北京系列卫星遥感大数据赋能可持续发展

2024-04-17关盛勇屈鸿钧邢锐雅

卫星应用 2024年3期

文| 关盛勇屈鸿钧邢锐雅

二十一世纪空间技术应用股份有限公司

一、引言

北京系列遥感卫星由二十一世纪空间技术应用股份有限公司（简称“世纪空间”）自主运控，经过近20 年建设，目前已发展至第三代，卫星可提供高精度平面及立体遥感大数据产品。本文重点介绍北京系列卫星遥感大数据产品的特点及其赋能自然资源调查监测、生态环境保护、智慧城市建设、粮食安全、能源转型、应急减灾等可持续发展的相关应用领域。

二、北京系列卫星遥感大数据产品

1.北京系列卫星发展概况

北京系列遥感卫星目前已发展至第三代。

2005 年成功发射的北京一号遥感小卫星是我国科技体制和研发机制创新的重大科技成果，也是首个由国家“十五”科技攻关和“863”计划联合支持按企业机制实施的遥感小卫星项目，成功探索了我国由政府支持、企业运行、商业服务的民用航天产业化发展的全新机制，为遥感卫星商业化运作探索出了一条成熟的运作模式。

北京二号卫星星座包括4 颗0.8m 全色、3.2m多光谱分辨率的光学遥感卫星，具有高空间分辨率、高时间分辨率和高辐射分辨率的特点，2015 年成功发射，多年来为自然资源部、生态环境部等10 个国家部委用户提供了可持续运行、安全稳定、产品可靠的民用空间基础设施数据服务，推动了我国航天领域体制机制的创新。

北京系列三代卫星目前在轨4 颗，其中北京三号卫星A/B 星是基于我国新一代卫星平台自主研发的高分辨率遥感智能敏捷卫星，卫星数据获取能力和影像质量达到国内领先、国际先进水平。

2.北京系列卫星技术特点

北京系列卫星具有“三超三智”的技术特点，即超高敏捷、超高稳定、超高精度、智能规划、智能处理、智能控制，具备沿任意航迹成像、正反向及多条带拼接成像、高精度立体成像和同轨多目标成像等多种实用创新成像模式（图1），尤其是高精度立体成像能力，使北京系列卫星能够统筹遥感与测绘的需求，实现遥测一体化。

图1 北京系列卫星多种成像模式示意图

3.主要遥感大数据产品

北京系列卫星遥感大数据产品主要包括高精度平面和立体数据产品。平面数据产品中，L1 级单片产品空间分辨率大幅提升，达到国际民用高水平，可进一步提升地表要素识别能力、地物精细度及微小地物判别能力。

基于高精度立体成像能力，北京系列卫星可生成立体像对产品，其中L1 级立体像对产品主要包括数字真正射影像（TDOM）产品、数字表面模型（DSM）产品、数字高程模型（DEM）产品、数字线划地图（DLG）产品、地表三维景观（Mesh）产品以及地物模型产品，可满足1∶2000、1∶5000 和1∶10000 测绘精度要求。尤其是Mesh 产品和地物模型产品作为北京系列卫星实景三维产品，可作为实景三维数字基础底座的重要组成部分助力实景三维中国建设（图2—图4）。

图2 白鹤滩水电站Mesh 产品

图3 北京商务中心区建筑物精细模型产品

图4 广西南宁市建筑物白模产品

三、北京系列卫星遥感大数据赋能可持续发展

北京系列卫星遥感大数据产品高分辨率、高精度及可立体等特点，通过服务全球自然资源调查监测、生态环境保护、智慧城市建设、粮食安全、能源转型、应急减灾等赋能全球可持续发展。

世纪空间基于北京系列卫星遥感大数据产品，在服务生态环境保护方面，创新“生态环境遥感监测+环境业务闭环服务+绿水青山蓝图决策”应用模式，构建“实景三维+物种智能识别+业务立体应用”生物多样性保护监测评估体系，服务自然保护地人类活动遥感监管与辅助督查；在服务粮食安全方面，通过农作物识别及长势监测、病虫害监测、土壤墒情监测、农畜产品价格分析与预警以及构建农业一张图综合服务平台、农情决策服务等农业大数据平台，进行数据的分析、展示和管理决策；在服务能源转型方面，还可对石油能源监测与监管、新型能源设施建设与监管等提供支撑。

特别是北京系列卫星实景三维产品反映的地理要素的位置、几何形态、表面纹理及其属性等信息能够有力支持大区域地形级和城市级三维场景的快速建模、分析与量算工作，将卫星遥感的应用领域从二维提升至三维空间，为数字政府、数字社会等提供时空数据底座，更加体现出卫星遥感时空数据作为新型生产要素的重要价值。

1.服务自然资源调查监测

基于北京系列卫星实景三维产品，世纪空间通过构建自然资源三维大数据，实现自然资源调查监测立体规划、立体调查。如监测分析地形削高填低、地表覆土绿化等生态修复措施以及生物多样性等效益指标助力山水林田湖草沙一体化生态保护修复；通过矿区Mesh 产品以及多期动态信息比对，为监管露天矿山违法采矿行为、矿产资源储量动态、矿区环境监测和矿山环境恢复提供及时信息服务，为矿区治理提供决策支持。图5 为基于自然资源实景三维业务应用服务平台开展的矿山越界开采监测和分析。

图5 矿山越界开采监测和分析

2.服务智慧城市建设

在自主研发的卫星遥感区域综合应用空间信息服务基础上，世纪空间基于北京系列卫星实景三维产品，构建了数字孪生城市底座，通过整合多维度城市管理信息，支撑城市精细化管理。此外，还可辅助城市规划和体检，如监测、分析及评估建筑总量、密度及高度（含局部超高），路网和水网密度、绿地率、建设进度、开发强度等，充分体现城市发展的数字治理新格局。图6 为基于自然资源实景三维业务应用服务平台开展的建筑体量分析。

图6 建筑体量分析

3.服务应急减灾

世纪空间自成立以来，积极响应应急管理部国家减灾中心、空间与重大灾害国际宪章（CHARTER）和国家综合地球观测数据共享平台等国内外应急减灾需求，第一时间调用北京系列遥感卫星资源，免费提供大量灾害应急数据，如2023 年2 月7 日土耳其地震、2023 年8 月3 日北京房山区大石河山体滑坡及门头沟区清水河桥梁冲毁等，为灾害评估、救援方案制定等提供了及时高效的空间信息支撑。

此外，北京系列卫星立体像对产品还可助力开展地质灾害风险监测和分析（图7），通过地形特征特别是突变和表面纹理特征分析，为提高山区地质灾害隐患判识的准确率和效率提供了重要信息支持。