北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)賦能可持續(xù)發(fā)展

文| 關(guān)盛勇 屈鴻鈞 邢銳雅

二十一世紀(jì)空間技術(shù)應(yīng)用股份有限公司

一、引言

北京系列遙感衛(wèi)星由二十一世紀(jì)空間技術(shù)應(yīng)用股份有限公司（簡稱“世紀(jì)空間”）自主運(yùn)控，經(jīng)過近20 年建設(shè)，目前已發(fā)展至第三代，衛(wèi)星可提供高精度平面及立體遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品。本文重點(diǎn)介紹北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)及其賦能自然資源調(diào)查監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、智慧城市建設(shè)、糧食安全、能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)急減災(zāi)等可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。

二、北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品

1.北京系列衛(wèi)星發(fā)展概況

北京系列遙感衛(wèi)星目前已發(fā)展至第三代。

2005 年成功發(fā)射的北京一號遙感小衛(wèi)星是我國科技體制和研發(fā)機(jī)制創(chuàng)新的重大科技成果，也是首個(gè)由國家“十五”科技攻關(guān)和“863”計(jì)劃聯(lián)合支持按企業(yè)機(jī)制實(shí)施的遙感小衛(wèi)星項(xiàng)目，成功探索了我國由政府支持、企業(yè)運(yùn)行、商業(yè)服務(wù)的民用航天產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的全新機(jī)制，為遙感衛(wèi)星商業(yè)化運(yùn)作探索出了一條成熟的運(yùn)作模式。

北京二號衛(wèi)星星座包括4 顆0.8m 全色、3.2m多光譜分辨率的光學(xué)遙感衛(wèi)星，具有高空間分辨率、高時(shí)間分辨率和高輻射分辨率的特點(diǎn)，2015 年成功發(fā)射，多年來為自然資源部、生態(tài)環(huán)境部等10 個(gè)國家部委用戶提供了可持續(xù)運(yùn)行、安全穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠的民用空間基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)服務(wù)，推動了我國航天領(lǐng)域體制機(jī)制的創(chuàng)新。

北京系列三代衛(wèi)星目前在軌4 顆，其中北京三號衛(wèi)星A/B 星是基于我國新一代衛(wèi)星平臺自主研發(fā)的高分辨率遙感智能敏捷衛(wèi)星，衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取能力和影像質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。

2.北京系列衛(wèi)星技術(shù)特點(diǎn)

北京系列衛(wèi)星具有“三超三智”的技術(shù)特點(diǎn)，即超高敏捷、超高穩(wěn)定、超高精度、智能規(guī)劃、智能處理、智能控制，具備沿任意航跡成像、正反向及多條帶拼接成像、高精度立體成像和同軌多目標(biāo)成像等多種實(shí)用創(chuàng)新成像模式（圖1），尤其是高精度立體成像能力，使北京系列衛(wèi)星能夠統(tǒng)籌遙感與測繪的需求，實(shí)現(xiàn)遙測一體化。

圖1 北京系列衛(wèi)星多種成像模式示意圖

3.主要遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品

北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品主要包括高精度平面和立體數(shù)據(jù)產(chǎn)品。平面數(shù)據(jù)產(chǎn)品中，L1 級單片產(chǎn)品空間分辨率大幅提升，達(dá)到國際民用高水平，可進(jìn)一步提升地表要素識別能力、地物精細(xì)度及微小地物判別能力。

基于高精度立體成像能力，北京系列衛(wèi)星可生成立體像對產(chǎn)品，其中L1 級立體像對產(chǎn)品主要包括數(shù)字真正射影像（TDOM）產(chǎn)品、數(shù)字表面模型（DSM）產(chǎn)品、數(shù)字高程模型（DEM）產(chǎn)品、數(shù)字線劃地圖（DLG）產(chǎn)品、地表三維景觀（Mesh）產(chǎn)品以及地物模型產(chǎn)品，可滿足1∶2000、1∶5000 和1∶10000 測繪精度要求。尤其是Mesh 產(chǎn)品和地物模型產(chǎn)品作為北京系列衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品，可作為實(shí)景三維數(shù)字基礎(chǔ)底座的重要組成部分助力實(shí)景三維中國建設(shè)（圖2—圖4）。

圖2 白鶴灘水電站Mesh 產(chǎn)品

圖3 北京商務(wù)中心區(qū)建筑物精細(xì)模型產(chǎn)品

圖4 廣西南寧市建筑物白模產(chǎn)品

三、北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)賦能可持續(xù)發(fā)展

北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品高分辨率、高精度及可立體等特點(diǎn)，通過服務(wù)全球自然資源調(diào)查監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、智慧城市建設(shè)、糧食安全、能源轉(zhuǎn)型、應(yīng)急減災(zāi)等賦能全球可持續(xù)發(fā)展。

世紀(jì)空間基于北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品，在服務(wù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，創(chuàng)新“生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測+環(huán)境業(yè)務(wù)閉環(huán)服務(wù)+綠水青山藍(lán)圖決策”應(yīng)用模式，構(gòu)建“實(shí)景三維+物種智能識別+業(yè)務(wù)立體應(yīng)用”生物多樣性保護(hù)監(jiān)測評估體系，服務(wù)自然保護(hù)地人類活動遙感監(jiān)管與輔助督查；在服務(wù)糧食安全方面，通過農(nóng)作物識別及長勢監(jiān)測、病蟲害監(jiān)測、土壤墑情監(jiān)測、農(nóng)畜產(chǎn)品價(jià)格分析與預(yù)警以及構(gòu)建農(nóng)業(yè)一張圖綜合服務(wù)平臺、農(nóng)情決策服務(wù)等農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、展示和管理決策；在服務(wù)能源轉(zhuǎn)型方面，還可對石油能源監(jiān)測與監(jiān)管、新型能源設(shè)施建設(shè)與監(jiān)管等提供支撐。

特別是北京系列衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品反映的地理要素的位置、幾何形態(tài)、表面紋理及其屬性等信息能夠有力支持大區(qū)域地形級和城市級三維場景的快速建模、分析與量算工作，將衛(wèi)星遙感的應(yīng)用領(lǐng)域從二維提升至三維空間，為數(shù)字政府、數(shù)字社會等提供時(shí)空數(shù)據(jù)底座，更加體現(xiàn)出衛(wèi)星遙感時(shí)空數(shù)據(jù)作為新型生產(chǎn)要素的重要價(jià)值。

1.服務(wù)自然資源調(diào)查監(jiān)測

基于北京系列衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品，世紀(jì)空間通過構(gòu)建自然資源三維大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)自然資源調(diào)查監(jiān)測立體規(guī)劃、立體調(diào)查。如監(jiān)測分析地形削高填低、地表覆土綠化等生態(tài)修復(fù)措施以及生物多樣性等效益指標(biāo)助力山水林田湖草沙一體化生態(tài)保護(hù)修復(fù)；通過礦區(qū)Mesh 產(chǎn)品以及多期動態(tài)信息比對，為監(jiān)管露天礦山違法采礦行為、礦產(chǎn)資源儲量動態(tài)、礦區(qū)環(huán)境監(jiān)測和礦山環(huán)境恢復(fù)提供及時(shí)信息服務(wù)，為礦區(qū)治理提供決策支持。圖5 為基于自然資源實(shí)景三維業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺開展的礦山越界開采監(jiān)測和分析。

圖5 礦山越界開采監(jiān)測和分析

2.服務(wù)智慧城市建設(shè)

在自主研發(fā)的衛(wèi)星遙感區(qū)域綜合應(yīng)用空間信息服務(wù)基礎(chǔ)上，世紀(jì)空間基于北京系列衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品，構(gòu)建了數(shù)字孿生城市底座，通過整合多維度城市管理信息，支撐城市精細(xì)化管理。此外，還可輔助城市規(guī)劃和體檢，如監(jiān)測、分析及評估建筑總量、密度及高度（含局部超高），路網(wǎng)和水網(wǎng)密度、綠地率、建設(shè)進(jìn)度、開發(fā)強(qiáng)度等，充分體現(xiàn)城市發(fā)展的數(shù)字治理新格局。圖6 為基于自然資源實(shí)景三維業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺開展的建筑體量分析。

圖6 建筑體量分析

3.服務(wù)應(yīng)急減災(zāi)

世紀(jì)空間自成立以來，積極響應(yīng)應(yīng)急管理部國家減災(zāi)中心、空間與重大災(zāi)害國際憲章（CHARTER）和國家綜合地球觀測數(shù)據(jù)共享平臺等國內(nèi)外應(yīng)急減災(zāi)需求，第一時(shí)間調(diào)用北京系列遙感衛(wèi)星資源，免費(fèi)提供大量災(zāi)害應(yīng)急數(shù)據(jù)，如2023 年2 月7 日土耳其地震、2023 年8 月3 日北京房山區(qū)大石河山體滑坡及門頭溝區(qū)清水河橋梁沖毀等，為災(zāi)害評估、救援方案制定等提供了及時(shí)高效的空間信息支撐。

此外，北京系列衛(wèi)星立體像對產(chǎn)品還可助力開展地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測和分析（圖7），通過地形特征特別是突變和表面紋理特征分析，為提高山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患判識的準(zhǔn)確率和效率提供了重要信息支持。

四、結(jié)語

基于“三超三智”的技術(shù)特點(diǎn)，北京系列衛(wèi)星可提供高精度平面及立體遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品，極大拓寬了衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。世紀(jì)空間將持續(xù)深化北京系列衛(wèi)星遙感大數(shù)據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用服務(wù)水平，積極響應(yīng)全球發(fā)展倡議，加強(qiáng)國際合作，普惠共享，為全球性氣候變化、自然災(zāi)害、糧食安全、可持續(xù)發(fā)展等貢獻(xiàn)更多空間信息力量。