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蓝皮书文章丨国内外陆地遥感卫星发展应用现状和建议
2024-06-0727

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#产业报告#工委会

本文选自《地理信息产业蓝皮书·中国地理信息产业发展报告(2023)

国内外陆地遥感卫星发展应用现状和建议

中国地理信息产业协会遥感影像应用工作委员会

唐新明 王甄铭

一、前言

卫星遥感能力和应用水平是国家对地观测能力的直接反映,也是国家核心竞争力的重要体现,在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优势,是战略性、探索性、创新性强的观测手段,也是实施全球可持续发展战略的基础支撑。我国陆地卫星遥感技术起源于20世纪80年代,经过30多年的发展,在高分辨率对地观测系统重大专项、国家民用空间基础设施规划、民用航天研究、“一带一路”空间信息走廊等发展规划和重大工程的推动下,与大数据、人工智能、信息通信技术(ICT)、云计算、物联网等新兴技术深度融合,陆地遥感卫星及 其应用体系快速发展,实现了光学、多光谱、高光谱、雷达、激光等多种观测手段,卫星遥感从最初的依赖国外向立足自主数据,从科学试验向业务化运行逐步转型,已成为自然资源管理、环境保护、应急管理、交通路网、警务安防、金融风控、审计监察等不可或缺的高新技术手段,成为加快数字中国和数字经济发展的关键领域。

党的十八大以来,国家从战略规划和行业政策上都对遥感卫星发展及应用进行了大力支持,我国天基资源不断完善,卫星种类日趋丰富,遥感性能逐步提升,行业应用和商业发展初具规模。2016年,国务院关于《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》明确指出,要做大做强卫星及应用产业,建设自主开放、安全可靠、长期稳定运行的国家民用空间信息基础设施。2020年,国家提出加快发展“新型基础设施建设”,卫星遥感与工业互联网、智能电网、人工智能、新一代移动通信网络等新基建的融合应用进入快车道。截至2022年11月,我国在轨稳定运行的 遥感卫星达200余颗,居世界第二位,仅自然资源部作为牵头主用户的卫星数量就达到25颗,具备了全球全要素、全覆盖、全天候、全天时、全尺度的卫星遥感数据获取和调查监测能力,自主卫星替代率达到92%。北京系列、珠海系列、高景 系列、吉林系列、珞珈系列小卫星和商业遥感卫星体系化运行能力不断提升。卫星遥感形成了多分辨率、多比例尺的空间信息产品生产和应用服务能力,产业规模从2012年的40.83亿元增长至2021年的118.12亿元,在国民经济建设和国防建设等方面逐步形成支撑能力,与国际先进水平差距不断缩小。但也存在卫星遥感及地面应用体系不够健全,国际开创性、领先性自

主创新较少,卫星定量化指标与国外卫星仍有差距,“一星多用、多星组网”优势未被充分利用,自主化、智能化数据 处理水平有待增强等不足和短板。

目前,全球空间基础设施已进入体系化发展和全球化服务的新阶段。卫星遥感向地球整体观测和多星组网观测发展,逐步形成立体、多维、高中低分辨率结合的全球综合观测能力和高精细、精细化、智能化的应用服务能力。空间、时间、光谱分辨率、敏捷机动能力、定位精度等指标大幅提升,多星组网成为一种常态,高中低轨道结合,大中小卫星协同,能够准确快速提供多模式的对地观测遥感数据和产品。由可见/不可见、主动/被动、线阵/面阵等多种类型传感器数据交叉组合的复合测绘成为一种新的手段,创新了传统的卫星遥感体制和理论方法。卫星应用水平和商业服务模式也在创新升级,卫星遥感应用从传统的基础应用向专业应用、深度开发和社会化服务拓展。卫星遥感技术成为全球化发展态势下获取自主对地观测信息、把握空间信息资源主导、抢占经济科技竞争制高点、保障国家利益和国家与公共安全的核心支撑技术。
二、我国陆地观测卫星遥感发展及应用现状

(一)我国陆地遥感卫星发展现状

我国光学、雷达、高光谱、多光谱、激光载荷陆地遥感卫星观测体系持续完善,其中光学遥感卫星的传感器空间分辨率、敏捷机动能力、几何定位精度均显著进步。高分辨率对地观测系统重大专项的首颗卫星高分一号于2013年顺利升空,2014年我国自主研制的首颗空间分辨优于1米的民用光学遥感卫星高分二号卫星成功发射,标志着我国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。2018年业务卫星星座2米/8米光学卫星成功发射,与高分一号进行协同观测,实现11天全球覆盖、1天重访。其作为我国首个自然资源业务卫星星座,在继承高分一号卫星成熟技术的基础上,突出高分辨率、宽覆盖、灵活观测等应用导向,开启了我国自然资源调查监测和保护监管的新时代,是我国民用遥感卫星星座发展的标志。资源三号01星于2012年成功发射,实现了国产民用测绘卫星零的突破,将国产卫星几何定位 精度从数百米提高到10米,后续资源三号02/03星的成功发射实现了我国自主民用立体测绘卫星组网运行,成功获取全球高分辨率三线阵立体影像,使重访周期有效缩短,实现了1∶5000测绘产品生产能力以及1∶2.5万和更大比例尺地图的修测和更新能力,为全球地理信息资源建设、新型基础测绘、“天地图”及行业应用提供了丰富的立体遥感影像和地理信息产品。5米光学业务卫星成功发射和双星组网运行,标志着我国自然资源高光谱业务卫星数据获取与应用能力建设迈上新台阶,实现了高光谱卫星从科研向业务转变。高分七号卫星于2019年11月成功发射,是国家高分辨率陆地观测系统中测图精度要求最高的科研型卫星,实现了我国民用1∶1万比例尺卫星立体测图。

高精度干涉测量合成孔径雷达(InSAR)遥感卫星具备全天时、全天候雷达数据获取能力,在光学遥感影像无法获取的情况下,利用干涉雷达卫星替代光学遥感可以弥补光学遥感影像缺失而造成的空间信息缺失。2016年我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星高分三号卫星(GF-3)发射,实现了我国雷达成像卫星技术的重大跨越。在陆地观测合成孔径雷达卫星遥感方面,L波段InSAR卫星的发射和双星组网运行,为全球高程模型建设、地面沉降监测、应急测绘等提供了新型技术手段。

在对地激光测高应用方面,资源三号02星首次搭载了对地激光测高仪试验载荷。高分七号卫星搭载了2波束、3赫兹的激光测高仪,测距精度达0.3米,可为1∶1万立体测绘提供支持。我国首颗陆地生态系统碳监测卫星搭载5波束激光测高仪,用于全球高程控制点数据库建设、全球无控制测图、极地冰盖测绘等。激光测高卫星作为光学成像的有益补充,可以提高数据获取的时效性、精确性,为困难地区地形测绘、海洋测绘、极地测绘、城市变化监测、应急测绘保障等提供快速可靠的三维地理空间信息。

全球高程基准的高精度统一已成为国家“一带一路”倡议、海洋战略中空间信息资源获取的重要瓶颈问题。发展重力卫星,联合地面重力测量、卫星测高等多元重力信息获取技术,开展高精度的全球统一高程基准研究,有助于突破全球高程基准统一、全球高精度(似)大地水准面构建与维持等关键技术,为践行“一带一路”倡议和全球化发展等提供服务。从20世纪80年代起开始跟踪国外动态进行重力场恢复技术研究,在利用卫星跟踪卫星技术反演重力场方面取得了丰富成果。90年代初对卫星重力梯度恢复重力场的理论方法及软件设计进行了卓有成效的研究。目前民用重力梯度测量卫星预研正在推进,开展了重力测量卫星系统需求论证分析,具备了一定的技术储备。

针对自然资源管理“两统一”需求,按照山水林田湖草沙统一管护的思路,自然资源陆地越卫星遥感应用围绕卫星观测体系、产品体系、监测体系和应用服务体系建设持续创新,自主数据获取能力逐步提升,卫星产品体系日益完善,自然资源遥感监测体系初步构建,卫星应用服务体系跨式发展。聚焦国际前沿,不断加强卫星遥感的基础理论、关键技术和工程应用研究,突破核心技术瓶颈,产出了一批具有国内领先甚至国际先进水平的研究成果,部分自主研发的技术成果转化为现实生产力。自然资源部目前在轨的陆地卫星可以提供涵盖光学、高光谱、雷达、激光等不同类型的卫星数据,通过卫星组网编队等手段,数据获取能力明显提升。基本实现了全国陆域2米卫星数据季度覆盖,有效覆盖比达90%以上;月度平均覆盖由50%提升至70%,北方主体可实现月度覆盖,南方极端困难区域有效覆盖由一年一次提升至一年两次。自然资源陆地卫星年度获取影像累计覆盖面积约18400万平方千米,相当于覆盖全部陆地国土19遍。

(二)我国陆地遥感卫星应用情况

我国陆地遥感卫星调查监测范围不断拓展。在全国范围内,采用2米级国产卫星影像,实现每天对400平方米以上的新增线形地物、建(构)筑物、推填土、光伏用地和高尔夫用地等5类要素变化监测,实现重点要素变化全国季度性监测、重点区域月度监测、特定目标即时监测,与国土规划和土地管理信息融合,常态化支撑国土卫片执法工作。聚焦国土空间规划、重大战略、重大工程、重大政策实施等遥感监测评估需求,完成了长江经济带11个省市的交通、热环境、化工企业、生态要素、人类活动等卫星遥感综合监测与分析,全面支撑国家重大政策决策评估。完成了全国住宅用地以及低效用地的遥感监测与分析试点工作,初步构建了综合分析指标和分析评估技术体系,为国土空间优化利用提供了有力支撑。围绕自然资源质量与生态管控对于定量化、精细化遥感调查产品的需求,完成了三江源、新疆 阿尔泰、大兴安岭—呼伦贝尔、黄土高原、京津冀、长江经济带等重要生态功能区或主体功能区多年植被覆盖度、净初级生产力、叶面积指数、蒸散发等生态特征参量的监测与变化分析。完成了长江经济带2008—2018年植被及水质参数产品生产,摸清了长江经济带宏观植被的生长状况及重点湖库水质变化状况,为重点生态区自然资源保护、大江大河系统治理提供了技术支撑。同时,陆续开展全国红树林资源遥感监测、全国季度卫片执法遥感监测、全国高尔夫球场季度监测、全国冰川分布及变化遥感监测、长江经济带国土空间规划卫星遥感监测等任务,逐步完善涵盖 覆盖类型、变化监测、参数反演的全要素地表变化智能解译技术体系、多载荷多尺度多时相数据一体化处理体系和统一地表覆盖监测信息服务体系,构建全覆盖、全要素、多尺度的自然资源监测体系,实现陆地遥感卫星监测范围和水平不断扩大和提升。

我国陆地遥感卫星服务能力持续提升。建成了以自然资源部国土卫星遥感应用中心为主节点,省级节点、行业节点、市级节点和国际节点组成的全覆盖、多层级自然资源卫星遥感云服务平台,为部省协同推动构建资源共享、创新高效、务实管用的自然资源陆地卫星技术体系,实现陆地观测遥感卫星影像、产品和成果服务“横向到边、纵向到底”。云服务平台为自然资源全系统包括国土、海洋、测绘、地调、林草等应用需求单位,水利、生态环境、交通等7个部委服务。截至2023年,云平台节点总数达290个,其中部属机构31个、省级中心32个、省级节点29个、市级节点143个、行业节点14个、国际节点31个,其他节点10个。支撑第三次全国国土调查统一时点更新、常态化地理国情监测、全球地理信息资源建设与维护更新等重大工程和主体业务影像保障,为“盐湖水位上涨”“响水爆炸”“六盘水滑坡”“伊朗水灾”“老挝森林火灾水灾”等突发灾害应急抢险提供百余次卫星影像数据保障,为国家和地方政府、灾害救治部门管理指挥决策和应急救援工作提供了及时准确的卫星遥感信息服务支撑。总体上,陆地遥感卫星数据保障能力全面提高,省级应用成效持续放大,陆地遥感卫星应用逐步走向体系化、精细化和智能化。
三、国外卫星遥感发展现状

(一)国外遥感卫星发展现状

国际卫星遥感技术加速升级换代,全球空间基础设施已进入体系化发展和全球化服务的阶段。高分辨率、超高分辨率光学卫星已成为新一代遥感卫星的基本发展方向,光谱分辨率、时间分辨率、几何定位精度等典型特征应用参数也大幅提升。除光学卫星之外,雷达、高光谱、激光测高、重力等多种类型传感器的遥感卫星已经成为全球空间信息获取的重要手段。随着信息化浪潮持续加速,低成本遥感小卫星发展迅猛,为遥感卫星市场带来了新的活力。

在光学卫星方面,美国拥有连续陆地观测长达50年的 Landsat系列、世界上第一颗高分辨率商业遥感卫星 IKONOS、世界首颗亚米级分辨率商业卫星QuickBird 等以及分辨率已达0.31米的WorldView-3/4卫星,代表了当前民用遥感卫星最高水平。欧洲的光学遥感卫星主要以法国的 SPOT系列、Pleiades系列和俄罗斯的Resurs(资源)系列为代表。亚洲国家的光学遥感卫星技术水平也已具备相当的国 际竞争力,日本宇宙航空研究开发机构研制的ALOS三线阵陆地观测卫星、印度发射的Cartosat制图卫星、韩国的KOMPSAT卫星全色分辨率也达到了亚米级。

在雷达卫星方面,欧洲于2007年发射了TerraSAR-X 高精度干涉雷达测量卫星,与2010年发射的TanDEM-X构成卫星星座,可提供格网尺寸12米、高程精度4米的数字高程模型数据。德国、意大利等国家在卫星研制方面由单一成像模式向多种成像模式转变,极化方式由单极化向多极化甚至全极化发展,分辨率由百米量级提高至亚米级。

在激光测高卫星方面,激光测高卫星正逐步成为高精度地形测量的新手段。

美国先后成功发射了MGS、ICESat、LRO等多颗激光测高卫星。搭载了地球科学激光测高系统的ICESat卫星是用于全球陆地观测的激光测高卫星,在极地冰盖监测、全球陆地高程测量、海冰测量、森林生物量估算等方面具有广泛应用。

在重力卫星方面,欧洲和美国处于国际领先地位,先 后发射了CHAMP、GRACE与GOCE等重力卫星,采用的卫星跟踪卫星技术和卫星重力梯度测量技术成为目前主要的重力探测技术,测定的地球重力场和大地水准面中长波精度较 EGM96等重力场模型提高了2-3个数量级。

此外,发达国家高度重视全球空间信息数据源建设,纷纷抢占国际制高点。通过稳步推进卫星规划布局、发展多类型平台传感器、强化基础设施持续性研发和资源整合、构建遥感星座、建设全球地面接收网络和定标服务网络,形成了高效、持续、稳定的全球遥感数据获取能力,为本国遥感卫星的全球化运营与国际化服务奠定了基础。美国 DigitalGlobe公司拥有全球影像数据库、全球数字高程模型及其他产品,产品可用于制图、公共安全和石油天然气勘探等应用领域。此外,遥感微小卫星星座已成为快速、动态获取全球影像数据的有效途径。美国Planet Labs公司研制的Planet遥感卫星群作为目前全球最大规模的微小卫星星座群,可实现每天获取一遍全球覆盖影像,在数据获取方面具有覆盖全面、更新及时等优势。

(二)国外卫星遥感应用情况

卫星遥感技术加速升级换代。国际上具备遥感卫星研制能力的国家都在努力发展其下一代高分辨率陆地观测卫星系统。其中,以美国等为代表的西方发达国家一直占据技术领先地位,具备了高效、持续、稳定的全球遥感数据获取和监测应用能力,在国际高分辨率遥感数据服务市场长期垄断;在保持陆地观测数据连续性和稳定性,实现卫星业务化、系列化发展的同时,十分重视新技术概念和技术手段的探索与验证,积极发展新型陆地观测系统,提高数据性能,以此为本国空间信息基础设施建设和全球化战略服务。

航天遥感政策法规体系逐步完善。以法律和政策依据为指导,支持和规范遥 感数据开发、利用、输出和引进,既是推动遥感卫星应用及产业健康发展的保证,也是保障国家安全利益、提升本国卫星遥感产业国际竞争力的重要手段。一些国家制定和颁布了遥感及其数据使用的政策及综合性法律法规。以美国为代表的发达国家在政策制定之前,对全球陆地观测成果的需求进行战略研究和统筹布局。一方面,积极加强政府投资的公益性遥感卫星研发,制定免费的数据使用政策,推行数据共享机制,支持全球生态环境问题的研究,满足本国和全球应用的需求;另一方面,利用免费的卫星数据做基础,对具有商业化应用前景的高分辨率卫星提前 布局,通过科学地放开保密限制、制订扶持计划、提供需求保障、明确政府机构和商业机构之间的管理与运作关系等手段,鼓励和支持商业遥感卫星应用产业发展。此外,政府会根据发展需求不断调整政策,为遥感卫星产业发展创造更多商机。

卫星遥感商业运营与服务模式持续创新。目前全球中低分辨率的遥感卫星主要采用政府投入的方式研制和运行,以满足社会公益化需求为主,而高分辨率遥感卫星由于地物识别能力强、信息准确等因素,行业应用和商业应用前景都十分广阔,在遥感卫星数据市场占据了重要地位。20世纪90 年代末,世界首颗高分辨率商业遥感卫星IKONOS的出现引发了世界范围内的高分辨率商业遥感卫星热潮。目前,美国形成了较为完善的卫星遥感产业链,完成了公益服务体系与商业运营体系的构建,形成了很好的商业运营模式和很强的市场竞争力。美国、法国、德国、加拿大等世界卫星遥感技术领先国家已相继培育出了具有竞争力的国际性企业,在政府 的监督管理、政策引导和资金支持下,遵循标准和品牌结合的运作模式,不断深挖应用领域,整合优势资源,抢占国际市场。近年来,美国DigitalGlobe公司和法国EADS Astrium 公司占据了近九成的国际市场份额,余下的市场份额主要被意大利、加拿大等国的卫星运营商瓜分。无论卫星的研制和发射成本是否由运营商自身承担,运营商均对其卫星遥感数据拥有清晰的所有权,并能够在全球范围内进行接收,进而在政策限定下通过直接销售、授权代理销售等多层次销售渠道进行全球分发。

全球卫星遥感数据获取与应用能力不断增强。当前,国际市场对高分辨率遥感卫星产品和服务的需求保持着强劲增长势头,高分辨率遥感数据需求尤为突出。目前,国际高分辨率遥感卫星市场可获得的高端产品分辨率为光学0.3-1 米,雷达1-3 米,数据销售额占总收入的80%以上,其中光学图像又占卫星数据销售量的约83%。合成孔径雷达和干涉合成孔径雷达技术日益成为卫星遥感产业中的重要方面,其图像销售量也在不断增长。数据获取的及时性和连续性要求不断增加。为了保证业务化的遥感服务,用户需要连续的数据接收和分发,需要高分辨率、高精度的光学和雷达数据的及时提供。

卫星遥感国际合作计划话语权不断提升。包括地球观测组织(GEO)、欧洲航天局(ESA)、国际卫星对地观测委员会(CEOS)、空间与重大灾害国际宪章(CHARTER)、亚太空间合作组织(APSCO)、一体化全球观测战略伙伴关系(IGOS-P)、国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)等在内的多个国际政府间或者非政府组织,在推进卫星遥感领域的国际合作与协调工作中发挥了重要作用。为提升国际竞争力,许多国家都积极参与到这些国际组织中,努力提升话语权和影响力。各成员国围绕国家发展战略目标,瞄准国际科技前沿,发起、组织或参与了一批对提高卫星遥感科技创新能力、加快卫星遥感高技术产业化进程、实现区域乃至全球可持续发展具有战略意义的国际合作项目,促进地球观测领域的创新发展与资源整合。
四、问题与不足

遥感卫星是国家空间基础设施的重要组成部分,也是国家核心竞争力的重要体现,在国家经济社会发展和国家安全方面发挥着重要作用。我国陆地遥感卫星应用事业呈现出蓬勃发展的良好势头,进入了快速发展阶段,但仍存在应用系统整体能力不足、制度标准不完善、应用广度深度不够、产业化和国际化进程缓慢等不足和问题。一是技术创新引领能力不强。我国目前在高端卫星平台、有效载荷、应用系统等方面仍处于跟踪世界前沿的发展阶段,能够领跑的方向不多,部分领域存在空白。一些核心器件、材料和基础软件自主研发起步较晚,核心软硬件技术相对落后且成本高昂,自主可控能力不足。遥感平台的高精度控制、有效载荷的分辨 率、图像质量、定量指标等与国外领先水平相比仍有较大进步空间。应用系统自主创新能力不足,国产大型遥感软件的国际竞争力不强。二是全球协同观测获取能力不足。从在轨和在研的遥感卫星数量上来看,我国已是遥感大国,卫星的数据类型不断增加,数据质量不断提升,与国际领先水平的差距不断缩小。但仍然存在遥感卫星平台及传感器种类较少、型谱不完整的问题,尤其缺乏超高分辨率光学、干涉雷达、激光、复合应用、商业化微小型等遥感卫星,无法有效满足对复杂要素高精度、定量化、周期性监测的需求。三是卫星体系发展不平衡不充分,缺乏有效的效能评估,制约了我国自主获取和动态更新全球高精度陆地观测遥感信息资源的能力。四是遥感卫星地面接收站、辐射定标场、几何检校场、真实性验证场等设施覆盖与发达国家差距明显,现有卫星系统能力存在短板,应用效能有待进一步提高。五是遥感数据处理的自动化、智能化、集成化水平有待提高,专业化、大众化、领域化应用水平不高,与实际应用需求仍有一定差距,难以适应国家自然资源管理、生态文明建设、乡村振兴战略实施等要求。六是政策标准体系有待完善,统筹 协调机制不够健全。我国尚未从国家层面对各类遥感卫星系统发展、遥感数据应用以及遥感数据接入和出口给予明确的界定和规范,面向公益性应用的国产遥感卫星数据共享机制不健全,商业遥感卫星的数据政策缺乏明确的政策指引,国际推广转化机制也亟须完善。七是卫星遥感产业商业化、国际化进程较为缓慢,应用模式创新不足。目前国产高分辨率遥感卫星系统大多由国家投资主导建设,主要面向政府和行业用户的公益性服务需求。数据政策的不明确,导致卫星推广应用的责任主体不明确。行业应用目标明确,但商业目标不清晰,积极性不高,导致数据资源存在浪费和不开放现象,服务模式较为单一,针对其他行业和公众服务力度相 对薄弱,商业化应用程度不高。
五、陆地遥感卫星发展思路及建议

党的十八大以来,我国陆地观测遥感卫星性能有较大提升,遥感应用与产业发展取得显著成效,与国际先进水平的差距不断缩小,但总体上还存在较大的提升空间。下一步,需要根据自然资源陆地遥感卫星应用事业发展的实际需要,以问题为导向,以需求为牵引,系统部署,全面推进,重点保障,合理布局,围绕光学、雷达、高光谱、激光、重力等系列卫星,开展顶层设计、统筹谋划、技术创新、应用系 统建设和应用推广,构建陆地遥感卫星应用的政策标准体系、陆地遥感卫星观测体系、技术体系、产品体系和应用服务体系,推动陆地遥感卫星应用转型升级发展。

(一)完善我国陆地遥感卫星应用政策与标准体系

卫星遥感应用与产业化发展的基本前提是卫星和传感器技术水平的提升,而完善的航天遥感政策体系、高效的商业运营服务模式、广泛的国际合作措施是推进卫星遥感应用与产业化发展需采取的主要措施。一是加强政策制定。结合国家当 前和未来发展需求,在遥感卫星规划、研制、数据应用、数据分发和数据保密等方面制定针对性的政策,研究建立卫星遥感数据知识产权保护和管理办法。联合有关部门,建立适合于社会、公众以及境外的卫星数据安全应用和密级评价机制,提高市场监督管理能力。进一步优化我国民用遥感卫星数据业务化运营、商业化服务和国际化发展的政策环境。二是完善军民融合的卫星遥感发展机制。深入贯彻落实中共中央、国务院、中央军委印发的《关于经济建设和国防建设融合发展的意见》,探索军民融合的卫星遥感发展机制,逐步建立平时和战时兼容兼顾、军队和地方互利互赢的军民卫星遥感协作框架,加强军民卫星数据资源共享和科技创新协同,鼓励军民范围共建卫星应用技术基地,建立应急保障协调机制、重大项目协作机制和科技成果军民两用双向转移共享机制。三是加强陆地观测卫星遥感应用标准体系建设。逐步建立完善光学、高光谱、雷达、激光、重力等多类遥感卫星几何检校、数据处理、产品生产、质量监督检验、产品分发服务的系列标准规范,制定专题应用、信息提取、变化检测等增值产品及其技术标准。完善国产陆地观测遥 感卫星数据获取和技术服务的标准化流程及规范。

(二)完善我国陆地遥感卫星观测体系建设

针对山水林田湖草沙等自然资源观测要素的特点,推动建设可见光、高光谱、热红外等光学遥感,雷达、激光、重力、磁力等多种观测手段并存的高、中分辨率卫星观测平台,构建星座和专题卫星组成的遥感卫星系统,在应用导向上从以光学卫星应用为主向多类型、多用途卫星协同应用为主转变,形成全覆盖、全天候、全要素、全方位、高中低分辨率合理配置的全球陆地观测遥感信息获取能力。加快发展 载荷类型多样的遥感卫星星座,提高观测周期,保持数据的连续性。一是构建高分辨率、超高分辨率光学遥感卫星星座,为我国1∶1万和更大比例尺测绘提供稳定的卫星数据源,基本实现高分辨率遥感影像自给率100%。加快推进资源三号04星和高分七号02星等业务卫星的立项与研制,满足1∶1万-1∶5万比例尺测绘的稳定数据源要求,为国家重大战略工程的实施提供高品质、高时效性的卫星数据和基础地理信息。二是加快发展干涉雷达卫星。结合我国空间基础设施建设相关规划,加快X波段双天线InSAR卫星、Ka波段双天线InSAR卫星等卫星测绘工程实施,实现国产卫星的干涉测量和多云多雨地区的影像获取,支撑全球1∶5万数字高程模型数据获取以及区域地表形变监测。三是发展重力卫星。加快推进重力梯度测量等新型传感器卫星的预先研究和论证工作,提高卫星测高和全球重力场模型精度。四是积极推进我国自主高分光学、雷达、高光谱等多体制商业遥感卫星 系统建设。加快构建种类齐全、功能互补、尺度完整的遥感卫星陆地观测体系,逐步形成合理配置、多种观测技术优化组合的综合高效全球观测数据获取能力,用于1∶1万及更大比例尺地图测图和更新、资源调查、城乡规划、环境保护及灾害预警等。

(三)突破我国陆地遥感卫星应用关键技术

一是开展星地一体化指标论证与仿真验证。研究超高分辨率光学及敏捷卫星、高光谱、干涉雷达、多波束及单光子激光测高、重力梯度测量等多类型陆地观测遥感卫星的工作模式,开展星地一体化指标论证研究,建立遥感卫星指标设计与仿真验证系统,加快推进新型陆地观测遥感卫星的指标论证与立项实施。二是深化国产高分辨率遥感卫星几何检校技术研究。开展多类型卫星地面检校技术研究,构建多类型遥感卫星内外参数一体化几何检校技术体系,拓展新型传感器的高精度在轨检校技术,研发新型几何检校装备,开展多类型、移动式地面检校场建设,提升超高分辨率卫星的业务化几何检校能力。三是加强多星多载荷遥感数据综合处理技术研究。发展针对超高分辨率敏捷光学、干涉雷达、高光谱、激光测高、重力等多类型陆地观测遥感卫星的摄影测量新理论和新方法。研发多星、多载荷、多时相遥感数据的协同测绘处理技术及其软硬件一体化测图系统。开展基于大数据的隐藏信息搜索及地表变化发现技术、基于卫星测高和卫星重力等多种观测技术的 全球高程基准构建技术研究。四是完善遥感卫星数据产品质量提升与应用效能评价技术。开展高分辨率光学、高光谱、干涉雷达、激光测高、重力等各类卫星数据和产品的质量控制提升与应用效能评价技术攻关,实现快速、准确及高度自动化的卫星数据质量检查与评价能力,研究构建陆地观测遥感卫星产品质量认证与应用 效能评价体系,推动陆地观测卫星遥感理论和方法创新, 实现核心技术自主可控。

(四)完善多模式陆地遥感卫星产品体系

一是加强多类型多型号自主卫星陆地观测应用系统建设。加快推进对地遥感卫星应用系统建设和规模化、业务化运行,完善面向多星组网的在轨检校、数据处理、产品生产、质量控制、数据管理和分发服务能力,支撑不同新型遥感卫星数据产品的业务化生产和同期在轨遥感卫星数据生产,建设国产陆地观测遥感卫星海外接收站及处理系统,提升卫星系统整体效能。二是构建面向多星多载荷的卫星遥感产品体系。形成陆地观测卫星遥感产品分级分类体系和面向超高分辨率敏捷 光学、高光谱、干涉雷达、激光测高、重力等多类卫星遥感标准产品和增值产品。三是完善标准化几何空间信息产品数据库。形成不同精度水平的标准化影像数据 库和产品的定期更新能力,构建全国高分辨率正射影像数据库和三维影像数据库、“一带一路”沿线区域及全球热点地区亚米级和2米级分辨率正射影像数据库,实现数据库的持续定期更新。四是开发面向自然资源及相关行业应用的新型服务产品。建立基于激光测高数据的全球广义高程控制点库,支撑国家基础地理信息快速更新和全球三维地理信息的获取。按需构建高分辨率卫星光谱应用数据库、光学遥感影像数据解译样本及专家先验知识库,为遥感影像地物分类识别、变化检测和定量化应用等提供支撑。

(五)推动陆地遥感卫星应用服务体系建设

一是完善新型陆地观测遥感卫星应用服务模式。加快建设完善自然资源卫星影像云服务技术支撑和服务平台,按照“资源共享、务实好用”的原则,研发建设省级和重点城市卫星遥感应用系统,优化布局卫星遥感生产组织结构,提升省、市级部门卫星遥感业务生产和应用服务能力,形成覆盖全链路的专业化、规模化、自动化、网络化卫星遥感产品生产体系和应用服务保障体系。二是加强数据统筹与共享能力。着眼军民深度融合,着眼公益性保障和市场化服务需求,着眼国内外市场,统筹“军、民、商、外”陆地观测数据资源,完善卫星数据共用共享机制,建立健全卫星数据共建共享与应急服务机制和常态化的遥感影像应用效果评价机制,汇集高精度、全要素、体系化的观测信息。三是构建天空地海多层次、一体化协同 布局与作业的卫星遥感监测技术平台,推进核心技术研发,加强多源、多类型、多时相遥感数据的反演与自动化处理,提升自然资源全要素快速提取与智能解译能力,支撑自然资源全要素、全属性、全天候、全方位立体调查、动态监测与精准执法。四是推进国产陆地观测遥感卫星为国家战略和重大工程服务。综合利用多模式遥感卫星数据,实现多源遥感信息的持续获取和综合应用,围绕自然资源调查、监测、评价、监管和决策全过程,满足国家对自然资源综合治理监测任务的要求,为国家重大战略实施、经济社会发展、生态文明建设等提供卫星影像以及综合信息服务。五是推动国产陆地遥感卫星公益性应用和商业化服务。面向政府、行业和公众服务,研究主动服务、智能服务和一站式服务等多种服务模式,搭建卫星遥感 增值服务平台,推进面向产业和公众的卫星遥感增值服务,加强卫星遥感应用与云计算、大数据、人工智能等前沿技术的交叉融合,着力向自动化、规模化、定量化、智能化应用转型升级,创新“遥感 +”卫星应用模式。

(六)推动自主陆地遥感卫星产业化与国际化发展

一是制定国家级遥感卫星数据使用和推广政策。根据陆地观测遥感卫星数据类型和应用范围,出台民用国产遥感卫星数据商业化政策,明确资产权属、实施主体、收益管理和监管体系,在保证国家安全和外交利益的前提下,科学制定我国遥感卫星数据全球分发政策,促进卫星遥感产业的发展。二是形成较为完善的卫星及应用产业链。推进陆地观测遥感卫星数据的产业化应用和社会化、国际化服务,加强遥感卫星数据向发达国家以及第三世界国家的推广,在中国与共建“一带一路”国家签署的标准化合作协议基础上,在卫星运行管理、卫星数据产品方面开展标准互认的工作中,提升遥感卫星系统的兼容性与快速应用能力,提高遥感卫星应用的经济效益和社会效益。三是构建国产陆地观测卫星遥感全球化服务网络。整合国内外资源,推进国产遥感卫星数据的全球化接收与服务,建立全球化的遥感卫星数据产品销售与技术服务网络,推进国际合作、全球科学研究和商业化服务,形成卫星遥感全球化应用服务体系。四是加强遥感卫星应用国际化商业模式研究,借鉴国外政府和国防部门扶持商业遥感企业发展的成功经验,通过建立市场准入机制、实施税收减免政策、签署卫星数据优先采购协议等方式,对我国刚起步的商业遥感企业和项目给予扶持。五是形成具有全球视野的卫星遥感国际合作战略,通过积极参与国际组织、智库协会、国际论坛及跨国公司合作“借船出海”,推动更高层次、更宽领域和更大范围的遥感卫星国际合作。六是鼓励民间资本进入全球商用遥感卫星运营市场,提升遥感卫星产业竞争力。鉴于遥感卫星数据具有的巨大市场价值,以及我国在全球市场中份额较低的现状,积极支持和鼓励民间资本投入遥感卫星特别是高分辨率遥感卫星的商业运营中。按照“公平、公正、自由竞争、择优支持”的原则,营造良好的商业竞争环境,支持遥感卫星应用企业快速发展,逐渐跳出以政府为主导的发展模式,逐步推动我国陆地遥感卫星技术和服务走向国际。

展望未来,我国的陆地遥感卫星应用正蓬勃发展,数据量与日俱增,数据获取和处理技术推陈出新,产业发展前景十分广阔。随着空基规划的逐步落实、顶层设计的日益完善以及关键技术的不断突破,我国将构建观测要素丰富的自主高分辨率陆地遥感卫星应用体系,国产卫星将实现“从好到强、从追赶创新到引领创新”的转型跨越发展,通过盘活民用空间基础设施、商业遥感卫星、军用遥感卫星等资   源,提高卫星使用效率,提升卫星成像品质、定位精度和定量化、精准化、智能化应用水平,国产陆地遥感卫星在落实国家重大战略部署、履行自然资源“两统一”职责、推动国家治理体系和治理能力现代化、服务地方经济社会高质量发展等方面的能力将得到进一步增强,成为自然资源管理数字化转型和山水林田湖草沙整体保护、综合治理和系统修复的重要抓手,成为经济社会可持续发展的基础支撑和有力保障。

本文选自《地理信息产业蓝皮书·中国地理信息产业发展报告(2023)
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