中國(guó)四維商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)及創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景

文 | 李雙宇 朱繼東 賀博 范晨 蔡月

中國(guó)四維測(cè)繪技術(shù)有限公司

一、前言

隨著航天科技的不斷發(fā)展，衛(wèi)星遙感已經(jīng)成為時(shí)空信息感知的重要手段，相比于其他遙感監(jiān)測(cè)方式，衛(wèi)星遙感具備采集范圍更廣、載荷更豐富、感知內(nèi)容更全面、支持全天時(shí)全天候觀測(cè)等特點(diǎn)。商業(yè)航天的迅猛發(fā)展，讓商業(yè)衛(wèi)星遙感發(fā)展進(jìn)一步增速，創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景不斷涌現(xiàn)，商業(yè)衛(wèi)星遙感的相關(guān)應(yīng)用正在切實(shí)地改變著我們的生產(chǎn)生活。

在行業(yè)蓬勃發(fā)展的大背景下，國(guó)內(nèi)商業(yè)遙感衛(wèi)星項(xiàng)目也進(jìn)入高速發(fā)展階段。作為航天科技集團(tuán)專(zhuān)業(yè)發(fā)展衛(wèi)星遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的專(zhuān)業(yè)公司，中國(guó)四維測(cè)繪技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)四維）在2021 年正式啟動(dòng)“中國(guó)四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)商星系統(tǒng)）的建設(shè)，并探索商星系統(tǒng)新的運(yùn)營(yíng)模式與應(yīng)用場(chǎng)景。

二、商星系統(tǒng)計(jì)劃與建設(shè)情況

商星系統(tǒng)計(jì)劃包含總計(jì)28 顆各類(lèi)載荷的商業(yè)遙感衛(wèi)星，其中包括16 顆0.5m 空間分辨率的光學(xué)衛(wèi)星，4 顆0.7m 分辨率的寬幅光學(xué)衛(wèi)星以及8 顆1m 分辨率雷達(dá)商業(yè)遙感衛(wèi)星，同步建設(shè)高度匹配的地面段（含測(cè)控、接收、處理、應(yīng)用）。根據(jù)計(jì)劃，中國(guó)四維商星系統(tǒng)將于2025 年全面建成，屆時(shí)，系統(tǒng)將具備全球每天25 次的高重訪(fǎng)能力，日采集面積超過(guò)3000 萬(wàn)平方千米的高采集能力，2 小時(shí)以?xún)?nèi)的應(yīng)急交付能力，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力、數(shù)據(jù)處理能力和分發(fā)應(yīng)用能力均將達(dá)到國(guó)際一流水平，并可根據(jù)市場(chǎng)需求擴(kuò)展至“28+10+18”共計(jì)56 顆衛(wèi)星。截至2022 年底，商星系統(tǒng)已成功發(fā)射4 顆遙感衛(wèi)星（2 顆光學(xué)遙感衛(wèi)星，2 顆SAR 衛(wèi)星），按計(jì)劃完成第一階段的建設(shè)。

1.已發(fā)衛(wèi)星主要性能

商星系統(tǒng)第一階段分兩批發(fā)射了總計(jì)4 顆衛(wèi)星，分別是兩顆光學(xué)遙感衛(wèi)星，以及兩顆商業(yè)SAR遙感衛(wèi)星。

商星系統(tǒng)第一批發(fā)射的2 顆分辨率優(yōu)于0.5m高分辨率光學(xué)衛(wèi)星，采用一箭雙星的方式發(fā)射入軌。衛(wèi)星具備多條帶拼接、立體成像、多目標(biāo)成像、沿跡成像等多種成像模式，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 商星系統(tǒng)首批光學(xué)衛(wèi)星主要技術(shù)指標(biāo)

2.商星系統(tǒng)后續(xù)星能力

（1）重訪(fǎng)能力

商星系統(tǒng)設(shè)計(jì)了四個(gè)軌道面：10:30 軌道面、13:30 軌道面、45°低傾角軌道面和晨昏軌道面。通過(guò)不同軌道面的設(shè)計(jì)，提升衛(wèi)星的重訪(fǎng)頻次，并減少不同地區(qū)長(zhǎng)期上午天氣不好的影響。每天重訪(fǎng)能力達(dá)到14 ～25 次，其中優(yōu)于0.5m 光學(xué)衛(wèi)星每天重訪(fǎng)能力6 ～8 次，0.7m 寬幅光學(xué)衛(wèi)星每天重訪(fǎng)能力1 ～3 次，優(yōu)于1m 雷達(dá)商業(yè)遙感衛(wèi)星每天重訪(fǎng)能力7 ～14 次。衛(wèi)星系統(tǒng)提高了高分辨率光學(xué)衛(wèi)星敏捷性設(shè)計(jì)，支撐沿海岸線(xiàn)、鐵路、河流等線(xiàn)狀目標(biāo)拍攝，大幅提升訂單執(zhí)行效率。

（2）上注及傳輸能力

商星系統(tǒng)地面段包括自主測(cè)控的接收站系統(tǒng)，常態(tài)化實(shí)現(xiàn)商業(yè)化自主測(cè)控，提高衛(wèi)星上行指令的頻次，改善衛(wèi)星服務(wù)響應(yīng)的有效性和及時(shí)性，大幅提升服務(wù)用戶(hù)和響應(yīng)應(yīng)急事件的效率。

（3）衛(wèi)星精度

商星系統(tǒng)新建11 個(gè)定標(biāo)場(chǎng)，同時(shí)提供數(shù)字化幾何、光學(xué)、微波、激光、偏振等多種定標(biāo)能力。

（4）時(shí)效性、便利性、容災(zāi)抗毀能力

項(xiàng)目構(gòu)建了物理分離、邏輯一體的數(shù)據(jù)中心云（支撐大于2EB 存儲(chǔ)管理、1 萬(wàn)臺(tái)計(jì)算設(shè)備管理），實(shí)現(xiàn)跨云資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一運(yùn)維、統(tǒng)一調(diào)度，基于以上架構(gòu)支撐遙感衛(wèi)星全球接收站網(wǎng)數(shù)據(jù)處理本地化，全球用戶(hù)數(shù)據(jù)服務(wù)的本地化，從而保障地面處理/用戶(hù)數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)的時(shí)效性、便利性及系統(tǒng)級(jí)容災(zāi)抗毀能力。中國(guó)四維商星系統(tǒng)各階段數(shù)據(jù)獲取能力見(jiàn)表2。

表2 商星系統(tǒng)各階段數(shù)據(jù)獲取能力匯總表

圖3 山東省萊城區(qū)前郭莊村作物種植空間分布圖

（2）農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)

農(nóng)作物尤其是糧食作物的長(zhǎng)勢(shì)與國(guó)家糧食安全息息相關(guān)，通過(guò)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)以及產(chǎn)量預(yù)估，能及時(shí)評(píng)估糧食作物生長(zhǎng)狀況，從而采取積極措施保證糧食生產(chǎn)。為此，中國(guó)四維利用植被生物量指數(shù)和遙感反射率數(shù)據(jù)的重建方法，對(duì)照作物長(zhǎng)勢(shì)多參量綜合評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)作物長(zhǎng)勢(shì)綜合評(píng)判分級(jí)。并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建估產(chǎn)模型，實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量的預(yù)測(cè)（圖4）。

圖4 河北省邢臺(tái)市巨鹿縣冬小麥產(chǎn)量評(píng)估分析圖

（3）農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)應(yīng)用

農(nóng)業(yè)和金融的結(jié)合已經(jīng)成為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。中國(guó)四維圍繞這一契機(jī)，在“四維視界”平臺(tái)上線(xiàn)了涉農(nóng)保險(xiǎn)、金融遙感應(yīng)用模塊，打通農(nóng)業(yè)和金融之間的信息壁壘。

利用衛(wèi)星遙感、氣象、土地流轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)，中國(guó)四維搭建了服務(wù)于保單核驗(yàn)、承保查勘、災(zāi)損定賠、日常監(jiān)測(cè)等功能的平臺(tái)，為承保風(fēng)險(xiǎn)管控提供支撐，解決報(bào)損不準(zhǔn)、不實(shí)的問(wèn)題（圖5）。

位于溫州市東南的168 黃金海岸線(xiàn)沿途有多發(fā)礦石盜采點(diǎn)高達(dá)15 處，受到當(dāng)?shù)氐乩憝h(huán)境影響，違法人員常與執(zhí)法人員“打游擊”。在引入了中國(guó)四維衛(wèi)星遙感檢測(cè)的“天空地一體化”立體態(tài)勢(shì)感知體系后，通過(guò)在海岸線(xiàn)周邊部署熱紅外監(jiān)控，結(jié)合衛(wèi)星影像和海上綜合智治應(yīng)用中的5 個(gè)基站雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)“海陸空”全覆蓋“白+黑”全監(jiān)控，有效執(zhí)法率提升到80%以上，切實(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)海洋資源環(huán)境。

5.支撐綠色經(jīng)濟(jì)

商業(yè)衛(wèi)星遙感能夠高效服務(wù)于林草管理、生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值（GEP）匯算以及生態(tài)經(jīng)濟(jì)建設(shè)等場(chǎng)景，尤其在“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方面，商業(yè)衛(wèi)星遙感可以通過(guò)自動(dòng)提取地表變化，實(shí)現(xiàn)從“抽樣測(cè)量”到“全面監(jiān)測(cè)”的轉(zhuǎn)變，并配置激光、光譜載荷實(shí)現(xiàn)植被立體結(jié)構(gòu)、植被類(lèi)型觀測(cè)，精確核算生物量。同時(shí)利用熒光遙感技術(shù)，反演植被生產(chǎn)力，獲取植被碳匯變化趨勢(shì)，時(shí)效性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高。

通過(guò)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)生態(tài)資產(chǎn)的歷史存量確定及動(dòng)態(tài)變化量監(jiān)測(cè)，支撐各級(jí)政府的生態(tài)治理與決策。同時(shí)業(yè)務(wù)化實(shí)現(xiàn)年度生態(tài)資產(chǎn)核算，通過(guò)省/市/縣多級(jí)核算，全局分析、明確各區(qū)域的功能定位，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)布局、合理調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)生態(tài)資產(chǎn)全面精確感知記錄、核算計(jì)量，落實(shí)精準(zhǔn)確權(quán)。

另一方面，相關(guān)產(chǎn)品能夠?yàn)樯鷳B(tài)產(chǎn)品交易機(jī)制提供精準(zhǔn)的底層數(shù)字支撐，助力GEP 價(jià)值核算與賦權(quán)交易。加速推進(jìn)全國(guó)大市場(chǎng)的碳權(quán)、水權(quán)、排污權(quán)、用能權(quán)等生態(tài)產(chǎn)品交易與區(qū)域交易補(bǔ)償。

四、結(jié)語(yǔ)

中國(guó)四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)將發(fā)射多樣化的衛(wèi)星載荷，建設(shè)互聯(lián)互通、高速觸達(dá)的“四維云”，通過(guò)海量動(dòng)態(tài)更新的遙感衛(wèi)星時(shí)空數(shù)據(jù)構(gòu)建云上“時(shí)空數(shù)據(jù)基座”，以云應(yīng)用平臺(tái)支撐遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)生態(tài)，拓展時(shí)空信息的行業(yè)綜合應(yīng)用解決方案，助力各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

中國(guó)四維新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)以商業(yè)化為驅(qū)動(dòng)，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展做支撐，持續(xù)推動(dòng)衛(wèi)星遙感領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新。

在國(guó)家戰(zhàn)略指引下，中國(guó)四維將用實(shí)際行動(dòng)不斷踐行商業(yè)衛(wèi)星遙感“科技向善”，以新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈與創(chuàng)新鏈的深度融合，支撐綠色經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，持續(xù)賦能地球生態(tài)環(huán)境事業(yè)，助力實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生的新發(fā)展格局。