遙感衛(wèi)星大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

文 ∣ 傅俏燕 隋正偉 龔亞麗 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

自1999年10月14日中國(guó)成功發(fā)射首顆傳輸型陸地觀測(cè)衛(wèi)星中巴地球資源衛(wèi)星01星（CBERS-01）以來，國(guó)產(chǎn)民用陸地衛(wèi)星的發(fā)展已經(jīng)走過了20年的歷程。中國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)量不斷增加，數(shù)據(jù)質(zhì)量不斷提高，數(shù)據(jù)服務(wù)能力與服務(wù)水平不斷提升。中國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心承擔(dān)我國(guó)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理、存檔、分發(fā)和服務(wù)設(shè)施建設(shè)與運(yùn)行管理，是國(guó)家三大衛(wèi)星應(yīng)用中心之一。建設(shè)的中國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心是國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，已成為全球民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星在軌數(shù)量最多的國(guó)家遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心。

一、國(guó)產(chǎn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星系列發(fā)展

1.現(xiàn)有衛(wèi)星資源

自1999年至今已發(fā)射多個(gè)系列的民商用陸地觀測(cè)衛(wèi)星27顆，目前在軌運(yùn)行24顆,為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供支持。中巴地球資源衛(wèi)星04星滿足中分辨率普查數(shù)據(jù)的需求。環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星A/B星搭載有寬幅CCD相機(jī)和我國(guó)首個(gè)高光譜相機(jī)，全球數(shù)據(jù)覆蓋周期縮小到2天；環(huán)境減災(zāi)小衛(wèi)星C星是我國(guó)第一顆合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星，可以全天時(shí)、全天候工作。資源一號(hào)02C星進(jìn)一步滿足用戶對(duì)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求，數(shù)據(jù)獲取能力大幅提高。資源三號(hào)01星是我國(guó)第一顆民用高分辨率光學(xué)傳輸型立體測(cè)圖衛(wèi)星，資源三號(hào)01/02星提供豐富的三維幾何信息。實(shí)踐九號(hào)A/B星是我國(guó)新技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星系列的首發(fā)星。高分系列衛(wèi)星中，已發(fā)射了多顆高分系列衛(wèi)星，高分一號(hào)衛(wèi)星（2m/8m）是高分專項(xiàng)首顆星，高分二號(hào)（0.8m）是目前空間分辨率最高的民用衛(wèi)星，高分三號(hào)衛(wèi)星是全球首顆1m C-SAR衛(wèi)星，高分四號(hào)衛(wèi)星為50m分辨率靜止軌道衛(wèi)星。張衡一號(hào)電磁監(jiān)測(cè)試驗(yàn)衛(wèi)星是中國(guó)全新研制的國(guó)家民用航天科研試驗(yàn)衛(wèi)星，也是中國(guó)地球物理場(chǎng)探測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃的首發(fā)星。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）》，中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心負(fù)責(zé)建設(shè)運(yùn)行的遙感衛(wèi)星共計(jì)40余顆，將于2025年前陸續(xù)發(fā)射升空，加速構(gòu)建具有國(guó)際先進(jìn)水平的國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施。

高景一號(hào)衛(wèi)星是中國(guó)首個(gè)全自主研發(fā)0.5m商業(yè)衛(wèi)星星座，中國(guó)四維測(cè)繪技術(shù)有限公司投資建造并負(fù)責(zé)全球市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。4顆國(guó)產(chǎn)高景一號(hào)衛(wèi)星星座，聯(lián)合12顆代理的國(guó)外衛(wèi)星，提供衛(wèi)星商業(yè)服務(wù)。后續(xù)規(guī)劃24顆高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星，確保國(guó)內(nèi)0.5米級(jí)遙感數(shù)據(jù)市場(chǎng)服務(wù)能力。

2.地面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

經(jīng)過多年的發(fā)展，中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心衛(wèi)星地面基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得重要成果。逐漸建成一體化的多星聯(lián)合任務(wù)規(guī)劃平臺(tái)。遍及全球的衛(wèi)星地面接收站網(wǎng)，已形成包含境內(nèi)七地（北京、喀什、三亞、昆明、牡丹江、廣州、烏魯木齊）、境外四地（南非、泰國(guó)、新加坡、北極）的全球數(shù)據(jù)接收體系，大大提升了民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星的全球數(shù)據(jù)獲取能力。基于“私有云架構(gòu)”的數(shù)據(jù)中心，有效應(yīng)對(duì)了我國(guó)陸地觀測(cè)衛(wèi)星的高密度發(fā)射，在衛(wèi)星發(fā)射前均順利完成地面系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，并于衛(wèi)星發(fā)射后順利投入在軌測(cè)試和系統(tǒng)運(yùn)行；系統(tǒng)具備70PB以上在線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力、日均18TB零級(jí)數(shù)據(jù)處理能力，及1200萬億次的計(jì)算能力。覆蓋所有載荷的全國(guó)定標(biāo)場(chǎng)，已建成并投入使用八個(gè)定標(biāo)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)光學(xué)載荷業(yè)務(wù)化定標(biāo)，滿足SAR的定標(biāo)需求；正在建設(shè)九個(gè)定標(biāo)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)SAR的業(yè)務(wù)化定標(biāo)，滿足測(cè)高激光雷達(dá)、大氣激光雷達(dá)等新型載荷的定標(biāo)能力。建成“三網(wǎng)合一”的共享網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，光纖專線服務(wù)37條（1Gbps），電子政務(wù)網(wǎng)覆蓋范圍擴(kuò)展到京內(nèi)85家部委行業(yè)用戶及31個(gè)省、自治區(qū)、直轄市，互聯(lián)網(wǎng)注冊(cè)企事業(yè)用戶3900多家。

二、國(guó)產(chǎn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)

1.服務(wù)模式

遙感“大數(shù)據(jù)”的價(jià)值越來越得到業(yè)內(nèi)的廣泛重視，借助遙感大數(shù)據(jù)推動(dòng)遙感產(chǎn)業(yè)化不斷發(fā)展。中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心經(jīng)過多年的探索，逐漸形成四種服務(wù)、四位一體的服務(wù)模式，包括：數(shù)據(jù)服務(wù)，解決遙感數(shù)據(jù)獲取、處理、管理、傳輸?shù)葐栴}；應(yīng)用服務(wù)，結(jié)合GIS、計(jì)算機(jī)技術(shù)提供行業(yè)遙感衛(wèi)星監(jiān)測(cè)應(yīng)用服務(wù)；信息服務(wù)，提供遙感信息服務(wù)、節(jié)省人力成本、提升效率；價(jià)值服務(wù)，結(jié)合數(shù)據(jù)、應(yīng)用以及信息服務(wù)，提供“咨詢服務(wù)”，指導(dǎo)用戶決策，創(chuàng)造價(jià)值。

2.典型應(yīng)用

（1）遙感數(shù)據(jù)傳統(tǒng)行業(yè)服務(wù)

在傳統(tǒng)行業(yè)服務(wù)中，遙感衛(wèi)星大數(shù)據(jù)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、海洋監(jiān)測(cè)、工業(yè)和信息化行業(yè)建設(shè)、城鄉(xiāng)建設(shè)等方面。

國(guó)土行業(yè)服務(wù)中，累計(jì)向國(guó)土行業(yè)提供國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)509萬景，開展全國(guó)土地執(zhí)法監(jiān)察、國(guó)土測(cè)繪以及海洋監(jiān)測(cè)等應(yīng)用服務(wù)，已成為“全國(guó)土地利用變更調(diào)查監(jiān)測(cè)與核查工程”不可或缺的手段，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)占比達(dá)91%。在土地確權(quán)中，應(yīng)用遙感測(cè)繪技術(shù)，能夠提供清晰準(zhǔn)確的圖片和數(shù)據(jù)，確保對(duì)數(shù)據(jù)信息的識(shí)別和判讀，結(jié)合地塊調(diào)查確認(rèn)，明確土地權(quán)屬和界限，保證土地確權(quán)工作的質(zhì)量要求（圖1）。遙感影像解譯結(jié)果直接與拆遷補(bǔ)償民生民權(quán)相關(guān)。

圖1 遙感影像在土地確權(quán)中的應(yīng)用

在農(nóng)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，連續(xù)4年承擔(dān)山東省農(nóng)作物面積遙感測(cè)量工作，完成遙感影像的查詢下載和處理、全省行政村的二類測(cè)量、主要農(nóng)作物種植空間分布遙感測(cè)量、成果數(shù)據(jù)入庫(kù)歸檔、圖集的制作等。圖2為山東省平陰縣農(nóng)業(yè)普查成果圖。

圖2 山東省平陰縣農(nóng)業(yè)普查成果圖

在林業(yè)服務(wù)領(lǐng)域，基于三維可視化遙感平臺(tái)，構(gòu)建智能化的森林防火衛(wèi)星監(jiān)測(cè)應(yīng)用與應(yīng)急指揮平臺(tái)（圖3），提升森林防火信息感知、信息傳輸、信息處理和信息應(yīng)用能力，為林業(yè)用戶提供數(shù)據(jù)、軟件、硬件集成和持續(xù)更新的整體解決方案。

圖3 森林防火衛(wèi)星監(jiān)測(cè)應(yīng)用與應(yīng)急指揮平臺(tái)

水利行業(yè)服務(wù)中，利用資源三號(hào)2m分辨率影像，結(jié)合實(shí)地調(diào)查樣本，分別對(duì)2012年和2013年淮南市焦崗湖濕地類型進(jìn)行了分類，包括濕土、旱地、水域、樹林、蘆葦、荷葉、水草、水田和建筑，并進(jìn)行了焦崗湖2012-2013年濕地類型變化監(jiān)測(cè)（圖4）。

圖4 2012-2013年淮南市焦崗湖濕地資源分類變化監(jiān)測(cè)圖

環(huán)境保護(hù)行業(yè)服務(wù)中，累計(jì)向環(huán)保行業(yè)提供影像243.8萬景，初步構(gòu)建了天-地一體化資源環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)體系。國(guó)產(chǎn)民用陸地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)已全面應(yīng)用于國(guó)家生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管等重大工程中。圖5為采用高分四號(hào)衛(wèi)星50m多光譜影像監(jiān)測(cè)2016年1月21日北京上空霧霾情況。

圖5 霧霾監(jiān)測(cè)

海洋行業(yè)服務(wù)中，綜合編排9顆在軌2m衛(wèi)星資源，保障20海里海岸線每15天覆蓋率70%以上，每月覆蓋率85%以上，開展海島數(shù)量、海島分布、海島邊界的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為海岸帶開發(fā)利用現(xiàn)狀和變化情況監(jiān)測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。圖6為海岸線開發(fā)建設(shè)活動(dòng)監(jiān)測(cè)圖。

圖6 海岸線開發(fā)建設(shè)活動(dòng)監(jiān)測(cè)

工業(yè)和信息化行業(yè)服務(wù)中，依靠衛(wèi)星重訪周期獲得同一地區(qū)的多幅SAR影像，利用多時(shí)相的雷達(dá)圖像的相干信息，可以獲取沉陷區(qū)的地表沉陷量、地表沉陷速率等定量信息，并分析整個(gè)區(qū)域的沉降趨勢(shì)。圖7為高分三號(hào)北京局部區(qū)域沉降速率圖。

圖7 高分三號(hào)北京局部區(qū)域沉降速率圖

城市建設(shè)行業(yè)服務(wù)中，利用遙感影像進(jìn)行城市違法用地、違法建設(shè)“兩違”監(jiān)測(cè)（圖8）?！皟蛇`”監(jiān)管的對(duì)象除了基本農(nóng)田和耕地，還包含城市建筑?！皟蛇`”監(jiān)測(cè)不僅包括平面變化監(jiān)測(cè)，還包含建筑物的高度監(jiān)測(cè)，即建設(shè)高度是否違反國(guó)家規(guī)定。利用高景衛(wèi)星立體成像技術(shù)，不僅獲取建筑物平面位置、占地面積，還能提取建筑物高度信息。利用每期獲取的立體影像圖與上期立體影像進(jìn)行對(duì)比，可發(fā)現(xiàn)并提取建筑的高度變化，特別是對(duì)城鄉(xiāng)結(jié)合部的建筑加蓋現(xiàn)象的監(jiān)測(cè)提供了一種非常有效的手段。

圖8 遙感影像城市“兩違”監(jiān)測(cè)

（2）遙感數(shù)據(jù)新興行業(yè)服務(wù)

在農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)服務(wù)中，充分利用高分辨率衛(wèi)星遙感影像的天然“大數(shù)據(jù)”屬性，在地塊與作物識(shí)別、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、災(zāi)后損失評(píng)估、按圖理賠、按圖承保等方面發(fā)揮作用，為農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)承保和理賠提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)支撐。圖9為利用遙感影像對(duì)同一區(qū)域地塊劃分、多年種植作物變化、種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)。

圖9 利用遙感影像對(duì)同一區(qū)域地塊劃分、多年種植作物變化、種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)

在自然資源審計(jì)服務(wù)中，基于研發(fā)的“遙感審計(jì)三維可視化平臺(tái)” ，開展高爾夫球場(chǎng)、自然保護(hù)區(qū)、圍湖造田、圍海造田、填海造島、化工園區(qū)等專項(xiàng)遙感審計(jì)應(yīng)用，輔證其他相關(guān)審計(jì)數(shù)據(jù)，為領(lǐng)導(dǎo)干部自然資源審計(jì)工作提供有力支撐。圖10為利用平臺(tái)進(jìn)行自然資源保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)。

圖10 自然資源保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)監(jiān)測(cè)

在智慧旅游服務(wù)中，“旅游一張圖”是一款集成了國(guó)產(chǎn)高分辨率遙感衛(wèi)星影像、高精度導(dǎo)航電子地圖、國(guó)產(chǎn)導(dǎo)航地圖平臺(tái)和我國(guó)自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位功能的聚焦旅游應(yīng)用服務(wù)的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星大數(shù)據(jù)旅游服務(wù)平臺(tái)（圖11）。

圖11 旅游一張圖

在海關(guān)邊防服務(wù)中，輔助海關(guān)“國(guó)門利劍”工作，針對(duì)全國(guó)直屬海關(guān)緝私局緝私偵察辦案需求，利用遙感衛(wèi)星技術(shù)，及時(shí)傳遞指定區(qū)域、指定時(shí)段的衛(wèi)星遙感高清制圖及專項(xiàng)分析報(bào)告，為緝私干警提供最新遙感衛(wèi)星影像分析信息，為打私行動(dòng)提供重要保障。圖12為利用遙感圖像對(duì)海上重點(diǎn)船只進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖12 海上重點(diǎn)船只監(jiān)測(cè)

在精準(zhǔn)氣象服務(wù)中，基于北斗的智能精準(zhǔn)氣象信息服務(wù)系統(tǒng)（圖13），通過將氣象數(shù)據(jù)融合到地理信息與動(dòng)態(tài)位置信息上，實(shí)現(xiàn)了“面向?qū)ο蟆钡母邥r(shí)空分辨率動(dòng)態(tài)氣象信息服務(wù)能力。實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)1km×1km格網(wǎng)實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)交通信息的融合，提前15min的精準(zhǔn)道路路段雷暴預(yù)警，提前20min的精準(zhǔn)區(qū)域暴雨暴雪預(yù)警，提前30min的精準(zhǔn)路段霧霾預(yù)警。

圖13 遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于精準(zhǔn)氣象服務(wù)

三、結(jié)語

經(jīng)過20年的發(fā)展，我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)量日益增多且成體系化發(fā)展，國(guó)產(chǎn)陸地觀測(cè)衛(wèi)星為廣大用戶提供長(zhǎng)期、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)服務(wù)，并進(jìn)一步滿足用戶對(duì)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求。遙感大數(shù)據(jù)的價(jià)值越來越得到廣泛的重視，遙感數(shù)據(jù)逐漸從專業(yè)應(yīng)用向規(guī)?；⒋蟊娀瘧?yīng)用轉(zhuǎn)變，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)建設(shè)中必將發(fā)揮越來越重要的作用。