)體系，建成了覆蓋各種載荷的全國(guó)定標(biāo)場(chǎng)網(wǎng)，確保了高質(zhì)量數(shù)據(jù)產(chǎn)品的穩(wěn)定供應(yīng)。完成了由靜態(tài)觀測(cè)到動(dòng)態(tài)觀測(cè)、定性服務(wù)到定量服務(wù)、行業(yè)服務(wù)到區(qū)域服務(wù)、小眾服務(wù)到大眾服務(wù)的巨大轉(zhuǎn)變。在眾多領(lǐng)域，創(chuàng)造了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

一、發(fā)展歷程

1999年10月14日，我國(guó)第一顆傳輸型陸地觀測(cè)衛(wèi)星——中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01）成功發(fā)射升空，地面系統(tǒng)成功地采集、處理、生產(chǎn)出了遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，開(kāi)啟了我國(guó)傳輸型陸地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行服務(wù)的序幕。這是我國(guó)對(duì)地觀測(cè)事業(yè)的一個(gè)嶄新的起點(diǎn)。2007年，通過(guò)核心技術(shù)攻關(guān)，自主研制了CBERS-02B星地面系統(tǒng)，初步形成了分布式計(jì)算、集中存儲(chǔ)的地面處理系統(tǒng)體系架構(gòu)。

2008年，依據(jù)國(guó)務(wù)院的總體要求，在國(guó)家發(fā)展改革委、原國(guó)防科工委等多個(gè)部門(mén)的關(guān)心支持下，集中統(tǒng)一的國(guó)家陸地觀測(cè)衛(wèi)星地面系統(tǒng)投入運(yùn)行，承擔(dān)CBERS系列03星、04星和環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星A、B、C星5顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理、產(chǎn)品存檔、分發(fā)和服務(wù)，這是我國(guó)全部自行研發(fā)設(shè)計(jì)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多星多載荷綜合系統(tǒng)，首次實(shí)現(xiàn)了多星綜合處理、統(tǒng)一分發(fā)，具備每秒30萬(wàn)億次的計(jì)算能力和500TB的存儲(chǔ)能力，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收后2小時(shí)內(nèi)完成處理和分發(fā)，運(yùn)營(yíng)服務(wù)保障能力實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

2010年，高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專項(xiàng)獲批啟動(dòng)實(shí)施。2013年4月26日，高分一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功，衛(wèi)星數(shù)據(jù)得以成功接收處理，由此陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星的“第一”：第一顆亞米級(jí)空間分辨率衛(wèi)星、第一顆C波段合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星、第一顆靜止軌道遙感衛(wèi)星、第一顆大氣和陸地綜合觀測(cè)全譜段高光譜衛(wèi)星、第一顆亞米級(jí)立體測(cè)繪衛(wèi)星等。我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星地面系統(tǒng)集成了無(wú)限帶寬（Infiniband）等先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用了萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)連接，具備每秒110萬(wàn)億次的計(jì)算能力和5PB的存儲(chǔ)能力，進(jìn)一步提升了運(yùn)行服務(wù)能力，極大地推動(dòng)了遙感事業(yè)由定性向定量轉(zhuǎn)化，由試驗(yàn)應(yīng)用型向業(yè)務(wù)化應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

2016年、2018年，四顆高景一號(hào)衛(wèi)星分別發(fā)射并完成組網(wǎng)運(yùn)行，為全球用戶提供遙感數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)解決方案。這標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)0.5米級(jí)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星星座正式建成，打破了我國(guó)0.5米級(jí)商業(yè)遙感數(shù)據(jù)被國(guó)外壟斷的現(xiàn)狀。

目前，空間基礎(chǔ)設(shè)施陸地觀測(cè)衛(wèi)星地面系統(tǒng)正在順利實(shí)施，以云計(jì)算、云存儲(chǔ)為架構(gòu)，已經(jīng)形成了每秒1000萬(wàn)億次的計(jì)算能力和80PB的存儲(chǔ)能力，衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理時(shí)間大大提高。

二、建設(shè)成就

1999年至今，我國(guó)已累計(jì)發(fā)射27顆陸地觀測(cè)衛(wèi)星，目前在軌運(yùn)行24顆。我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星已經(jīng)形成由單一光學(xué)傳感器向光學(xué)、雷達(dá)、高光譜等多傳感器，由單系列向多系列衛(wèi)星，由低分辨率向高中低分辨率（最高分辨率0.5m）結(jié)合的全方位、全天時(shí)、立體化的對(duì)地觀測(cè)體系轉(zhuǎn)變。覆蓋可見(jiàn)光、近紅外、熱紅外、微波等多種觀測(cè)譜段，光譜分辨率最高5nm、300多個(gè)波段。在綜合觀測(cè)能力方面，可以實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍每?jī)商煲淮蔚牡头直媛屎暧^監(jiān)測(cè)，全省范圍每季度一次的2m中分辨率普查，以及省內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域定期的0.5m高分辨率詳查。

1.應(yīng)用服務(wù)

20年來(lái)，我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行服務(wù)從單純的應(yīng)用推廣逐步形成基于業(yè)務(wù)的應(yīng)用服務(wù)體系，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供了及時(shí)、客觀的基礎(chǔ)信息支撐和保障，大大降低了調(diào)查成本，節(jié)約了人力物力，產(chǎn)生了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

在自然資源方面，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于全國(guó)國(guó)土調(diào)查、地質(zhì)礦產(chǎn)資源調(diào)查與評(píng)價(jià)、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀調(diào)查與監(jiān)管、礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查及評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查監(jiān)測(cè)、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)。

在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)方面，通過(guò)全國(guó)規(guī)劃建設(shè)管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)所有城市的衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)違法建設(shè)全覆蓋?，F(xiàn)已啟動(dòng)297個(gè)地級(jí)以上城市的違法建設(shè)監(jiān)測(cè)工作，逐月移交監(jiān)測(cè)結(jié)果。

在水利方面，陸地觀測(cè)衛(wèi)星影像圖在國(guó)家防汛抗旱指揮系統(tǒng)、國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)等重大工程中應(yīng)用，有力支撐了防汛抗旱、水資源管理、水土保持等業(yè)務(wù)。

在農(nóng)業(yè)農(nóng)村方面，開(kāi)展了全國(guó)冬小麥種植面積遙感監(jiān)測(cè)、全國(guó)農(nóng)業(yè)區(qū)劃數(shù)據(jù)庫(kù)遙感制圖、北方草原沙化遙感監(jiān)測(cè)等，監(jiān)測(cè)效率大幅提高，為農(nóng)情與農(nóng)業(yè)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與評(píng)估、農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與評(píng)價(jià)等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在應(yīng)急管理方面，我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星在地震、森林火災(zāi)、臺(tái)風(fēng)、洪水等災(zāi)害以及重大應(yīng)急事件中，響應(yīng)時(shí)效性已提升至小時(shí)級(jí)，成為國(guó)家應(yīng)急管理必不可少的手段。

在林業(yè)和草原方面，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全面應(yīng)用于我國(guó)林地變更調(diào)查和森林資源清查、全國(guó)濕地調(diào)查和荒漠化監(jiān)測(cè)，主要數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了年度更新，較之常規(guī)手段節(jié)省經(jīng)費(fèi)30%，工作年限縮短一半以上。

2.技術(shù)能力

20年來(lái)，技術(shù)發(fā)展從零起步到全面掌握并擁有核心技術(shù)，技術(shù)基礎(chǔ)建設(shè)和創(chuàng)新能力快速提高，實(shí)現(xiàn)了從引進(jìn)消化到自主創(chuàng)新的轉(zhuǎn)變。

在數(shù)據(jù)處理方面，針對(duì)紅外高光譜相機(jī)、多極化SAR、立體測(cè)繪相機(jī)、大氣成分探測(cè)和電磁監(jiān)測(cè)載荷，研究數(shù)據(jù)預(yù)處理階段自動(dòng)化的信息融合匹配，提高了數(shù)據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了快速和自動(dòng)化的新型載荷數(shù)據(jù)處理。

在分發(fā)服務(wù)方面，研究了基于海量多源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的高效檢索技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“遙感+GIS”交互的分發(fā)模式，突破了“全分辨率影像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布”的難題，提出了“大數(shù)據(jù)+微服務(wù)”架構(gòu)的分發(fā)服務(wù)理念。

在定標(biāo)檢校方面，深入研究地球物理參量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量技術(shù)方法及誤差修正方法；開(kāi)展大氣補(bǔ)償和模式算法研究；攻克了分時(shí)分視場(chǎng)輻射定標(biāo)技術(shù)、大氣特征譜線定標(biāo)技術(shù)和消除衛(wèi)星平臺(tái)震顫的高精度在軌幾何檢校技術(shù)。發(fā)展國(guó)產(chǎn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星成像的同步大氣探測(cè)與參量反演技術(shù)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感圖像的高效大氣校正。

在遙感圖像地物識(shí)別方面，開(kāi)展遙感圖像地物識(shí)別方法研究，建立典型地物光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，發(fā)展特征吸收光譜鑒別技術(shù)和光譜匹配識(shí)別的理論技術(shù)及信息提取方法，建立全卷積殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，初步實(shí)現(xiàn)了人工智能地物識(shí)別。

截至目前，相關(guān)研究成果已獲得國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)4項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)8項(xiàng)。獲得授權(quán)71件：發(fā)明專利69件，實(shí)用新型專利2件。制訂國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)25項(xiàng)；我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)體系基本建成。

3.國(guó)際合作

20年來(lái)，從國(guó)內(nèi)應(yīng)用到服務(wù)全球，成為全球防災(zāi)減災(zāi)的重要數(shù)據(jù)源，服務(wù)“一帶一路”倡議，構(gòu)建人類命運(yùn)共同體，為樹(shù)立中國(guó)航天形象做出了突出貢獻(xiàn)。

自2007年我國(guó)加入空間與重大災(zāi)害國(guó)際憲章（Charter）組織，CBERS衛(wèi)星、實(shí)踐九號(hào)A星、高分一號(hào)衛(wèi)星等先后加入了災(zāi)害監(jiān)測(cè)衛(wèi)星星座，為世界范圍內(nèi)的重大災(zāi)害監(jiān)測(cè)提供了及時(shí)的遙感信息和技術(shù)支持，有力地支持了Charter的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為世界災(zāi)害監(jiān)測(cè)做出了貢獻(xiàn)，連續(xù)得到Charter組織的高度肯定。

2008年，CBERS-02B衛(wèi)星南非接收站投入運(yùn)行，使非洲南部13個(gè)國(guó)家（總面積約2047萬(wàn)平方千米）有機(jī)會(huì)使用CBERS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，擴(kuò)大了我國(guó)和南非在遙感領(lǐng)域的國(guó)際合作，為中非科技合作做出了重大貢獻(xiàn)。2015年，CBERS-04衛(wèi)星數(shù)據(jù)也在南非成功落地。

2011年，環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星A星遙感地面站正式交付泰方，這是我國(guó)首個(gè)成套從接收到處理、存儲(chǔ)、分發(fā)的地面系統(tǒng)出口，實(shí)現(xiàn)了零的突破。該地面站被命名為“朱拉蓬公主遙感衛(wèi)星地面站”，擴(kuò)大了我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)在亞太地區(qū)的影響。

2017年，“CBERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)（東盟）共享服務(wù)平臺(tái)”建設(shè)完成。該平臺(tái)依托我國(guó)CBERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，使東盟各國(guó)可以使用我國(guó)的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)CBERS衛(wèi)星數(shù)據(jù)在東盟地區(qū)的共享。這一服務(wù)平臺(tái)，擴(kuò)大了我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收范圍，提高了我國(guó)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的全球供給能力，促進(jìn)了我國(guó)空間科技與東盟國(guó)家的相互融合和一體化發(fā)展，支持了我國(guó)在東盟地區(qū)的外交戰(zhàn)略，提升了我國(guó)的負(fù)責(zé)任大國(guó)形象。

我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地球觀測(cè)組織（GEO）、國(guó)際衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)委員會(huì)（CEOS）的全球觀測(cè)、資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)等各項(xiàng)活動(dòng)中發(fā)揮了重要作用，擴(kuò)大了中國(guó)航天的國(guó)際影響，為中國(guó)政府開(kāi)展國(guó)際對(duì)地觀測(cè)合作提供了有力支撐。

三、未來(lái)展望

當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，經(jīng)濟(jì)全球化加劇，國(guó)際地理空間信息技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。陸地觀測(cè)衛(wèi)星遙感應(yīng)用作為當(dāng)今發(fā)達(dá)國(guó)家激烈競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高技術(shù)，是我國(guó)地理空間信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，是國(guó)家獲取地理空間信息的先決技術(shù)條件。同時(shí)，在習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想指導(dǎo)下，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)，必須樹(shù)立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，陸地觀測(cè)衛(wèi)星技術(shù)是其中一項(xiàng)重要的技術(shù)手段。

根據(jù)《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》，按照觀測(cè)任務(wù)的技術(shù)特征和行業(yè)需求特征，我國(guó)逐步形成高、中、低空間分辨率合理配置，多種觀測(cè)技術(shù)優(yōu)化組合的綜合高效全球觀測(cè)和數(shù)據(jù)獲取能力，建設(shè)高分辨率光學(xué)、中分辨率光學(xué)和合成孔徑雷達(dá)三個(gè)觀測(cè)星座，發(fā)展地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星，不斷提高陸地觀測(cè)衛(wèi)星定量化應(yīng)用水平。高景一號(hào)衛(wèi)星星座將發(fā)展成為由16顆0.5m分辨率光學(xué)衛(wèi)星、4顆高端光學(xué)衛(wèi)星、4顆微波衛(wèi)星以及若干顆視頻、高光譜等微小衛(wèi)星組成的“16+4+4+X”高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)。

預(yù)計(jì)到2025年，我國(guó)將有42顆左右的陸地觀測(cè)衛(wèi)星同時(shí)在軌，地面系統(tǒng)將具備5100萬(wàn)億次的計(jì)算能力和300PB的存儲(chǔ)能力，日均處理40TB數(shù)據(jù)。全球重點(diǎn)區(qū)域的觀測(cè)能力將從每天1～2次提升至3～4次，將實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)土、“一帶一路”沿線等地區(qū)覆蓋。同時(shí)，具備雷達(dá)、激光、偏振等新型載荷接收處理能力，通過(guò)應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)由靜態(tài)觀測(cè)到動(dòng)態(tài)觀測(cè)、定性服務(wù)到定量服務(wù)的轉(zhuǎn)變，為眾多行業(yè)提供連續(xù)穩(wěn)定的空間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支撐。

2019年是新中國(guó)成立70周年，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司成立20周年，也是我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星運(yùn)行服務(wù)20周年?！鞍l(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國(guó)，是我們不懈追求的航天夢(mèng)。”我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星應(yīng)用事業(yè)，正朝著世界一流的目標(biāo)闊步前進(jìn)，必將為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展、為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)做出新的更大貢獻(xiàn)！