衛星遙感技術在邊海防管控中的應用研究

文|吳志宏 李光偉 齊崇英 邢姍姍 王志佳

中國人民解放軍93209 部隊

一、引言

遙感技術是根據電磁波理論，應用照相機、攝像機、多光譜掃描儀、成像光譜儀、微波輻射計、合成孔徑雷達等傳感器收集遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息，進行處理、成像、探測和識別的綜合技術。衛星遙感技術具有獲取信息空間范圍廣、信息數據量大、手段多、速度快、周期短、受自然條件限制少等技術特點，廣泛應用于國土[1-2]、農業[3-5]、交通[6-8]以及軍事應用領域[9]。

邊海防管控是指邊海防管控部門，為保衛國家主權、領土完整和安全、維護海洋權益，防備外敵入侵，維護邊境沿海地區治安秩序和社會穩定，在邊境沿海地區進行防衛和管理的活動，如反滲透、反走私、反偷渡以及相關設施建設等。邊海防一線大多地理環境惡劣、基礎設施建設薄弱，邊海防信息化尚存在無人區、無人島、中遠海、敏感區域以及條件惡劣區域監控缺少手段，基礎地理信息數據尚未統一、更新不及時，亟需開展衛星遙感技術在邊海防信息化建設中的應用研究。為加強邊境沿海區域防衛與管控，通過多年建設，我國初步構建了以光電、雷達、防越報警為主探測感知體系，實現了對重要部位、管段的監視。推進智慧邊海防建設，完善空天地一體、聲光電互補、遠中近銜接的多元立體智能感知體系，是“十四五”時期邊海防信息化建設的重要任務。

二、邊海防管控衛星遙感技術應用現狀

邊海防管控部門，根據使命任務與職責定位，應用衛星遙感技術，開展了重要目標監測、重點區域監測、海洋環境監測以及道路設施普查等探索。《高分辨率對地觀測系統重大專項數據應用推廣指導意見》指出，要加快高分專項產業化應用進程，創新應用模式，打造信息提取和信息承載相融合的“高分+”應用新模式，形成“高分+”衛星綜合應用產業布局。為提升邊海防綜合管控水平，沿邊沿海地區、邊海防管控部門積極探索利用衛星遙感、北斗等先進技術手段加強邊海防管控的方法路徑，開展了試點示范建設。

1. 海防管控衛星遙感試點建設

2019年，沿海省份開展衛星遙感技術試點建設，主要是研制示范系統，系統具備遙感數據（高分一號、高分二號遙感數據，資源ZY-1 02C、ZY-3 遙感數據）的自動化預處理能力，具備基礎數據制作更新能力，探索道路、橋梁、碼頭等基礎設施半自動化提取能力，實現基礎設施工程建設的信息化管理；同時以可見光遙感數據為主，以季度為時間單位，探索遙感在基礎設施（監控站、停機坪、執勤房）和重要區域（港口碼頭錨地）的監測服務能力。示范系統架構如圖1 所示。

圖1 衛星遙感監測海防示范系統架構

2. 邊防管控衛星遙感示范應用

2020 年，我國北部邊疆省份綜合利用“北斗+高分”的大尺度空間基準和實時態勢監測能力，開展了智慧邊防北斗高分綜合應用示范，探索構建基于“北斗+高分+大數據”的常態化巡邊、護邊管理服務模式，主要是搭建北斗高分綜合服務平臺，具備高分衛星星群數據的一體化標準處理、批量生產和快速分發能力；建設高分邊境遙感綜合監測服務系統，定期開展界河動態監測、邊境區域動態監測服務；構建大數據預判預警系統，實現涉邊事件智能預警、快速布控；構建智能識別監管系統，實現事件快速處置；構建北斗指揮調度系統，實現管控力量精確指揮和快速反應；構建面向滿足國防安全應用服務的北斗高分數據綜合服務體系，拓展高分遙感數據在國防安全領域的應用范圍。示范系統架構如圖2 所示。

圖2 衛星遙感綜合監測邊防示范系統架構

三、邊海防衛星遙感系統工作流程與功能設計

1. 系統工作流程

邊海防衛星遙感系統工作流程主要分為四個階段：原始數據獲取、數據整理、特征提取、數據應用。原始數據獲取是通過請領、購買、免費獲取的方式獲取衛星原始數據；數據整理是開發業務軟件對原始數據進行校正、整理；特征提取是基于業務軟件，提取感興趣的目標；數據應用是對提取的目標進行業務應用，如評估、輔助決策、態勢標繪等。衛星遙感技術應用發展趨勢主要是整合全流程資源，實現從服務端到客戶端的全鏈條式遙感信息化服務建設與應用。具體如圖3 所示。

圖3 全鏈條式邊海防衛星遙感技術服務建設與應用

2. 功能設計

天基感知系統是邊海防感知體系的重要組成部分。衛星遙感技術可為邊海防信息系統提供高精度、大比例尺的統一基礎地理信息數據；結合北斗技術可提供統一時空基準，構建時空大數據平臺；遙感衛星對邊海防管控區域大范圍、周期性地檢測，結合大數據分析、人工智能技術，可為重要、無人、敏感區域監測，基礎設施監測，重要目標監測，突發事件處置提供服務支撐。

邊海防衛星遙感系統建設是貫徹落實邊海防智能管控與創新發展，以提升邊海防綜合防衛管控能力需求為牽引，以構建時空大數據平臺、豐富基礎地理信息數據、監測基礎設施建設、監視重要區域與目標、輔助突發事件應急處置為內容，通過衛星遙感技術與信息化系統建設手段的融合，形成全天時、全天候、全區域的監視態勢。具體業務功能設計如下：

1）基礎地理信息數據應用服務。支持接入國家高分衛星遙感數據及商業遙感數據，具備多源信息融合處理能力，基于統一的空間基準，生產高分辨率的二、三維地理信息數據產品，構建覆蓋范圍廣、數據精度高的邊海防地理信息數據庫，為聯防平臺、監控中心、監控站以及設施數據管理等系統提供高分地理信息數據服務（圖4）。

圖4 南海浪花礁衛星遙感監測

2）時空大數據平臺服務。綜合利用衛星遙感與北斗定位導航技術，構建統一的時空大數據平臺，提供統一的時空基準服務。以時空大數據平臺為基礎，融合光電、AIS、雷達等動態感知目標信息，構建多元立體智能的感知體系，形成空天地一體的態勢感知能力（圖5）。

圖5 遙感衛星星座與北斗衛星星座的融合應用建設

3）基礎設施監測。針對邊海防基礎設施建設項目分布廣、數量多、部分點位難以到達，利用衛星遙感技術范圍廣、受地理條件限制少的特點，基于高分遙感影像，識別提取道路、橋梁、碼頭、直升機停機坪、執勤房等基礎設施。結合周期性的數據比對監測，監督項目建設進度，普查項目建設情況，輔助完成規劃與項目評估工作（圖6）。

圖6 邊境道路建設施工衛星遙感監測

4）重要區域監測。針對無人區、無人島礁以及部分重要管控區（海）域，固定監控設施難以部署，機動設施難以到達，利用衛星遙感技術，定期監測關注區（海）域，及時發現地形地貌以及區域態勢變化（圖7）。

圖7 邊境重要區域地形地貌變化衛星遙感監測

5）重要目標監測。利用衛星遙感范圍大，不受國界影響的特點，可對邊海防管控區域內界碑、機場、建筑等靜止目標監測，也可對艦船、人員、車輛等動目標進行監測（圖8）。

圖8 港口重要目標衛星遙感監測

圖9 非法碼頭偷渡走私衛星遙感監測

圖10 突發事件前后衛星遙感監測

6）應急情報支援。當發生走私偷渡、維權執法、海上救援等重大突發事件時，可提供事發地點氣象水文衛星遙感信息以及區域態勢等情報信息支援。利用應急編程拍攝機制與遙感應急接入與服務裝備，快速獲取區域遙感影像，支持用戶對在軌遙感衛星進行任務規劃、指令上注、實拍實傳、現場解譯，實現衛星遙感對應急突發事件的情報支援（圖9-10）。

四、衛星遙感技術在邊海防推廣模式研究

根據衛星遙感技術特點與行業市場發展實際，可將邊海防衛星遙感系統建設模式劃分為采購服務模式、項目建設模式、統籌開展模式。

1）采購服務模式。即用戶單位根據業務需求，采購衛星遙感技術服務，如基礎地理信息數據采購與更新、基礎設施普查服務等。該模式可滿足技術力量弱、建設資金不足的單位業務需求，優點是資金投入少，服務方便快捷，由服務到應用鏈路短，見效快；缺點是不利于單位人才培養，難以形成對衛星遙感技術應用的深度認知與持續發展，且業務進程可控度不高。

2）項目建設模式。即按照基礎設施建設模式，在項目庫中增加衛星遙感系統項目，通過試點驗證形成標準，由各地按需求立項展開建設。建設內容包含原始數據獲取、功能軟件和硬件系統，數據分析提取由使用單位完成。該方式要求使用單位具有專業技術人員，優點是組織程序風險性較小、利于項目技術與應用持續發展，難點在于對于使用單位人員素質要求高，不符合部分單位人員實際，同時年度原始數據采購費用支出問題也需統籌考慮。

3）統籌開展模式。即依托國家邊海防信息化建設技術總體單位，建設衛星遙感應用服務中心，根據需求統一獲取衛星數據，進行數據加工，提供數據服務。目前，國家各部委單位開展衛星遙感應用項目大多采用這種模式。該模式利于加強頂層設計，持續推動衛星遙感技術在實際應用中發展，便于培養人才隊伍，避免了基礎軟件開發重復投入，難點資金投入量大，機構人才力量與編制保障難的問題。

五、結論與展望

本文闡述了衛星遙感概念、技術特點以及在邊海防信息化建設中的必要性，歸納總結了海防、邊防衛星遙感試點示范建設探索成果，論證提出了邊海防衛星遙感系統工作流程；并基于邊海防綜合防衛管控能力提升的需求，設計了邊海防衛星遙感系統功能，研究了邊海防衛星遙感系統應用建設與推廣模式。本研究內容可助力推進衛星遙感技術在邊海防落地應用。后續將進一步結合國家高分重大示范專項以及智慧邊海防建設任務，加強頂層設計，研究衛星遙感應用關鍵技術，完善應用系統建設，促進衛星遙感技術與邊海防信息化建設深度融合。