中國四維商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)建設及創(chuàng)新應用場景

文 | 李雙宇 朱繼東 賀博 范晨 蔡月

中國四維測繪技術(shù)有限公司

一、前言

隨著航天科技的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感已經(jīng)成為時空信息感知的重要手段，相比于其他遙感監(jiān)測方式，衛(wèi)星遙感具備采集范圍更廣、載荷更豐富、感知內(nèi)容更全面、支持全天時全天候觀測等特點。商業(yè)航天的迅猛發(fā)展，讓商業(yè)衛(wèi)星遙感發(fā)展進一步增速，創(chuàng)新應用場景不斷涌現(xiàn)，商業(yè)衛(wèi)星遙感的相關(guān)應用正在切實地改變著我們的生產(chǎn)生活。

在行業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，國內(nèi)商業(yè)遙感衛(wèi)星項目也進入高速發(fā)展階段。作為航天科技集團專業(yè)發(fā)展衛(wèi)星遙感應用產(chǎn)業(yè)的專業(yè)公司，中國四維測繪技術(shù)有限公司（簡稱中國四維）在2021 年正式啟動“中國四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)”（簡稱商星系統(tǒng)）的建設，并探索商星系統(tǒng)新的運營模式與應用場景。

二、商星系統(tǒng)計劃與建設情況

商星系統(tǒng)計劃包含總計28 顆各類載荷的商業(yè)遙感衛(wèi)星，其中包括16 顆0.5m 空間分辨率的光學衛(wèi)星，4 顆0.7m 分辨率的寬幅光學衛(wèi)星以及8 顆1m 分辨率雷達商業(yè)遙感衛(wèi)星，同步建設高度匹配的地面段（含測控、接收、處理、應用）。根據(jù)計劃，中國四維商星系統(tǒng)將于2025 年全面建成，屆時，系統(tǒng)將具備全球每天25 次的高重訪能力，日采集面積超過3000 萬平方千米的高采集能力，2 小時以內(nèi)的應急交付能力，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力、數(shù)據(jù)處理能力和分發(fā)應用能力均將達到國際一流水平，并可根據(jù)市場需求擴展至“28+10+18”共計56 顆衛(wèi)星。截至2022 年底，商星系統(tǒng)已成功發(fā)射4 顆遙感衛(wèi)星（2 顆光學遙感衛(wèi)星，2 顆SAR 衛(wèi)星），按計劃完成第一階段的建設。

1.已發(fā)衛(wèi)星主要性能

商星系統(tǒng)第一階段分兩批發(fā)射了總計4 顆衛(wèi)星，分別是兩顆光學遙感衛(wèi)星，以及兩顆商業(yè)SAR遙感衛(wèi)星。

商星系統(tǒng)第一批發(fā)射的2 顆分辨率優(yōu)于0.5m高分辨率光學衛(wèi)星，采用一箭雙星的方式發(fā)射入軌。衛(wèi)星具備多條帶拼接、立體成像、多目標成像、沿跡成像等多種成像模式，主要技術(shù)指標見表1。

表1 商星系統(tǒng)首批光學衛(wèi)星主要技術(shù)指標

2.商星系統(tǒng)后續(xù)星能力

（1）重訪能力

商星系統(tǒng)設計了四個軌道面：10:30 軌道面、13:30 軌道面、45°低傾角軌道面和晨昏軌道面。通過不同軌道面的設計，提升衛(wèi)星的重訪頻次，并減少不同地區(qū)長期上午天氣不好的影響。每天重訪能力達到14 ～25 次，其中優(yōu)于0.5m 光學衛(wèi)星每天重訪能力6 ～8 次，0.7m 寬幅光學衛(wèi)星每天重訪能力1 ～3 次，優(yōu)于1m 雷達商業(yè)遙感衛(wèi)星每天重訪能力7 ～14 次。衛(wèi)星系統(tǒng)提高了高分辨率光學衛(wèi)星敏捷性設計，支撐沿海岸線、鐵路、河流等線狀目標拍攝，大幅提升訂單執(zhí)行效率。

（2）上注及傳輸能力

商星系統(tǒng)地面段包括自主測控的接收站系統(tǒng)，常態(tài)化實現(xiàn)商業(yè)化自主測控，提高衛(wèi)星上行指令的頻次，改善衛(wèi)星服務響應的有效性和及時性，大幅提升服務用戶和響應應急事件的效率。

（3）衛(wèi)星精度

商星系統(tǒng)新建11 個定標場，同時提供數(shù)字化幾何、光學、微波、激光、偏振等多種定標能力。

（4）時效性、便利性、容災抗毀能力

項目構(gòu)建了物理分離、邏輯一體的數(shù)據(jù)中心云（支撐大于2EB 存儲管理、1 萬臺計算設備管理），實現(xiàn)跨云資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運維、統(tǒng)一調(diào)度，基于以上架構(gòu)支撐遙感衛(wèi)星全球接收站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理本地化，全球用戶數(shù)據(jù)服務的本地化，從而保障地面處理/用戶數(shù)據(jù)服務業(yè)務的時效性、便利性及系統(tǒng)級容災抗毀能力。中國四維商星系統(tǒng)各階段數(shù)據(jù)獲取能力見表2。

表2 商星系統(tǒng)各階段數(shù)據(jù)獲取能力匯總表

圖3 山東省萊城區(qū)前郭莊村作物種植空間分布圖

（2）農(nóng)作物長勢監(jiān)測

農(nóng)作物尤其是糧食作物的長勢與國家糧食安全息息相關(guān)，通過農(nóng)作物長勢監(jiān)測以及產(chǎn)量預估，能及時評估糧食作物生長狀況，從而采取積極措施保證糧食生產(chǎn)。為此，中國四維利用植被生物量指數(shù)和遙感反射率數(shù)據(jù)的重建方法，對照作物長勢多參量綜合評估模型，實現(xiàn)作物長勢綜合評判分級。并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建估產(chǎn)模型，實現(xiàn)作物產(chǎn)量的預測（圖4）。

圖4 河北省邢臺市巨鹿縣冬小麥產(chǎn)量評估分析圖

（3）農(nóng)業(yè)保險應用

農(nóng)業(yè)和金融的結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。中國四維圍繞這一契機，在“四維視界”平臺上線了涉農(nóng)保險、金融遙感應用模塊，打通農(nóng)業(yè)和金融之間的信息壁壘。

利用衛(wèi)星遙感、氣象、土地流轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)，中國四維搭建了服務于保單核驗、承保查勘、災損定賠、日常監(jiān)測等功能的平臺，為承保風險管控提供支撐，解決報損不準、不實的問題（圖5）。

位于溫州市東南的168 黃金海岸線沿途有多發(fā)礦石盜采點高達15 處，受到當?shù)氐乩憝h(huán)境影響，違法人員常與執(zhí)法人員“打游擊”。在引入了中國四維衛(wèi)星遙感檢測的“天空地一體化”立體態(tài)勢感知體系后，通過在海岸線周邊部署熱紅外監(jiān)控，結(jié)合衛(wèi)星影像和海上綜合智治應用中的5 個基站雷達數(shù)據(jù)實現(xiàn)“海陸空”全覆蓋“白+黑”全監(jiān)控，有效執(zhí)法率提升到80%以上，切實實現(xiàn)保護海洋資源環(huán)境。

5.支撐綠色經(jīng)濟

商業(yè)衛(wèi)星遙感能夠高效服務于林草管理、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值（GEP）匯算以及生態(tài)經(jīng)濟建設等場景，尤其在“雙碳”目標實現(xiàn)方面，商業(yè)衛(wèi)星遙感可以通過自動提取地表變化，實現(xiàn)從“抽樣測量”到“全面監(jiān)測”的轉(zhuǎn)變，并配置激光、光譜載荷實現(xiàn)植被立體結(jié)構(gòu)、植被類型觀測，精確核算生物量。同時利用熒光遙感技術(shù)，反演植被生產(chǎn)力，獲取植被碳匯變化趨勢，時效性強、準確率高。

通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的綜合應用，能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)資產(chǎn)的歷史存量確定及動態(tài)變化量監(jiān)測，支撐各級政府的生態(tài)治理與決策。同時業(yè)務化實現(xiàn)年度生態(tài)資產(chǎn)核算，通過省/市/縣多級核算，全局分析、明確各區(qū)域的功能定位，優(yōu)化經(jīng)濟布局、合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過對生態(tài)資產(chǎn)全面精確感知記錄、核算計量，落實精準確權(quán)。

另一方面，相關(guān)產(chǎn)品能夠為生態(tài)產(chǎn)品交易機制提供精準的底層數(shù)字支撐，助力GEP 價值核算與賦權(quán)交易。加速推進全國大市場的碳權(quán)、水權(quán)、排污權(quán)、用能權(quán)等生態(tài)產(chǎn)品交易與區(qū)域交易補償。

四、結(jié)語

中國四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)將發(fā)射多樣化的衛(wèi)星載荷，建設互聯(lián)互通、高速觸達的“四維云”，通過海量動態(tài)更新的遙感衛(wèi)星時空數(shù)據(jù)構(gòu)建云上“時空數(shù)據(jù)基座”，以云應用平臺支撐遙感應用產(chǎn)業(yè)生態(tài)，拓展時空信息的行業(yè)綜合應用解決方案，助力各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

中國四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)以商業(yè)化為驅(qū)動，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展做支撐，持續(xù)推動衛(wèi)星遙感領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

在國家戰(zhàn)略指引下，中國四維將用實際行動不斷踐行商業(yè)衛(wèi)星遙感“科技向善”，以新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)促進產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的深度融合，支撐綠色經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展，持續(xù)賦能地球生態(tài)環(huán)境事業(yè)，助力實現(xiàn)人與自然和諧共生的新發(fā)展格局。