吉林一号卫星遥感应用实践

文 | 王栋 朱瑞飞 特日根 王春月 王亚洲

1.长光卫星技术股份有限公司

2.吉林省卫星遥感应用技术重点实验室

一、引言

吉林一号卫星星座是长光卫星技术股份有限公司（简称长光卫星）在建的核心工程，规划由138颗涵盖高分辨、大幅宽、视频、多光谱等系列的高性能光学遥感卫星组成。截至2022 年5 月5 日，长光卫星成功通过16 次发射将54 颗吉林一号卫星送入太空，建成了我国目前最大的商业遥感卫星星座，可对全球任意地点实现每天18～20 次重访，具备全球一张图一年更新1 次、全国一张图一年更新6 次的能力（有效覆盖），重点区域可实现月度覆盖，长光卫星正朝着建设更高分辨率、更大幅宽的遥感卫星不断前进。

随着星座规模的不断扩大，卫星遥感进入了海量数据时代。长光卫星努力践行“用空天地一体化遥感信息产品服务全球70 亿人”的使命愿景，开展“共生地球”产业生态体系建设，实现遥感应用从“能做”向“能做好”“能及时做好”的目标迈进，并在政企业务、大众服务等多个领域开展了示范应用。本文以吉林一号卫星在行业监管、灾害应急监测、企业金融监测、大众服务等方面的应用为例，介绍了吉林一号卫星遥感应用的实践情况。

二、吉林一号卫星星座及数据情况

目前，吉林一号星座已经进入快速组网阶段，年内在轨卫星数量预计超过70 颗，并计划在2025年实现138 颗卫星在轨组网，形成全天时、全天候、全谱段数据获取和全球任意点10 分钟以内重访能力，可提供全球最高的时间分辨率和空间分辨率的商业航天信息产品。吉林一号卫星星座具有高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率、高覆盖率及快速响应能力等特点，可提供丰富的数据产品，包括高分辨推扫数据、视频数据、多光谱数据、夜光数据、立体数据以及惯性空间数据。

（1）高分辨推扫数据

高分辨推扫数据是吉林一号星座的主要数据类型，目前最高分辨率优于0.5m，波段为标准的5 谱设置（全色、红、绿、蓝、近红外），无控定位精度优于20m（CE90），相对辐射精度优于3%，绝对辐射精度优于7%。

（2）高分辨视频数据

区别于传统的静态影像，高分辨视频数据可以反映运动目标的重点特性，在交通、减灾、国防等应用方向有着独特的优势。吉林一号高分辨视频数据拍摄帧频最高为10 帧/s，单星最大连续拍摄时长为120s，标准时长一般为10s、30s、60s。

（3）高分辨夜光数据

吉林一号高分辨夜光数据是全球唯一的米级彩色夜光数据源，可提供城市精细化空间关联信息，可应用于城市光源分类、城市发展情况及人类活动监测、道路分析、城市功能区域面积精细分析等。吉林一号高分辨夜光数据是利用视频卫星通过凝视姿态长时间曝光获得，因此数据源与高分辨视频数据一致，灯光探测能力大于3.5lx。

（4）立体数据

吉林一号立体数据产品通过两种方式获取：一种方式是利用视频卫星凝视拍摄获取立体像对；另一种方式是通过推扫卫星的同轨成像模式获取。吉林一号可以获取立体数据的卫星包括高分02A/B/D/F 星、视频03-08 星、高分03C01-03 星，网格精度优于3m，高程精度优于3m，可根据用户需求提供立体像对、DSM、DEM 产品。

（5）多光谱数据

光谱可以在很大程度上表征地物的本征特性,光谱分辨率的提高有助于对地物进行精确识别和分类。吉林一号多光谱数据是专门针对地表定量化应用研发的卫星数据产品，波段范围从可见近红外到长波红外共计26 个光谱，主载荷空间分辨率为5m。

（6）惯性空间数据

吉林一号惯性空间数据是视频卫星的衍生数据产品，充分利用吉林一号视频卫星姿态控制能力强的特点，对惯性空间目标拍摄成像，最高可识别12等星的天基空间目标，可应用于空间碰撞预警、态势感知和空间环境研究等前沿领域。

三、吉林一号卫星行业监管应用

1.卫星遥感智慧监管平台

利用卫星遥感进行行业监管的总体思路为以吉林一号高频次、高分辨率、广覆盖卫星遥感数据为核心，以卫星遥感分析服务为基础，坚持监管问题为导向，建立“查、测、治、督、溯、评”的管控体系，形成标准化、智能化的监管流程，研发卫星遥感智慧监管平台，实现从问题的发现、调查、审核、整改、追溯和考核的全流程闭环监管，平台总体框架如图1 所示。卫星遥感智慧监管平台以支持天上看、地上查、网上管为目标，采用APP 终端与Web 系统相结合的模式，重点解决监管点随机性强、监测信息不及时、监管人员少、执法核查效率低、精准管控难、可追溯性差等实际难题。基于该平台，已为农林、水利、环保、交通、自然资源、城市建设等领域提供高质量的遥感信息服务。

图1 卫星遥感智慧监管平台总体架构

（3）“两违”整治监测

在城市管理中，存在着大量私自占用土地资源，建设未经批准建筑的行为。“两违”现象大量出现，严重影响了城镇规划、土地利用总体规划和重点项目征地拆迁工作。因“两违”数量多、处置难度大，难以在规定的时间内完成疑似违法图斑的核查及整改处理工作。

在文昌市“两违”整治监测项目中，长光卫星基于吉林一号卫星进行月度监测，通过深度学习地物提取算法，在一张图产品中精准快速识别违法建筑物、构筑物、设施农用地等“两违”信息，利用卫星遥感智慧监管平台推送给执法部门进行核查、处理，监管部门可通过手机APP 随时随地查看巡查地段建筑物是否合法。

（4）裸土扬尘污染源识别

扬尘颗粒污染物在颗粒污染物中所占的比重较大，已经成为城市颗粒污染物的主要因素，城市扬尘污染源遥感监管具有迫切需求。

长光卫星利用吉林一号高分辨卫星对长春市裸土扬尘污染源进行月度动态监测，并利用人工智能识别技术对“施工工地、拆迁工地、物料堆场、裸露地面”4 类扬尘污染源进行自动识别，基于“查、测、治、督、溯、评”的应用服务模式研发了裸土遥感监管服务系统，实现了裸土扬尘污染源从监测到治理的闭环管理，解决了裸土扬尘源发现不及时，执法核查效率低和精准管控难的扬尘污染治理难题。

（5）非正规垃圾堆监测

在我国城镇周边及农村，正规垃圾处理场地建设相对滞后，存在大量的非正规垃圾乱堆乱放的现象，长期堆积的垃圾产生的滤液、恶臭和污染气体很容易对水源、土壤、大气形成污染，对周边居民健康造成危害。垃圾堆放点分布范围广，实地调查需耗费大量的人力物力，且效率低下，卫星遥感影像具有客观性、及时性，在垃圾场地监测和管理上有着显著的优势。

长光卫星利用吉林一号卫星对吉林省全省范围进行周期性扫测，利用人工智能算法快速识别非正规垃圾堆放点信息，并对生活垃圾、建筑垃圾、生产垃圾进行自动分类，解译成果通过卫星遥感智慧监管平台进行发布，业务单位通过核查APP 进行现场核查并对垃圾堆进行及时清除整治，为改善城乡人居环境发挥了重要作用（图4）。

图4 非正规垃圾堆放监测

四、吉林一号卫星灾害应急监测

传统的应急遥感数据服务存在着数据获取流程繁琐、可扩展性差、资源分散、处理效率低等问题。为此，长光卫星通过星地一体优化设计，实现内外部资源协调整合，充分发挥吉林一号星座卫星数量多的优势，具有需求响应快、服务能力强的特点，已形成由任务规划、卫星成像、数据接收、数据生产到数据分发的整套全自动快速响应流程，应急任务可在成像同时数传，用户最快可在指令上注15分钟内获得生产完成的标准影像。吉林一号卫星多次参与相关部门组织的应急演练，应急响应能力达到国内领先水平，并在森林草原防火、城市安全监管、地质灾害监测、农业气象灾害防范，以及国际重大突发事件应急援助等领域成功开展应用。

1.森林火灾预警与监测

森林火灾给森林生态系统造成毁灭性伤害，分析影响森林火灾发生的潜在影响因素，及时发现火点，对于林火的预防和扑救指挥有着重要的意义。将吉林一号卫星数据与气象、基础地理信息等多源数据相融合，利用人工智能、大数据分析等前沿技术，构建了森林火灾预警和监测服务体系，实现乡镇级行政单元的未来24h、48h、72h 和一周的精细化森林火险等级风险预警，并可在发生火灾时第一时间调用吉林一号卫星对受灾现场进行白天和夜间的应急拍摄，及时获取火区范围、火势变化、火头位置移动、新火点出现以及扑灭等方面的信息。

2.城市安全遥感监测

随着我国城镇化不断加快，当前自然灾害和生产安全风险形势严峻复杂，应急管理工作面临巨大挑战。利用卫星遥感宏观、动态、综合监测等特点，辅助开展自然灾害和生产安全事故风险感知识别、监测预警预报、风险预防控制、灾害救援与评估等工作，并与地面、航空等各类信息相融合，构建天空地一体全域应急保障系统，能够为防范化解重大风险隐患，提升综合防灾减灾救灾能力提供有力支撑。在吉林一号地面应急服务体系支撑下，长光卫星研发了城市安全遥感大数据平台，并以杭州市为例开展了城市安全遥感监测应用。

3.国际应急监测服务

从2016 年起，长光卫星积极响应中国GEO 全球灾害数据应急响应机制，第一时间收集整理灾前存档数据、紧急制订卫星拍摄计划，并安排专人开展吉林一号灾后数据接收及处理等工作，持续为受灾国家提供灾情分析和损失评估等公益性服务。目前，长光卫星通过国家综合地球观测数据共享平台先后提供伊朗洪水、巴西溃坝、黎巴嫩贝鲁斯特港口爆炸、印度尼西亚山洪和泥石流、泰国曼谷化工厂爆炸等20 余次全球重大灾害应急响应服务。

五、吉林一号卫星企业金融服务

2016 年以来金融科技成为整个金融业关注的焦点，金融科技的核心是利用现代科技成果优化金融产品、经营模式和业务流程,为金融业转型升级持续赋能。借助卫星遥感数据高时效性、全面性、客观性、公正性的特点，结合人工智能算法快速提取金融投资机构所需的各类要素信息，为提升金融投资能力，规避或者降低金融投资风险提供数据支撑。长光卫星基于吉林一号卫星遥感数据已经在农业保险、投资实物量监测、能源期货等领域开展了应用。

1.农业保险监测

我国作为农业大国，广袤的地理环境孕育了丰富的农业资源，但也致使我国成为世界上受自然灾害影响最大的国家之一。农业保险作为农业风险管理的有效手段，在分散风险、稳定农业生产方面发挥了重要作用。长光卫星充分发挥吉林一号卫星监测范围广、光谱信息丰富、重访周期短等优势，提供投保作物核查、农作物长势高频跟踪监测、墒情监测、病虫害预警、灾害应急监测、灾害损失评估等遥感监测服务，为农业保险精准承保、精细管理、精确理赔提供有图可查、有据可依的客观支撑。2021 年，在吉林省白城市、长春市等地的14 个乡镇分别为中航安盟、国寿财险和太平洋三家保险公司提供了承保作物地块级监测服务，分析结果直接作为最终方案理赔到户，真正实现了“按图承保”“按图理赔”的保险服务新模式。

2.在建工程投资实物量估算

随着城市不断快速发展，固定资产投资统计项目呈现数量多、分类复杂、分布点多面广等特点，依靠传统模式统计监管难度较大。通过卫星遥感技术可以排除外界干扰因素，客观进行项目工程进展的评价分析，极大地提升项目监测效率，降低监测成本。同时利用存档遥感数据，能解决投资数据监测不可回溯的问题。长光卫星利用吉林一号卫星高分辨、快速重访等优势开展了包括项目类型、在建状态、形象进度和异常判定等内容的工程投资项目监测。

3.石油能源期货预测

能源价格直接关系国民经济安全，通过多种信息预测未来一段时间原油期货价格，对制定策略、辅助投资决策、保障投资安全有重要意义。通过研究发现美国库欣原油储存区的原油库存与相关能源期货贸易具有较强的相关性，因此长光卫星利用吉林一号卫星对美国库欣原油储存区进行高频次监测，每周平均拍摄7～8 次，最高可达每周18 次。首先基于深度学习模型识别出库欣区每个浮顶油罐，以及油罐的内外壁阴影；然后利用卫星高度角、拍摄角、太阳高度角、阴影长度等参数，使用几何模型计算出每个油罐的储油率，结合各个油罐的直径、高度等参数可以计算出整个库欣区原油库存的满油率。在此基础上，结合历史原油库存与满油率、多维行业数据，对其库存进行预测。

六、吉林一号卫星大众应用

目前卫星遥感应用的市场主要集中在政府和农业、林业、生态环保等传统行业领域，虽然卫星地图早已应用在移动导航设备上，走进了大众生活，但遥感应用的大众市场并没有完全打开。近几年长光卫星一直在探索更多的大众应用场景，打造“卫星目击”“太空毕业照”“遥感星图”等多个自媒体栏目，通过“遥感+”的方式拓展了卫星在文旅、科普、探险等各个领域的应用场景，让大众用户通过卫星影像和图片解析了解全球各地发生的新鲜事，同时发现卫星影像的艺术价值。依托吉林一号海量卫星数据资源研发共生地球，力争打造中国版的数字地球产品，实现用遥感信息服务全球70 亿人的目标。

1.面向大众的卫星新闻

借助多期卫星遥感影像，可以将新闻事件中出现的地形、地物与遥感影像进行匹配，获取事件发生的确切地点、时间以及状况。无论是实况调查，还是对重大灾害或冲突地区的报道，由于卫星影像所体现出的客观性和公正性，如今正被专业记者广泛使用。卫星遥感影像已经成为新闻业不可或缺的工具。

在日本政府正式决定将福岛第一核电站上百万吨核污水排入大海的消息曝出后，吉林一号卫星及时通过卫星影像，结合人工智能算法识别到福岛第一核电站厂区存在42种不同直径和高度的储存罐，累计数量为1182 个，可存储178 万吨的核污水。这条卫星新闻一经发布，在社会上引起广泛关注。

2.个性化旅游及户外运动规划

为应对疫情冲击及适应线上消费需求，景区云旅游兴起。通过卫星影像和高程数据融合构建三维实景，让大众足不出户便可游览全球，成为疫情期间旅游行业寻求创新转型、满足游客需求的一个突破口。对于喜欢野外探险、徒步骑行、高山滑雪的户外爱好者，在探索一个未知区域之前，可以通过卫星大视野概览目的地全貌，借助三维实景了解当地地形地貌，进行科学的前期规划，有效降低户外运动带来的风险。

3.面向大众的遥感服务APP

为了探索大众应用新模式，长光卫星研发了一款集成数字化地图及应用集群的综合数字地球平台APP——共生地球。平台设计以大众需求为出发点，以吉林一号卫星海量数据产品及应用服务为落脚点，以遥感行业生态应用为增长点，旨在发展成一套完整的遥感服务大众用户的数字化产业集群。

“共生地球”允许生态伙伴在平台上进行功能和插件开发，融入共享共创的概念。通过共生应用的方式，向客户展示更多遥感行业的应用形式。将遥感应用与用户生活场景相结合，拉近遥感与大众的距离，让用户了解到遥感在日常生活中的应用价值。随着用户对卫星遥感认知的提高，面向大众的市场有望打开更大的成长空间。

七、展望

近年来，随着商业航天的迅速发展，商业公司已经成为卫星数据和增值服务的重要提供者，卫星遥感进入海量大数据时代，在社会生产和生活各个领域的应用愈加广泛。本文通过介绍吉林一号卫星在行业监管、灾害应急监测、企业金融监测、大众服务等领域的示范应用情况，展现了商业遥感星座在满足用户对广域高频次高分辨遥感数据需求方面具有的潜力。长光卫星将继续坚持开放、合作的原则，与生态伙伴一起，共同推进遥感应用朝着“及时、好用”的方向发展，不断开展技术创新与商业模式创新，以期卫星遥感技术真正惠及人民群众、提升社会生活品质。