商業衛星對推動遙感數據應用起主導作用

文|曹磊 沈康 馮林艷 劉洋 譚炳香 劉丹 中國林業科學研究院資源信息研究所

關鍵字：商業衛星；遙感數據的應用；市場化；大眾化；主導作用

一、商業衛星發展現狀

歐美國家率先步入了衛星的商業化進程。早在20世紀80年代，美國就實施了陸地遙感商業化法規；隨后在1992年，美國國會通過了土地遙感政策法規，該法規明確了空間陸地遙感的各個用途，并且允許私營者運營個人遙感空間系統，一定程度上鼓勵了美國商業衛星公司制造高分辨率觀測衛星的計劃[1]。1972年，世界上第一顆陸地遙感衛星Landsat-1發射成功，開啟了遙感衛星發展的序幕。隨著技術積累、應用面擴大，國防軍事、政府部門對于高分辨率遙感衛星圖像的需求日益增加。以美國、法國為代表的西方航天大國通過積極的政策導向和資金扶持，迅速開展了高性能遙感衛星的研制和商業化運營，形成了政府監督管理引導、企業自主運營良性循環的商業模式；大部分商業遙感衛星以服務政府和國防用戶為主，主要的商業遙感公司均與政府和軍事用戶建立了長期合作關系，一定程度上促進了商業遙感衛星的繁榮。

長期以來，各個國家通過制定相關政策和法規大力扶持商業衛星，促進遙感事業的發展。在產業發展初期，各個國家主要通過放開政策限制，提供資金援助、制定扶持措施、保障政府機構和商業機構之間管理和運行等手段，鼓勵和支持商業衛星的產業發展，政府則根據需求不斷調整政策，提供需求保障和相關政策，為商業衛星進一步拓寬市場提供便利。

以美國為例，1994年的PDD-23號令，允許美國國內商業公司經營0.5m分辨率的遙感衛星影像，5年之后，Space Imaging公司[后被美國數字地球公司（Digital Globe）兼并]成功發射空間分辨率達0.82m的IKONOS衛星，標志著高分辨率商業衛星時代的到來[2]。隨后，2001年10月發射的QuickBird衛星將全色空間分辨率提高到了0.61m，多光譜分辨率則達到了2.44m[3]。2008年9月由GeoEye公司（后被數字地球公司合并）研制發射的Geoeye-1衛星星下點成像時地面掃描覆蓋寬度達15.3km，每天可拍攝超過50萬km2的地面范圍[4]。2009年10月發射的WorldView-2則是世界上第一顆提供8波段的高分辨率商業遙感衛星，大大提升了數字地球公司為客戶服務的能力[5]。2010年6月28日，在奧巴馬政府公布的《美國國家航天政策》中，強調政府部門和商業機構進行合作，為商業界提供更多參與航天活動的機會，并出臺各項政策鼓勵航天活動商業化的發展[6]。2014年6月，經過美國國防部和國務院同意，美國商務部正式向數字地球公司批準其申請的銷售0.25m分辨率的衛星圖像數據。隨著新政策的實施，2014年8月成功發射的第三代遙感衛星WorldView-3，是世界上第一顆集多載荷、超光譜、高分辨率于一體的商業衛星，可提供0.31m全色影像和1.24m的多光譜影像。2016年11月發射的WorldView-4商業遙感衛星則大幅提高了數字地球公司星座群的整體數據采集能力，可以對地球上任意位置的平均拍攝頻率達到每天4.5次，且地面采樣距離（GSD）小于1m[7]。這幾顆里程碑式的衛星見證了商業遙感發展的進程,同時也是以美國的WorldView系列、法國的SPOT系列、意大利的Cosmo-skymed系列等衛星星座為代表的商業遙感衛星服務體系建立歷程中不可或缺的部分。

2015年，全球商業衛星公司主要以美國的數字地球公司和歐洲的空客防務與航天公司（ADS）為主，共占據了全球商業遙感87%的市場份額，需求主要集中在高分辨率領域[8]。2017年，加拿大信息通信公司MacDonald公司宣布已經完成對衛星影像服務公司數字地球共計 31億美元的收購，結束了為期7個月的收購歷程。MacDonald作為一家擁有全球通信業務的公司，在未來將會結合數字地球公司的地圖影像技術繼續鞏固自己在全球范圍內的通信運營業務，商業衛星以其獨特的優勢向通信服務領域提供遙感應用服務，逐漸成為通信領域不可或缺的一部分。

國內商業衛星起步較晚。首先是以商業遙感服務公司——北京視寶衛星圖像有限公司的創立為標志。該公司首先提供了法國SPOT系列衛星商業化服務，其他國家不同分辨率、不同成像模式衛星被導入國內市場，使國內商業遙感市場擁有大批量的國外衛星遙感數據。國內商業衛星北京一號于2005年發射升空，是中國第一個由企業實施和運行的對地觀測衛星，從此揭開了我國遙感衛星的商業化進程。隨后，2015年吉林系列、北京二號和2016年高景系列等商業衛星的成功發射，標志著我國商業衛星隊伍正迅速壯大[9]。2017年6月15日，歐比特宇航科技有限公司（以下簡稱歐比特公司）的珠海一號遙感微納衛星星座首發星在酒泉衛星發射中心成功發射。隨后，2018年4月26日，珠海一號02組衛星在酒泉衛星發射中心，由長征十一號運載火箭以“一箭五星”方式成功發射，5顆衛星進入既定軌道，與在軌的2顆珠海一號衛星組網，大幅度提高了星座采集遙感數據的能力。歐比特公司發射的珠海一號高光譜衛星是國內民營企業首次發射并運營的商用高光譜衛星，樹立了國內民營企業積極參與國家空間基礎設施建設、大力發展商業航天事業的典范。歐比特公司還通過政企合作、產學研合作的模式將其中兩顆高光譜衛星冠名為貴陽一號、青科大一號。2018年6月2日成功發射的由武漢大學和長光衛星技術有限公司合作研制的珞珈一號則是全球首顆夜光遙感衛星，其商業化訂單模式專門面向高校研制。而計劃發射的深圳一號是我國第一顆商業化運營的合成孔徑雷達（SAR）衛星。河北一號、姚頓一號等商業衛星也蓄勢待發，分別從不同領域面向市場化和大眾化需求，提供相應的遙感技術服務，為遙感數據的應用奠定了堅實的基礎。

二、遙感數據應用現狀

從20世紀70年代開始，Landsat的發射實現了民用衛星遙感事業從無到有的轉變，并一度壟斷國際衛星遙感資源市場，但主要市場份額最終被法國SPOT地球觀測衛星系統所占據。美國國會研究服務的報告回顧了Landsat的歷史，總結其原因是，盡管Landsat衛星的應用范圍非常廣泛，但過去對其商業化應用的努力始終沒能成功，大部分數據用戶還是來自于政府機構。再者，地面無時無刻都在接收著海量的遙感數據，但在相應的領域中，由于缺乏市場動力，其實際利用率卻只有5%～10%，90%以上的數據閑置未被利用。

當前，世界各國遙感衛星數據的應用十分廣泛，涉及領域包括環境監測與管理、能源與自然資源管理、海事和災害應急管理、工程與基礎設施以及基于位置服務（LBS）等。遙感數據應用市場龐大，有巨大的發展潛力。縱觀全球，遙感衛星數據及增值產品每年的收入持續增加。根據美國北方天空研究（NSR）公司估算，2013年全球商業遙感數據產值達23億多美元，其中遙感衛星數據產品約為10.65億美元，增值產品約為12.35億美元[8,10]。據美國航天基金會估算，2013～2022年間遙感衛星制造業收入總計約為358億美元，數據和增值產品收入將達377億美元，10年間衛星遙感產業下游產值將超過上游[11]。而根據北方天空研究公司的數據，預計到2024年商業遙感市場規模將達51億美元。屆時，高空間分辨率數據將成為市場主體，預計有75%的市場占比，同時甚高分辨率數據也將有10%左右的市場[11]。

經過21 世紀初期的快速發展，我國衛星遙感技術及應用取得長足進步，已建立起較為完善的天基衛星系統和地面基礎設施，形成了較為完備的應用和服務體系，在國土資源、氣象、海洋、環境、國防等領域都取得了豐碩的應用成果。而當前，我國遙感應用的主體多為政府部門和相關科研事業單位，遙感產業的發展主要來自于政府性需求，包括自然資源管理、災害監測、生態保護等，遙感數據的分發也多以相關科研機構為主，數據獲取渠道單一、有限，遙感數據的應用價值沒有被充分挖掘。在我國，優于2.5m分辨率的衛星原始數據直接消費額為每年3～5億元，年平均增長率約為15%[8]，而基于遙感數據的處理、加工和應用等產業規模創造了年均數十億元收入且保持較快增長，但該市場被國外遙感衛星數據所壟斷。雖然我國高分系列衛星的發射一定程度上打破了國外對高分辨率遙感數據的壟斷，但高分系列遙感數據沒有面向市場，缺乏有效廣泛的應用渠道，與高分辨率商業遙感數據有關的應用產品仍然嚴重依賴進口。

目前，我國“金字塔”式的行業應用體系使得衛星遙感應用多采取獨立用戶設計和集中管理的模式。大量有價值的遙感數據因缺乏使用長期被擱置，造成遙感衛星資源的浪費，投資回報率較低。再者，由于衛星資源長期為內部人員所使用，導致地面資源服務產品和服務模型過于單一，應用推廣不足，行業應用遙感服務的意愿不強，嚴重限制了遙感數據的應用，一定程度上阻礙了遙感應用產業的進一步發展。

三、商業衛星推動遙感數據應用的主要原因

1．遙感數據的商業需求不斷擴大

隨著我國改革開放的進一步深入，經濟體量的進一步加大，尤其是進入新時代以來，在自然資源監測、生態環境保護、農業農村建設等方面，政府性的遙感數據應用需求逐漸向下延伸。各區縣的規劃建設管理、旅游企業和餐飲公司的服務管理、城市公共安全服務和交通管理等對遙感數據的需求，使得各區縣和企業作為遙感數據普通用戶的特點日益顯現。隨著互聯網和信息技術的發展，對地觀測數據市場從單純的政府性訂單逐漸轉向政府和企業的共同需求，且不斷向企業過渡。同時，政府性商業遙感數據的應用領域和深度也在不斷地擴大和加強，隨著市場規模的進一步擴充，遙感數據單一的政府性提供和應用遠遠不能滿足日益擴大的市場需求，更不能滿足新時代下大眾對遙感數據應用提供便捷生活的向往。

因此，近年來，國家政府層面上也出臺了一系列相關政策法規鼓勵商業衛星的發展。2012年12月，國家發改委和財政部聯合下發的《關于2013年組織實施衛星及應用產業發展專項的補充通知》明確提出鼓勵開展衛星遙感商業應用的模式創新，服務于市場商業需求。2014年11月《國務院關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》中提出“完善民用遙感衛星數據政策，加強政府采購服務，鼓勵民間資本研制、發射和運營商業遙感衛星，提供市場化、專門化服務”。2015年國家《民用空間基礎設施中長期發展規劃》正式發布，規劃中明確提出亞米級高分辨率遙感衛星星座將實現商業化的運營模式。

商業衛星很大程度上可以滿足國民的經濟建設，尤其是高分辨率遙感衛星，無論在商業市場中，還是國家宏觀戰略上，商業衛星都有著巨大的發展潛力。可以預見的是商業衛星投入運營后，作為空間基礎設施的重要組成部分，是服務于社會可持續發展，服務于國家全球戰略，服務于國計民生，滿足國家“一帶一路”倡議等重大發展計劃的基礎設施的重要組成部分，這也是商業衛星更加貼合市場需求，滿足不同用戶特點，充分發揮遙感數據應用的價值所決定的。

2．商業衛星的本質和運營模式

遙感數據的應用已逐漸從單一的政府性需求轉向多元化的大眾性需求，遙感數據應用的類型、數據量和應用面也呈多元化的特點。商業衛星以其商業化的本質及獨特的運營模式在這一轉變過程中起到了主導作用。

首先，商業衛星的本質是逐利。推動遙感數據應用是商業衛星生存之本，其本質決定商業衛星比非商業衛星有更大的壓力和動力去推動遙感數據的應用。由于市場靈活的競爭和淘汰機制，促使商業衛星不斷提升自身商業衛星技術，充分挖掘遙感數據的應用價值，提高遙感數據的支持和服務能力。法國SPOT系列衛星，從1986年的20m分辨率，到SPOT-5的10m，再到SPOT-6的6m，分辨率不斷提高，提供了準確豐富、可靠動態的地理信息源，滿足了多個應用領域的需要，在全球范圍內應用十分廣泛。在云服務平臺、全球一體化數據供應鏈等新型服務模式上，商業衛星更具有創新性、開拓性和引領性。美國數字地球公司的WorldView-3空間分辨率達到0.31m，是世界上空間分辨率最高的光學遙感衛星；英國Earth-i公司發射了全球首個全彩色視頻商業遙感衛星，該衛星也是歐洲首個既能提供視頻、又能提供靜止圖像的衛星星座。

其次，推動遙感數據應用是商業衛星的生存之本。商業衛星有更大的壓力和動力最大化地開發和拓寬應用市場，全方位地提供相關培訓和技術支持，更貼近用戶需求。比如一直以來，林業行業在林業資源實時監測與調查，森林防火與病蟲害防治等方面亟需創新和突破，此時，吉林系列商業衛星聚焦林業核心需求，構建了為林業遙感應用專門設計的衛星星座，對重點區域的重訪間隔可以達到每次10min，每天重訪30次以上，可以實現更高頻次的數據更新，進而對未來的“智慧林業”建設提供堅實的數據與信息支撐。

在運營和管理模式上，商業衛星更是有著得天獨厚的優勢。商業衛星利用市場化的運營模式和合理的企業管理制度最大程度地挖掘出遙感數據價值，推動遙感數據應用。由于商業衛星制造商和運營商相互獨立，可以最大程度地組合市場的優質資源，利用多渠道的數據來源以及高質量的數據指標，方便快捷地整合市場領先技術資源，快速打開遙感數據的應用市場；另一方面，商業衛星憑借多種數據分發的運營模式，可以加大衛星數據銷售的廣度，促進遙感產業鏈中下游企業發展，滿足多樣化的市場需求。例如美國的數字地球公司，選擇鮑爾宇航技術公司作為WorldView系列衛星的總承包商，鮑爾公司提供衛星平臺負責衛星總裝集成，ITT公司負責相機焦平面單元和數字處理單元設計和研發；同時，數字地球公司主要數據來源有Quickbird、WorldView等。2002年，ESRI公司的PCI格式文件在支持Quickbird RPC模型的基礎上，增加了嚴格的成像模型，提高了影像正射校正精度。同時數字地球公司是美國最大的遙感數據提供商，它與微軟公司合作，向微軟的虛擬地球業務提供高分辨率衛星圖像，與DELORME公司合作，為手持GPS提供圖像，向TELOGIS公司提供移動數據資源管理服務，使商業遙感數據具有更廣泛的應用前景。

隨著遙感應用技術的進一步發展，“互聯網+”所帶來的市場動力，遙感數據的應用將會逐漸從單純的數據加工轉向數據的服務。一方面，商業衛星因其商業的本質可打通遙感與市場的連接，提供給客戶更優質的數據服務，進而充分利用市場激勵機制進一步開拓市場，實現遙感數據的應用增值。另一方面，商業衛星可引入市場競爭機制，促使自身不斷提升遙感數據的應用能力，推動遙感技術的進步，形成遙感數據應用的良性循環。實踐證明，數字地球公司與歐洲空客防務與航天公司等大大小小的商業衛星公司成功運營的經驗，無不推動著Quickbird，WorldView和INKONOS等一系列衛星遙感數據的廣泛應用；各國軍方和政府的重要項目中對商業衛星數據的購買和使用，無不體現著商業衛星對遙感數據價值的充分挖掘；導航、通信、無人駕駛等相關領域中無不滲透著商業遙感數據的應用。

3.遙感數據從單一走向大眾，從應用走向服務

隨著遙感產業的不斷發展，遙感數據的應用已從單一的政府性需求發展到現在的多元化大眾性需求，從單純的遙感數據應用轉向遙感數據服務。隨著土地利用調查、自然資源管理以及導航地圖服務等應用領域不斷深化，遙感數據的市場化和大眾化是遙感數據應用的發展方向。

過去，遙感產業的發展多是來自單一的政府性需求，如自然資源管理、環境監測等。隨著市場的不斷擴大，商業衛星在軟硬件技術方面的不斷突破，遙感數據多元化的應用正不斷服務于社會，服務于大眾，在旅游和餐飲等服務業、股票和保險等金融業以及建筑和公共管理等方面與人們的生活密不可分。百度和谷歌等新興的互聯網公司每年需要投入大量資金用于遙感數據及相關服務的更新和采購。美國工業協會曾做過一個調查，2014年全球衛星收入為745億美元，其中大概57%的收入來自手機、電腦和其他移動設備嵌入位置服務[12]。實際上，大眾對衛星遙感系統比軍事政府等部門有著更廣泛的應用需求，而商業衛星在其中起到了重要作用。縱觀全球，整個遙感數據應用市場已被國外成熟的商業衛星公司占據，而我國目前正處于商業衛星飛速發展的黃金時期。隨著我國整個遙感產業的發展，遙感數據的應用逐步市場化，商業衛星對推動遙感數據的應用所起的主導作用將逐漸加深。

遙感事業的發展既需要立足于當前，也要著眼于未來，要始終堅持遙感數據應用的大眾化方向，促進遙感事業的產業化，提升遙感數據的服務能力，推進衛星觀測系統的商業化，推動遙感應用的市場化，更好地服務于國民經濟發展。