英國地球觀測應用發展路線圖2015-2020

+ 王曉海（ 空間電子信息技術研究院 / 空間微波技術重點實驗室 ）

1 前言

2015年12月，英國政府發布《國家航天政策》。這是英國的首部國家級航天政策，也是第一次面向全球舞臺統籌英國航天的未來發展。政策的出臺對統籌英國軍民航天發展、促進“2030年航天經濟總量占全球10%”目標的實現，提升英國在歐洲乃至全球航天的影響力和話語權，保障英國航天長遠發展具有重要意義。

同年12月，英國政府發布了《涉及環境、食品和農村事務部（Department of Environment、Food、Rural Affairs，DEFRA）的地球觀測發展路線圖2015-2020》。該路線圖是DEFRA與英國航天局（UK Space Agency，UKSA）和衛星應用彈射中心（Satellite Applications Catapult，SAC）共同制定，旨在識別和實現適用于未來5年DEFRA和英國經濟的地球觀測數據的唯一潛力。路線圖主要探索地球觀測能夠為DEFRA及其部門提供核心目標和首要議題相關的數據信息的機遇。

2 路線圖發布背景

作為世界重要的航天國家，英國在衛星及星載設備、應用系統、太空機器人新型航天動力等領域具有先進水平。目前，英國正作為重要角色參與“伽利略”導航系統、“哥白尼”環境監測系統、“地平線2020”等大型項目計劃。

英國政府很早認識到利用航天（衛星）技術將有助于更好地管理稀缺資源、改善通信、更高效地利用能源，特別是地球觀測衛星技術具備協助解決糧食安全、氣候變化、環境污染以及生物多樣性喪失等各項重大挑戰所需的能力。

地球觀測正在進入一個新的歷史時期。“哥白尼”先前被稱為“全球環境安全監視任務（Global Monitoring for Environment and Security，GMES）”項目，是歐洲聯邦空間旗艦項目之一。DEFRA負責“哥白尼”項目的政策指引，而英國航天局負責空間系統的研制。從2014年到2020年，歐洲聯邦將投資38億英鎊在“哥白尼”項目上，主要用于運營地球觀測衛星（“哨兵”系列），其中包括用于實現環境政策制訂目標的8億英鎊信息服務費。這是首次給已經發射的空間任務投資，從而確保實現可持續監視地球和提供專門的環境信息服務。

現在正是DEFRA探索和開發不斷呈現出來的新的地球觀測數據，并鼓勵英國那些專注于政策和運行需求的企業去創新產品和提升服務的良好時機。由“哥白尼”項目提供的自由、開放和容易訪問的地球觀測信息，將在英國和整個歐洲范圍帶來新型職業的創建和增長。“哥白尼”任務地球觀測數據下游市場潛力估計到2030年將達到18億英鎊。

英國航天局承諾支持“智慧者”的研發，通過應用衛星分發服務和數據，從而實現更好的消息政策，運行效能的節省和增強的風險管理，成為更高效的政府。為達到這目標，英國航天局與衛星應用彈射中心相聯合，通過其跨越中央，本地和區域政府的智慧政府空間計劃（Space for Smarter Government Program，SSGP）用于提升和鼓勵應用空間產品和服務。SSGP聚焦區域焦點集中在DEFRA及其代理機構和公共團體的需求上。

DEFRA將與英國航天局、衛星應用彈射中心和英國國家地球觀測中心一起工作實現下述目標：確保在歐洲以及與歐洲“哥白尼”項目，“地平線2020”項目，歐空局和國際地球觀測集團相關更廣泛普遍又明確具體領域產生大的影響。通過創建工業分發給代理機構的能力，幫助寬廣經濟增長。

3 路線圖主要內容

3.1 能力及構建

我們需要確保DEFRA能夠提供出眾的性能并具有相應的基礎設施，使得我們能夠成為地球觀測數據和應用方面的智能用戶。當前，DEFR運營部門并不具備我們所需要的大多數專業知識，這些專業知識往往需要求助于企業、高校、國內與國際研究機構等。DEFRA將健全自身為智能用戶提供服務的能力，同時引導UK的基礎設施、科研人員與應用開發人員都為我們的需求服務。

3.1. 12020目標

構建一個小型化、性能優良、具有一定影響力的智能用戶功能。該智能用戶功能應當與地球觀測數據與應用的策略和操作需求相匹配，并且與工業機構、學術機構和研究機構緊密協同工作，以傳遞變化的解決方案。

實現對數據處理基礎設施和運行機構安全可靠的訪問，從而確保快速增長的數據和信息產品能夠得到有效應用，最終滿足政策和運行需求。

通過在私營部門、學術機構中演示新的應用和需求，幫助我們進一步研發新的功能。

3.1.2 能力聚焦領域：綜合孔徑雷達(SAR)

“哨兵 1A”的發射及其相應可用的SAR數據都驅使我們需要充分認識到SAR技術在DEFRA政策區域的應用潛力。與DEFRA政策區域相關的許多地球觀測數據應用，都有可能從使用量更大的SAR數據中獲益，并且將SAR數據作為光學數據的補充手段，甚至取代光學數據。

由于SAR波長的輻射與陸地表面的相互作用方式不同于光輻射與陸地表面作用方式，因此SAR數據可與光學數據形成互補關系。SAR電磁波可以穿透云層并在黑暗環境下工作，因此能夠全天候收集數據，從而極大提高信息量。在英國，SAR數據的實際使用經驗比光學數據要少的多。DEFRA正在尋求全面理解SAR在實際中的應用潛力，并且在SAR能發揮最大作用時及時識別目標區域。

3.1.3 里程碑時間節點

2015年，地球觀測卓越中心從科學研究機構和發布機構召集專家共同修正和發布此路線圖。

2016年，確保DEFRA的更新數據和IT策略能夠滿足我們的需求——將地球觀測數據與產品應用到政策和運行工作中。

一段時間后，除DEFRA部門外，英國航天局、衛星應用彈射中心、創新英國計劃和其他機構將合作開發把地球觀測運用到商業領域的方法。

3.2 研發與創新

DEFRA希望其政策和計劃能夠被最優秀的研發機構了解，并在更廣泛的經濟領域中發揮驅動創新和被創新驅動的作用。在與工業界和學術界的合作過程之中，DEFRA會為合作伙伴提供所需的準確數據以及相應的優先權限，希望借此成為值得信賴和尊重的合作伙伴。當私營部門的商業需求或研究資助機構的目標與我們的需求高度契合時，DEFRA會主動尋求合作機會。

3.2.1 2020目標

影響有關研究和發展計劃的修訂，包括歐盟研究和創新計劃“地平線2020”、相關的英國研究委員會和創新英國的計劃。

為了促進政策應用的發展，在學術界和工業界成功提供定向資助。

為商業應用創造機遇，以便商業領域為DEFRA計劃提供數據和應用。

3.2.2 遇到的部分問題

如何使地球觀測和衛星應用在植物健康模擬和監測方面發揮最大作用，以幫助制定英國植物健康政策？

如何將地球觀測和衛星應用與法定的海事監測相結合？

如何正確使用“哥白尼 哨兵-1”數據，以完全滿足DEFRA在通用農業政策方面的監測需求？

3.2.3 里程碑時間節點

2015年，通過英國航天局智慧政府空間計劃和創新英國計劃，發布3個小型商業研究自主課題。

2015年，與英國環境研究委員會（National Environment Research Council，NERC）的國家地球觀測中心建立戰略合作伙伴關系，提出關鍵創新項目。

2016年，推進與洛桑研究所農業大數據中心的合作，提出用于地球觀測、食品、農業、農場商業調研領域的協作解決方案。

3.3 運行分發與應用發展

地球觀測現存和潛在應用具有廣闊的范圍，因此DEFRA的商業應用領域從農作物和居住監測到水污染建模、漁業和海洋保護等方面。需要全面量化這些應用的成本和收益，闡明在技術、法律和文化方面的障礙，并將這些問題納入到商業計劃中。

3.3.1 2020目標

至少將地球觀測應用集中到5個政策區域，確保分發業務更廉價、更高效，從而更好地滿足用戶需求。

3.3.2 地球觀測數據集成領航項目

地球觀測數據集成領航（Earth Observation Data Integration Pilot，EODIP）項目將采用地球觀測數據并結合其他數據源，實現對土地覆蓋情況的繪制，主要包括農作物、森林、野生動物棲息地和北英格蘭（諾森伯蘭郡和坎布里亞郡領航區域）部分人類居住區。因此，EODIP項目將成為打造英格蘭“自然地圖”的試驗臺。EODIP是DEFRA地球觀測卓越中心的第一個標志性項目。

EODIP項目將證明自由和開放的地球觀測數據具有較高的附加值，其研發綜合的數據產品和工具，將用于支持自然資源管理與農村發展。項目應用范圍將覆蓋水庫靈敏農業、水質、洪水管控、碳排放預算、野生生物資源保護、風景休閑以及植物健康等領域。該項目致力于驅動前向創新和數據綜合，并提升使用這些應用的組織機構的效率，協助制定環境改進的方案并幫助農村社區繁榮發展。

3.3.3 里程碑時間節點

2015年，設立EODIP項目并協同地球觀測數據與應用部門，提供綜合了土地覆蓋、農作物和居住條件的數據產品，在涉及DEFRA政策區域的廣大范圍內證明這些數據產品的可訪問性、便利性與成本效果。

到2017年，在DEFRA商業的其他三個領域開展和評估案例研究。

結語

路線圖從實際應用出發，密切結合英國國情，針對重點領域及迫切需解決的重大問題，選擇梳理出未來5年地球觀測與應用領域中需要積極投入研究發展的關鍵技術，為英國航天系統相關研制部門提供方向指引與提出系統任務能力要求。對路線圖進行研究，能給國內相關領域的規劃論證和戰略發展研究提供思路，也為航天技術領域科研人員的學習和參考，提供了有益的借鑒和幫助。

[1] Roadmap for the use of Earth Observation across DEFRA 2015-2020

[2] 吳文 “英國航天局發布2012～2016年民用航天戰略” 《中國航天》2012年第9期pp39-40

[3] 吳文、潘堅、張會庭 “發揮航天產業比較優勢抓住機遇推動經濟增長——從英國民用航天戰略看英國航天的未來發展”《中國航天》2012年第11期pp46-51

[4] 彭春麗 “英國航空航天產業軍民融合實踐與啟示” 《中國軍轉民》2013年第10期pp64-67

[5] 李云、李輝、孫棕譚、李金釗 “英國工業界的航天發展新措施得到政府支持” 《中國航天》2014年第8期pp40-43

[6] “英國發布新的政策支持航天產業發展” 《航天工業管理》2014年第5期pp42-43

[7] 孫紅俊、侯丹、陳菲、林飛、馬婧 “英國出臺首部《國家航天政策》” 《中國航天》2016年第1期pp22-25

[8] 江山 “英發布首份《國家航天政策》” 《太空探索》2016年第2期pp。