遙感衛星大數據產業化應用

文 ∣ 傅俏燕 隋正偉 龔亞麗 中國資源衛星應用中心

自1999年10月14日中國成功發射首顆傳輸型陸地觀測衛星中巴地球資源衛星01星（CBERS-01）以來，國產民用陸地衛星的發展已經走過了20年的歷程。中國陸地觀測衛星的數量不斷增加，數據質量不斷提高，數據服務能力與服務水平不斷提升。中國陸地觀測衛星的數據產品已經廣泛應用于國民經濟的各個領域，取得了顯著的社會效益和經濟效益。

中國資源衛星應用中心承擔我國對地觀測衛星數據處理、存檔、分發和服務設施建設與運行管理，是國家三大衛星應用中心之一。建設的中國陸地觀測衛星數據中心是國家空間信息基礎設施的重要組成部分，已成為全球民用陸地觀測衛星在軌數量最多的國家遙感衛星數據中心。

一、國產陸地觀測衛星系列發展

1.現有衛星資源

自1999年至今已發射多個系列的民商用陸地觀測衛星27顆，目前在軌運行24顆,為國民經濟和國防建設提供支持。中巴地球資源衛星04星滿足中分辨率普查數據的需求。環境減災小衛星A/B星搭載有寬幅CCD相機和我國首個高光譜相機，全球數據覆蓋周期縮小到2天；環境減災小衛星C星是我國第一顆合成孔徑雷達衛星，可以全天時、全天候工作。資源一號02C星進一步滿足用戶對高分辨率衛星數據的需求，數據獲取能力大幅提高。資源三號01星是我國第一顆民用高分辨率光學傳輸型立體測圖衛星，資源三號01/02星提供豐富的三維幾何信息。實踐九號A/B星是我國新技術試驗衛星系列的首發星。高分系列衛星中，已發射了多顆高分系列衛星，高分一號衛星（2m/8m）是高分專項首顆星，高分二號（0.8m）是目前空間分辨率最高的民用衛星，高分三號衛星是全球首顆1m C-SAR衛星，高分四號衛星為50m分辨率靜止軌道衛星。張衡一號電磁監測試驗衛星是中國全新研制的國家民用航天科研試驗衛星，也是中國地球物理場探測衛星計劃的首發星。根據《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）》，中國資源衛星應用中心負責建設運行的遙感衛星共計40余顆，將于2025年前陸續發射升空，加速構建具有國際先進水平的國家民用空間基礎設施。

高景一號衛星是中國首個全自主研發0.5m商業衛星星座，中國四維測繪技術有限公司投資建造并負責全球市場運營。4顆國產高景一號衛星星座，聯合12顆代理的國外衛星，提供衛星商業服務。后續規劃24顆高分辨率商業遙感衛星，確保國內0.5米級遙感數據市場服務能力。

2.地面基礎設施建設

經過多年的發展，中國資源衛星應用中心衛星地面基礎設施建設取得重要成果。逐漸建成一體化的多星聯合任務規劃平臺。遍及全球的衛星地面接收站網，已形成包含境內七地（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、新加坡、北極）的全球數據接收體系，大大提升了民用陸地觀測衛星的全球數據獲取能力?；凇八接性萍軜嫛钡臄祿行?，有效應對了我國陸地觀測衛星的高密度發射，在衛星發射前均順利完成地面系統建設任務，并于衛星發射后順利投入在軌測試和系統運行；系統具備70PB以上在線數據存儲能力、日均18TB零級數據處理能力，及1200萬億次的計算能力。覆蓋所有載荷的全國定標場，已建成并投入使用八個定標場，實現光學載荷業務化定標，滿足SAR的定標需求；正在建設九個定標場，實現SAR的業務化定標，滿足測高激光雷達、大氣激光雷達等新型載荷的定標能力。建成“三網合一”的共享網絡平臺，光纖專線服務37條（1Gbps），電子政務網覆蓋范圍擴展到京內85家部委行業用戶及31個省、自治區、直轄市，互聯網注冊企事業用戶3900多家。

二、國產陸地觀測衛星應用服務

1.服務模式

遙感“大數據”的價值越來越得到業內的廣泛重視，借助遙感大數據推動遙感產業化不斷發展。中國資源衛星應用中心經過多年的探索，逐漸形成四種服務、四位一體的服務模式，包括：數據服務，解決遙感數據獲取、處理、管理、傳輸等問題；應用服務，結合GIS、計算機技術提供行業遙感衛星監測應用服務；信息服務，提供遙感信息服務、節省人力成本、提升效率；價值服務，結合數據、應用以及信息服務，提供“咨詢服務”，指導用戶決策，創造價值。

2.典型應用

（1）遙感數據傳統行業服務

在傳統行業服務中，遙感衛星大數據已廣泛應用于環境保護、海洋監測、工業和信息化行業建設、城鄉建設等方面。

國土行業服務中，累計向國土行業提供國產衛星數據509萬景，開展全國土地執法監察、國土測繪以及海洋監測等應用服務，已成為“全國土地利用變更調查監測與核查工程”不可或缺的手段，國產衛星數據占比達91%。在土地確權中，應用遙感測繪技術，能夠提供清晰準確的圖片和數據，確保對數據信息的識別和判讀，結合地塊調查確認，明確土地權屬和界限，保證土地確權工作的質量要求（圖1）。遙感影像解譯結果直接與拆遷補償民生民權相關。

圖1 遙感影像在土地確權中的應用

在農業服務領域，連續4年承擔山東省農作物面積遙感測量工作，完成遙感影像的查詢下載和處理、全省行政村的二類測量、主要農作物種植空間分布遙感測量、成果數據入庫歸檔、圖集的制作等。圖2為山東省平陰縣農業普查成果圖。

圖2 山東省平陰縣農業普查成果圖

在林業服務領域，基于三維可視化遙感平臺，構建智能化的森林防火衛星監測應用與應急指揮平臺（圖3），提升森林防火信息感知、信息傳輸、信息處理和信息應用能力，為林業用戶提供數據、軟件、硬件集成和持續更新的整體解決方案。

圖3 森林防火衛星監測應用與應急指揮平臺

水利行業服務中，利用資源三號2m分辨率影像，結合實地調查樣本，分別對2012年和2013年淮南市焦崗湖濕地類型進行了分類，包括濕土、旱地、水域、樹林、蘆葦、荷葉、水草、水田和建筑，并進行了焦崗湖2012-2013年濕地類型變化監測（圖4）。

圖4 2012-2013年淮南市焦崗湖濕地資源分類變化監測圖

環境保護行業服務中，累計向環保行業提供影像243.8萬景，初步構建了天-地一體化資源環境監測技術體系。國產民用陸地觀測衛星數據已全面應用于國家生態保護紅線監管等重大工程中。圖5為采用高分四號衛星50m多光譜影像監測2016年1月21日北京上空霧霾情況。

圖5 霧霾監測

海洋行業服務中，綜合編排9顆在軌2m衛星資源，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，開展海島數量、海島分布、海島邊界的動態監測，為海岸帶開發利用現狀和變化情況監測提供可靠的數據支撐。圖6為海岸線開發建設活動監測圖。

圖6 海岸線開發建設活動監測

工業和信息化行業服務中，依靠衛星重訪周期獲得同一地區的多幅SAR影像，利用多時相的雷達圖像的相干信息，可以獲取沉陷區的地表沉陷量、地表沉陷速率等定量信息，并分析整個區域的沉降趨勢。圖7為高分三號北京局部區域沉降速率圖。

圖7 高分三號北京局部區域沉降速率圖

城市建設行業服務中，利用遙感影像進行城市違法用地、違法建設“兩違”監測（圖8）?！皟蛇`”監管的對象除了基本農田和耕地，還包含城市建筑?！皟蛇`”監測不僅包括平面變化監測，還包含建筑物的高度監測，即建設高度是否違反國家規定。利用高景衛星立體成像技術，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行對比，可發現并提取建筑的高度變化，特別是對城鄉結合部的建筑加蓋現象的監測提供了一種非常有效的手段。

圖8 遙感影像城市“兩違”監測

（2）遙感數據新興行業服務

在農業保險服務中，充分利用高分辨率衛星遙感影像的天然“大數據”屬性，在地塊與作物識別、農作物長勢監測、災后損失評估、按圖理賠、按圖承保等方面發揮作用，為農業保險承保和理賠提供精準數據支撐。圖9為利用遙感影像對同一區域地塊劃分、多年種植作物變化、種植結構進行比對。

圖9 利用遙感影像對同一區域地塊劃分、多年種植作物變化、種植結構進行比對

在自然資源審計服務中，基于研發的“遙感審計三維可視化平臺” ，開展高爾夫球場、自然保護區、圍湖造田、圍海造田、填海造島、化工園區等專項遙感審計應用，輔證其他相關審計數據，為領導干部自然資源審計工作提供有力支撐。圖10為利用平臺進行自然資源保護區人類活動監測。

圖10 自然資源保護區人類活動監測

在智慧旅游服務中，“旅游一張圖”是一款集成了國產高分辨率遙感衛星影像、高精度導航電子地圖、國產導航地圖平臺和我國自主的北斗衛星導航系統定位功能的聚焦旅游應用服務的國產衛星大數據旅游服務平臺（圖11）。

圖11 旅游一張圖

在海關邊防服務中，輔助海關“國門利劍”工作，針對全國直屬海關緝私局緝私偵察辦案需求，利用遙感衛星技術，及時傳遞指定區域、指定時段的衛星遙感高清制圖及專項分析報告，為緝私干警提供最新遙感衛星影像分析信息，為打私行動提供重要保障。圖12為利用遙感圖像對海上重點船只進行監測。

圖12 海上重點船只監測

在精準氣象服務中，基于北斗的智能精準氣象信息服務系統（圖13），通過將氣象數據融合到地理信息與動態位置信息上，實現了“面向對象”的高時空分辨率動態氣象信息服務能力。實現分鐘級1km×1km格網實時氣象數據與動態交通信息的融合，提前15min的精準道路路段雷暴預警，提前20min的精準區域暴雨暴雪預警，提前30min的精準路段霧霾預警。

圖13 遙感數據應用于精準氣象服務

三、結語

經過20年的發展，我國遙感衛星數量日益增多且成體系化發展，國產陸地觀測衛星為廣大用戶提供長期、穩定的數據服務，并進一步滿足用戶對高分辨率衛星數據的需求。遙感大數據的價值越來越得到廣泛的重視，遙感數據逐漸從專業應用向規模化、大眾化應用轉變，在國家經濟建設和社會建設中必將發揮越來越重要的作用。