遥感卫星大数据产业化应用

2019-11-21傅俏燕隋正伟龚亚丽中国资源卫星应用中心

卫星应用 2019年10期

文 ∣ 傅俏燕隋正伟龚亚丽中国资源卫星应用中心

自1999年10月14日中国成功发射首颗传输型陆地观测卫星中巴地球资源卫星01星（CBERS-01）以来，国产民用陆地卫星的发展已经走过了20年的历程。中国陆地观测卫星的数量不断增加，数据质量不断提高，数据服务能力与服务水平不断提升。中国陆地观测卫星的数据产品已经广泛应用于国民经济的各个领域，取得了显著的社会效益和经济效益。

中国资源卫星应用中心承担我国对地观测卫星数据处理、存档、分发和服务设施建设与运行管理，是国家三大卫星应用中心之一。建设的中国陆地观测卫星数据中心是国家空间信息基础设施的重要组成部分，已成为全球民用陆地观测卫星在轨数量最多的国家遥感卫星数据中心。

一、国产陆地观测卫星系列发展

1.现有卫星资源

自1999年至今已发射多个系列的民商用陆地观测卫星27颗，目前在轨运行24颗,为国民经济和国防建设提供支持。中巴地球资源卫星04星满足中分辨率普查数据的需求。环境减灾小卫星A/B星搭载有宽幅CCD相机和我国首个高光谱相机，全球数据覆盖周期缩小到2天；环境减灾小卫星C星是我国第一颗合成孔径雷达卫星，可以全天时、全天候工作。资源一号02C星进一步满足用户对高分辨率卫星数据的需求，数据获取能力大幅提高。资源三号01星是我国第一颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星，资源三号01/02星提供丰富的三维几何信息。实践九号A/B星是我国新技术试验卫星系列的首发星。高分系列卫星中，已发射了多颗高分系列卫星，高分一号卫星（2m/8m）是高分专项首颗星，高分二号（0.8m）是目前空间分辨率最高的民用卫星，高分三号卫星是全球首颗1m C-SAR卫星，高分四号卫星为50m分辨率静止轨道卫星。张衡一号电磁监测试验卫星是中国全新研制的国家民用航天科研试验卫星，也是中国地球物理场探测卫星计划的首发星。根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》，中国资源卫星应用中心负责建设运行的遥感卫星共计40余颗，将于2025年前陆续发射升空，加速构建具有国际先进水平的国家民用空间基础设施。

高景一号卫星是中国首个全自主研发0.5m商业卫星星座，中国四维测绘技术有限公司投资建造并负责全球市场运营。4颗国产高景一号卫星星座，联合12颗代理的国外卫星，提供卫星商业服务。后续规划24颗高分辨率商业遥感卫星，确保国内0.5米级遥感数据市场服务能力。

2.地面基础设施建设

经过多年的发展，中国资源卫星应用中心卫星地面基础设施建设取得重要成果。逐渐建成一体化的多星联合任务规划平台。遍及全球的卫星地面接收站网，已形成包含境内七地（北京、喀什、三亚、昆明、牡丹江、广州、乌鲁木齐）、境外四地（南非、泰国、新加坡、北极）的全球数据接收体系，大大提升了民用陆地观测卫星的全球数据获取能力。基于“私有云架构”的数据中心，有效应对了我国陆地观测卫星的高密度发射，在卫星发射前均顺利完成地面系统建设任务，并于卫星发射后顺利投入在轨测试和系统运行；系统具备70PB以上在线数据存储能力、日均18TB零级数据处理能力，及1200万亿次的计算能力。覆盖所有载荷的全国定标场，已建成并投入使用八个定标场，实现光学载荷业务化定标，满足SAR的定标需求；正在建设九个定标场，实现SAR的业务化定标，满足测高激光雷达、大气激光雷达等新型载荷的定标能力。建成“三网合一”的共享网络平台，光纤专线服务37条（1Gbps），电子政务网覆盖范围扩展到京内85家部委行业用户及31个省、自治区、直辖市，互联网注册企事业用户3900多家。

二、国产陆地观测卫星应用服务

1.服务模式

遥感“大数据”的价值越来越得到业内的广泛重视，借助遥感大数据推动遥感产业化不断发展。中国资源卫星应用中心经过多年的探索，逐渐形成四种服务、四位一体的服务模式，包括：数据服务，解决遥感数据获取、处理、管理、传输等问题；应用服务，结合GIS、计算机技术提供行业遥感卫星监测应用服务；信息服务，提供遥感信息服务、节省人力成本、提升效率；价值服务，结合数据、应用以及信息服务，提供“咨询服务”，指导用户决策，创造价值。

2.典型应用

（1）遥感数据传统行业服务

在传统行业服务中，遥感卫星大数据已广泛应用于环境保护、海洋监测、工业和信息化行业建设、城乡建设等方面。

国土行业服务中，累计向国土行业提供国产卫星数据509万景，开展全国土地执法监察、国土测绘以及海洋监测等应用服务，已成为“全国土地利用变更调查监测与核查工程”不可或缺的手段，国产卫星数据占比达91%。在土地确权中，应用遥感测绘技术，能够提供清晰准确的图片和数据，确保对数据信息的识别和判读，结合地块调查确认，明确土地权属和界限，保证土地确权工作的质量要求（图1）。遥感影像解译结果直接与拆迁补偿民生民权相关。

图1 遥感影像在土地确权中的应用

在农业服务领域，连续4年承担山东省农作物面积遥感测量工作，完成遥感影像的查询下载和处理、全省行政村的二类测量、主要农作物种植空间分布遥感测量、成果数据入库归档、图集的制作等。图2为山东省平阴县农业普查成果图。

图2 山东省平阴县农业普查成果图

在林业服务领域，基于三维可视化遥感平台，构建智能化的森林防火卫星监测应用与应急指挥平台（图3），提升森林防火信息感知、信息传输、信息处理和信息应用能力，为林业用户提供数据、软件、硬件集成和持续更新的整体解决方案。

图3 森林防火卫星监测应用与应急指挥平台

水利行业服务中，利用资源三号2m分辨率影像，结合实地调查样本，分别对2012年和2013年淮南市焦岗湖湿地类型进行了分类，包括湿土、旱地、水域、树林、芦苇、荷叶、水草、水田和建筑，并进行了焦岗湖2012-2013年湿地类型变化监测（图4）。

图4 2012-2013年淮南市焦岗湖湿地资源分类变化监测图

环境保护行业服务中，累计向环保行业提供影像243.8万景，初步构建了天-地一体化资源环境监测技术体系。国产民用陆地观测卫星数据已全面应用于国家生态保护红线监管等重大工程中。图5为采用高分四号卫星50m多光谱影像监测2016年1月21日北京上空雾霾情况。

图5 雾霾监测

海洋行业服务中，综合编排9颗在轨2m卫星资源，保障20海里海岸线每15天覆盖率70%以上，每月覆盖率85%以上，开展海岛数量、海岛分布、海岛边界的动态监测，为海岸带开发利用现状和变化情况监测提供可靠的数据支撑。图6为海岸线开发建设活动监测图。

图6 海岸线开发建设活动监测

工业和信息化行业服务中，依靠卫星重访周期获得同一地区的多幅SAR影像，利用多时相的雷达图像的相干信息，可以获取沉陷区的地表沉陷量、地表沉陷速率等定量信息，并分析整个区域的沉降趋势。图7为高分三号北京局部区域沉降速率图。

图7 高分三号北京局部区域沉降速率图

城市建设行业服务中，利用遥感影像进行城市违法用地、违法建设“两违”监测（图8）。“两违”监管的对象除了基本农田和耕地，还包含城市建筑。“两违”监测不仅包括平面变化监测，还包含建筑物的高度监测，即建设高度是否违反国家规定。利用高景卫星立体成像技术，不仅获取建筑物平面位置、占地面积，还能提取建筑物高度信息。利用每期获取的立体影像图与上期立体影像进行对比，可发现并提取建筑的高度变化，特别是对城乡结合部的建筑加盖现象的监测提供了一种非常有效的手段。

图8 遥感影像城市“两违”监测

（2）遥感数据新兴行业服务

在农业保险服务中，充分利用高分辨率卫星遥感影像的天然“大数据”属性，在地块与作物识别、农作物长势监测、灾后损失评估、按图理赔、按图承保等方面发挥作用，为农业保险承保和理赔提供精准数据支撑。图9为利用遥感影像对同一区域地块划分、多年种植作物变化、种植结构进行比对。

图9 利用遥感影像对同一区域地块划分、多年种植作物变化、种植结构进行比对

在自然资源审计服务中，基于研发的“遥感审计三维可视化平台” ，开展高尔夫球场、自然保护区、围湖造田、围海造田、填海造岛、化工园区等专项遥感审计应用，辅证其他相关审计数据，为领导干部自然资源审计工作提供有力支撑。图10为利用平台进行自然资源保护区人类活动监测。

图10 自然资源保护区人类活动监测

在智慧旅游服务中，“旅游一张图”是一款集成了国产高分辨率遥感卫星影像、高精度导航电子地图、国产导航地图平台和我国自主的北斗卫星导航系统定位功能的聚焦旅游应用服务的国产卫星大数据旅游服务平台（图11）。

图11 旅游一张图

在海关边防服务中，辅助海关“国门利剑”工作，针对全国直属海关缉私局缉私侦察办案需求，利用遥感卫星技术，及时传递指定区域、指定时段的卫星遥感高清制图及专项分析报告，为缉私干警提供最新遥感卫星影像分析信息，为打私行动提供重要保障。图12为利用遥感图像对海上重点船只进行监测。

图12 海上重点船只监测

在精准气象服务中，基于北斗的智能精准气象信息服务系统（图13），通过将气象数据融合到地理信息与动态位置信息上，实现了“面向对象”的高时空分辨率动态气象信息服务能力。实现分钟级1km×1km格网实时气象数据与动态交通信息的融合，提前15min的精准道路路段雷暴预警，提前20min的精准区域暴雨暴雪预警，提前30min的精准路段雾霾预警。