環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制研究

孫中平，魏 斌，申文明，游代安，熊文成

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094)

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制研究

孫中平，魏 斌，申文明，游代安，熊文成

(環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094)

在對(duì)國(guó)內(nèi)外遙感數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀綜合分析比較的基礎(chǔ)上，針對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品海量性、多源性、異構(gòu)性、應(yīng)用復(fù)雜性等特點(diǎn)，提出相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、共享平臺(tái)和共享政策，為環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的高效、廣泛應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以達(dá)到最大限度地滿足用戶的多樣性需求、加強(qiáng)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的公益性服務(wù)和國(guó)際市場(chǎng)服務(wù)的最終目標(biāo)。

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星;數(shù)據(jù)產(chǎn)品;標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;共享平臺(tái);共享政策

1 前言

遙感數(shù)據(jù)是遙感研究的基礎(chǔ)，同時(shí)也正在成為遙感研究的驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，我國(guó)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)與科學(xué)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)資源極大豐富且廣泛應(yīng)用于國(guó)家的各個(gè)領(lǐng)域，并在政府科學(xué)決策與管理、全球與重點(diǎn)地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用變化監(jiān)測(cè)等諸多方面發(fā)揮了重要作用［1，2］。隨著數(shù)據(jù)資料的極大豐富，遙感數(shù)據(jù)的管理和共享問(wèn)題越來(lái)越受到重視，因?yàn)橥ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)共享，不僅能夠最大限度地發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，而且還能避免重復(fù)投入，為國(guó)家節(jié)省開(kāi)支［3］。所以，有效管理和共享遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以支持空間分析和決策是遙感領(lǐng)域目前一項(xiàng)迫切的任務(wù)［4］。

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品是為加強(qiáng)我國(guó)環(huán)境保護(hù)和抗災(zāi)減災(zāi)能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境和災(zāi)害全天時(shí)、全天候、大范圍的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)的。2003年2月，國(guó)家確定了“環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座”建設(shè)分步實(shí)施戰(zhàn)略。第一步戰(zhàn)略是在“十五”期間先期發(fā)射兩顆光學(xué)小衛(wèi)星和一顆合成孔徑雷達(dá)小衛(wèi)星(HJ-1A、HJ-1B、HJ-1C)組成的“2+1”星座，簡(jiǎn)稱“環(huán)境一號(hào)”(代號(hào)HJ-1)，初步形成對(duì)我國(guó)災(zāi)害和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)的能力。第二步戰(zhàn)略是在“十一五”期間，采用資源共享的方式，積極開(kāi)展國(guó)際合作，依托“十五”期間將建立的“2+1”星座，完成由4顆光學(xué)小衛(wèi)星和4顆雷達(dá)小衛(wèi)星組成的“4+4”小衛(wèi)星星座，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的全天時(shí)、全天候監(jiān)測(cè)。2008年9月HJ-1A/B星成功發(fā)射，經(jīng)過(guò)半年的在軌測(cè)試運(yùn)行，于2009年3月正式交付投入使用。HJ-1A/B兩顆光學(xué)衛(wèi)星以及計(jì)劃2011年發(fā)射的雷達(dá)小衛(wèi)星HJ-1C綜合運(yùn)用可見(jiàn)光、紅外與微波遙感等觀測(cè)手段，為我國(guó)進(jìn)行大范圍、全天候、全天時(shí)、動(dòng)態(tài)的環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供了一個(gè)嶄新的數(shù)據(jù)集。

2 國(guó)內(nèi)外遙感數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀

遙感數(shù)據(jù)已日漸成為地球系統(tǒng)科學(xué)研究和社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活的重要數(shù)據(jù)源［5］，遙感數(shù)據(jù)的集成與共享普遍受到世界各國(guó)重視，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)先后頒布了國(guó)家或行業(yè)遙感數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，制定并實(shí)施了一系列包括遙感科學(xué)數(shù)據(jù)在內(nèi)的空間信息和共享網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，以提高遙感科學(xué)數(shù)據(jù)共享與服務(wù)的水平［6］。這些國(guó)家和地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)共享特點(diǎn)是:建立國(guó)家級(jí)的遙感數(shù)據(jù)綜合處理中心，實(shí)現(xiàn)多星多類(lèi)型綜合地面數(shù)據(jù)處理、歸檔、分發(fā)和服務(wù);統(tǒng)籌建設(shè)和綜合利用遙感衛(wèi)星及其地面接收處理系統(tǒng)，促進(jìn)遙感衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施的充分共享和高效利用;建立數(shù)據(jù)共享體制和機(jī)制，促進(jìn)共享與綜合服務(wù)［7］。在美國(guó)，EOS(earth observing system，對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng))進(jìn)行了機(jī)構(gòu)整合，不僅處理、存儲(chǔ)管理和分發(fā)服務(wù)陸地資源衛(wèi)星(Landsat)的數(shù)據(jù)，而且將所有后續(xù)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和分發(fā)服務(wù)一并整合到EOS系統(tǒng)中［8］。歐盟各國(guó)則形成區(qū)域性的合作體系，共同采集、加工處理和分發(fā)使用多種遙感數(shù)據(jù)，在瑞典設(shè)立的地面站負(fù)責(zé)接收包括歐洲太空局和其他國(guó)家的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)由設(shè)在比利時(shí)、法國(guó)、英國(guó)和意大利的5個(gè)中心分工進(jìn)行處理，產(chǎn)品提供給歐盟各國(guó)使用［6］。

經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，我國(guó)發(fā)射了20多顆地球觀測(cè)衛(wèi)星，由氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、資源衛(wèi)星三大民用衛(wèi)星系列組成的對(duì)地觀測(cè)體系初步建成，我國(guó)多個(gè)行業(yè)部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)及相關(guān)企業(yè)已經(jīng)獲取、存儲(chǔ)和管理了一大批遙感數(shù)據(jù)。面對(duì)海量遙感數(shù)據(jù)的管理問(wèn)題和不斷增加的國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)研究對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)協(xié)同有關(guān)部門(mén)進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)集成與共享政策和措施的研究和試驗(yàn)，并成功建立了幾個(gè)國(guó)家級(jí)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收和服務(wù)系統(tǒng)，初步形成了遙感信息接收處理分發(fā)體系［9］，包括 DVB-S(digital video broadcast-satellite，基于衛(wèi)星的數(shù)字視頻廣播)衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)、風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)存檔與服務(wù)系統(tǒng)、中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)、海洋衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)和中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心存檔衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)目錄服務(wù)系統(tǒng)等。其中，DVB-S衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)基于EOSMODIS(對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)－中分辨率成像光譜儀)數(shù)據(jù)集成與共享平臺(tái)，采用先進(jìn)的基于通信衛(wèi)星的數(shù)字視頻廣播DVB-S技術(shù)、準(zhǔn)實(shí)時(shí)分發(fā)接收的風(fēng)云系列、NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration，美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局)系列和EOS系列等衛(wèi)星資料和產(chǎn)品，全方位滿足政府、教育、科研院所與商業(yè)等部門(mén)和個(gè)人的數(shù)據(jù)需求［10］。在MODIS數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，國(guó)家衛(wèi)星氣象應(yīng)用中心構(gòu)建了風(fēng)云衛(wèi)星數(shù)據(jù)存檔與服務(wù)系統(tǒng)，不僅發(fā)布風(fēng)云系列衛(wèi)星的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，還發(fā)布包括目前歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家和地區(qū)在軌運(yùn)行的13顆氣象衛(wèi)星以及自1978年4月以來(lái)所有歷史存檔的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料。自2006年4月1日起，中巴地球資源衛(wèi)星02星數(shù)據(jù)實(shí)行國(guó)內(nèi)用戶免費(fèi)網(wǎng)上分發(fā)政策，開(kāi)拓了我國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)免費(fèi)共享的先河，降低了衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用的門(mén)檻，擴(kuò)大了衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域。為了推動(dòng)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用，中巴地球資源衛(wèi)星02B星開(kāi)始試行主用戶機(jī)制，國(guó)土資源部作為02B星的唯一主用戶，在主用戶應(yīng)用機(jī)制方面進(jìn)行了深入研究并積累了一部分經(jīng)驗(yàn)［11］，主用戶機(jī)制的實(shí)施確實(shí)調(diào)動(dòng)了應(yīng)用國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)的積極性，促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化應(yīng)用［12］。

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)繼氣象、海洋、資源衛(wèi)星系列之后發(fā)射的又一新型的民用衛(wèi)星系統(tǒng)，具有中空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率、寬觀測(cè)幅寬性能，可對(duì)我國(guó)環(huán)境變化實(shí)施大范圍、全天候、全天時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。該衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)是環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)、管理與研究的重要支撐，其數(shù)據(jù)共享政策與技術(shù)是該數(shù)據(jù)高效使用的前提與基礎(chǔ)。

3 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)分析

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制研究的前提是必須充分考慮到衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的基本屬性特點(diǎn)，同時(shí)也要充分考慮環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品采集、管理和使用的特點(diǎn)。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品基本特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)從數(shù)據(jù)獲取來(lái)看，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)自多種傳感器，而傳感器搭載的平臺(tái)也不一樣。目前發(fā)射的HJ-1A光學(xué)有效載荷為2臺(tái)寬覆蓋多光譜可見(jiàn)光相機(jī)(CCD相機(jī))和1臺(tái)高光譜成像儀，HJ-1B光學(xué)有效載荷為2臺(tái)CCD相機(jī)和1臺(tái)紅外多光譜相機(jī)。由于傳感器和衛(wèi)星平臺(tái)的不同組合，造成了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)時(shí)空采樣方案的復(fù)雜多樣，對(duì)地表觀測(cè)的涵蓋范圍和詳細(xì)程度不同，同時(shí)各類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品記錄與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的格式不盡相同。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)光譜波段、星下點(diǎn)分辨率及幅寬如表1所示。此外，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)量非常大，每天接收的數(shù)據(jù)量高達(dá)380 GB，解壓后近1 TB，在此基礎(chǔ)上處理生成各級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)產(chǎn)品存儲(chǔ)呈現(xiàn)海量式增長(zhǎng)。總之，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有多源性、多尺度、海量性和異構(gòu)性特點(diǎn)，給衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的管理、共享和應(yīng)用增加了難度。

表1 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)基本參數(shù)Table 1 Parameters of HJ-1 remote sensing imagery

2)從數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和分發(fā)來(lái)說(shuō)，不同級(jí)別數(shù)據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)容、質(zhì)量以及附加信息都有很大的區(qū)別，不同類(lèi)型的用戶因?yàn)槿蝿?wù)層次的不同對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的要求差別很大，他們所關(guān)心的數(shù)據(jù)產(chǎn)品級(jí)別會(huì)有很大的區(qū)別。因此，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享要注意滿足用戶的多樣性需求。

3)從數(shù)據(jù)應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)具有很好的寬觀測(cè)幅寬特性與高時(shí)間分辨率。HJ-1A/B星各自搭載了兩臺(tái)CCD相機(jī)，兩個(gè)單景的CCD影像拼接后，可覆蓋地面寬度超過(guò)700 km的空間范圍，同時(shí)HJ-1B搭載的紅外相機(jī)幅寬大于720 km，具有很好的宏觀特性。HJ-1A/B兩顆衛(wèi)星處在同一個(gè)軌道面上，相位差180°，兩星協(xié)同，可實(shí)現(xiàn)2 d的重訪周期，2～3 d即可獲得基本覆蓋全國(guó)陸地范圍的CCD數(shù)據(jù)。因此，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)能力，同時(shí)這也對(duì)其數(shù)據(jù)產(chǎn)品自動(dòng)化處理與分發(fā)提出了更高的要求。

4 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制

要實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的共享，必須首先解決與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享密切相關(guān)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定、共享平臺(tái)設(shè)計(jì)和共享政策制定等問(wèn)題。數(shù)據(jù)產(chǎn)品是共享的基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范則是實(shí)現(xiàn)共享的技術(shù)保障，共享平臺(tái)是數(shù)據(jù)共享的技術(shù)支持，數(shù)據(jù)共享政策對(duì)數(shù)據(jù)共享具有指導(dǎo)和調(diào)控作用。數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、共享平臺(tái)和數(shù)據(jù)共享政策之間的相互關(guān)系如圖1所示。

4.1 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享政策研究

圖1 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、共享平臺(tái)和共享政策之間的相互關(guān)系Fig.1 The relationship of HJ-1 data sharing with standard regulations，data sharing platform and data sharing policy

數(shù)據(jù)共享政策是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享持續(xù)發(fā)展的政策保證。從政策結(jié)構(gòu)看，數(shù)據(jù)共享政策包括宏觀政策和微觀政策兩個(gè)層面。在宏觀政策方面，政府在衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)管理與共享方面應(yīng)起主導(dǎo)作用，促進(jìn)全社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的獲取、共享和廣泛應(yīng)用，主要解決的問(wèn)題包括國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)共享體系的統(tǒng)籌規(guī)劃、數(shù)據(jù)共享政策法規(guī)體系的建立和健全、國(guó)家級(jí)數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)的投資與建設(shè)以及數(shù)據(jù)質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一與制定等問(wèn)題。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、原國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)等有關(guān)單位在《關(guān)于促進(jìn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見(jiàn)》(發(fā)改高技［2007］3057號(hào))中明確指出“著力建立業(yè)務(wù)化、一體化的自主遙感衛(wèi)星應(yīng)用和服務(wù)體系，促進(jìn)我國(guó)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)利用和開(kāi)放共享”，這為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享提供了重要的政策支持。我國(guó)正在謀劃建立國(guó)家高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)該以此為契機(jī)，加快國(guó)家級(jí)對(duì)地觀測(cè)遙感數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與政策的研究和制定，全面推動(dòng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)資源共享和有效利用;加強(qiáng)衛(wèi)星遙感服務(wù)與應(yīng)用體系建設(shè)，促進(jìn)資源整合，實(shí)現(xiàn)資源共享，拓寬對(duì)地觀測(cè)的應(yīng)用范圍，形成比較完整的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用體系;進(jìn)一步研究主用戶機(jī)制，加強(qiáng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在國(guó)土資源、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、海洋、環(huán)境、減災(zāi)、測(cè)繪等重要行業(yè)的應(yīng)用。

在微觀政策方面，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星雖然已經(jīng)正式交付用戶使用，但是尚未形成比較完整和明確的數(shù)據(jù)共享政策，這制約了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的共享，亟需盡快研究制定相關(guān)共享政策。衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享政策主要涉及衛(wèi)星運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)管理、各用戶的權(quán)利與義務(wù)以及工作組織形式等。為了促進(jìn)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品在環(huán)保系統(tǒng)中的應(yīng)用，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星交付后，環(huán)境保護(hù)部組織編寫(xiě)了《環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)小衛(wèi)星星座數(shù)據(jù)產(chǎn)品分發(fā)管理辦法(暫行)》，對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的分級(jí)與分類(lèi)及格式、服務(wù)對(duì)象、分發(fā)方式、使用權(quán)責(zé)等方面進(jìn)行了說(shuō)明和規(guī)定，明確了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星2級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品對(duì)國(guó)內(nèi)用戶免費(fèi)使用的原則，為衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享政策的研究和制定積累了經(jīng)驗(yàn)。

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的建設(shè)采取了業(yè)主制，環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家減災(zāi)委員會(huì)為衛(wèi)星業(yè)主單位，共同負(fù)責(zé)衛(wèi)星運(yùn)行管理與應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，這是我國(guó)第一次實(shí)現(xiàn)業(yè)主負(fù)責(zé)制的衛(wèi)星。兩大業(yè)主全面參與了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)工程的論證、建設(shè)、在軌測(cè)試和應(yīng)用研究工作，業(yè)主的應(yīng)用需求在環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的研制、建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中得到了充分重視和體現(xiàn)。

業(yè)主制是對(duì)衛(wèi)星主用戶機(jī)制的一種提升，它的實(shí)施加強(qiáng)了衛(wèi)星工程與應(yīng)用需求的對(duì)接，在促進(jìn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化應(yīng)用和提高衛(wèi)星服務(wù)保障方面起到了積極作用。同時(shí)，業(yè)主制也給環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)共享政策的制定帶來(lái)了難題，主要有業(yè)主權(quán)責(zé)的體現(xiàn)與保障問(wèn)題、業(yè)主間以及業(yè)主與地面接收處理系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)、權(quán)責(zé)界定等問(wèn)題，這些問(wèn)題在環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)政策研究和制定過(guò)程中要給予高度重視，為業(yè)主制的健康運(yùn)行提供保障。

4.2 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系研究

鑒于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的多源性和復(fù)雜性，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化對(duì)于數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享至關(guān)重要。文章以現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，充分考慮環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的基本屬性以及產(chǎn)品采集、管理和使用的特點(diǎn)，系統(tǒng)地研究了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)、數(shù)據(jù)共享交換與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等過(guò)程，初步形成了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、產(chǎn)品分發(fā)與信息服務(wù)規(guī)范、數(shù)據(jù)管理規(guī)范和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范等方面(見(jiàn)圖2)，這5類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相輔相成，為環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的統(tǒng)一、安全、高效的管理與應(yīng)用及共享提供了必要和科學(xué)的技術(shù)保障。

圖2 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系Fig.2 Standard regulation system of HJ-1 data

其中，元數(shù)據(jù)作為實(shí)現(xiàn)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的管理、應(yīng)用、分發(fā)及共享的一個(gè)基本前提，在研究中給予了充分重視。目前對(duì)于地理空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，并形成了我國(guó)的地理信息國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而關(guān)于遙感數(shù)據(jù)方面的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)則處于研究過(guò)程中，沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)［13］。文章遵循地理信息國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)參考了國(guó)土資源、地質(zhì)部門(mén)等國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品基本屬性和應(yīng)用特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了原標(biāo)準(zhǔn)中過(guò)于冗雜繁復(fù)的部分，提出了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品元數(shù)據(jù)由元數(shù)據(jù)信息包、標(biāo)識(shí)信息包、數(shù)據(jù)質(zhì)量信息包、空間參照系統(tǒng)信息包、內(nèi)容信息包、分發(fā)信息包以及引用和負(fù)責(zé)單位聯(lián)系信息包組成，同時(shí)針對(duì)不同的數(shù)據(jù)產(chǎn)品類(lèi)型定義相應(yīng)元數(shù)據(jù)的關(guān)鍵元數(shù)據(jù)項(xiàng)，以數(shù)據(jù)庫(kù)視圖形式分別表征，為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享提供了良好的基礎(chǔ)。

我國(guó)衛(wèi)星遙感應(yīng)用所需數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)以提供原始數(shù)據(jù)為主，基本上是1級(jí)或2級(jí)產(chǎn)品，需要用戶自行加工和進(jìn)一步處理方可應(yīng)用。這不僅造成重復(fù)性工作，而且造成較大浪費(fèi)，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因之一是我國(guó)沒(méi)有遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)［14］，因而制約了衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享。鑒于此，環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享另一個(gè)重要環(huán)節(jié)得到了充分關(guān)注。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范研究主要針對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在環(huán)境質(zhì)量遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)中的應(yīng)用潛力，將生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分解為不同的指標(biāo)，通過(guò)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)檢索和預(yù)研究，篩選可遙感的環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，并最終將每個(gè)可遙感的環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)落實(shí)到數(shù)據(jù)產(chǎn)品，形成環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品體系。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品分為3個(gè)大類(lèi)7個(gè)級(jí)別(見(jiàn)表2)，包括基本數(shù)據(jù)產(chǎn)品(1～5級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品)、專題數(shù)據(jù)產(chǎn)品和應(yīng)用數(shù)據(jù)產(chǎn)品。確立了每類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的定義規(guī)范和生產(chǎn)規(guī)程，明確了各種數(shù)據(jù)產(chǎn)品的內(nèi)容、指標(biāo)、監(jiān)測(cè)周期、數(shù)據(jù)格式和精度要求等，并制作相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品模板，為我國(guó)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)研究提供了經(jīng)驗(yàn)。

表2 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)及產(chǎn)品定義表Table 2 List of HJ-1 data and products

4.3 環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享平臺(tái)研究

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享平臺(tái)是與用戶之間進(jìn)行信息交互與服務(wù)的門(mén)戶，也是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享和數(shù)據(jù)增值應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了盡快實(shí)現(xiàn)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的管理和共享，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了共享平臺(tái)原型系統(tǒng)，同時(shí)也為下一步綜合服務(wù)共享平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)積累經(jīng)驗(yàn)。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享平臺(tái)原型系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)以共享政策和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為指導(dǎo)，基于B/S模式和WebGIS構(gòu)建，采用JavaEE多層結(jié)構(gòu)［15］的平臺(tái)化策略將整個(gè)系統(tǒng)分為4層，主要包括數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、Web服務(wù)層和表現(xiàn)層等(見(jiàn)圖3)，開(kāi)發(fā)框架采用 Spring 2.0開(kāi)源框架和ArcGIS Server 9.3應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架(ADF)。基于JavaEE的4層結(jié)構(gòu)支持跨平臺(tái)應(yīng)用［16］，支持各種操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，方便對(duì)平臺(tái)的擴(kuò)展、升級(jí)、維護(hù)。

圖3 共享平臺(tái)原型系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of HJ-1 data sharing prototype system

表現(xiàn)層是用戶與共享平臺(tái)進(jìn)行交互的界面層，主要通過(guò)外網(wǎng)門(mén)戶網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)用戶交互和產(chǎn)品展示。Web服務(wù)層是共享平臺(tái)的關(guān)鍵層，負(fù)責(zé)接收和初步處理表現(xiàn)層功能請(qǐng)求、服務(wù)請(qǐng)求，發(fā)送給業(yè)務(wù)層，并接收隨后的處理反饋，動(dòng)態(tài)生成Web頁(yè)面。Web層由Servlet和Java Server Page(JSP)程序組成，封裝在Web容器中。業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)與Web層的交互，處理Web層的數(shù)據(jù)處理請(qǐng)求，是共享平臺(tái)的核心層。其中所有的業(yè)務(wù)邏輯分為GIS業(yè)務(wù)邏輯和非GIS業(yè)務(wù)邏輯兩類(lèi)，GIS業(yè)務(wù)邏輯是由ArcGIS Server實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)訪問(wèn)通過(guò)ArcSDE實(shí)現(xiàn);非GIS業(yè)務(wù)邏輯采用Spring封裝業(yè)務(wù)邏輯處理，通過(guò)Hibernate3.0實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)資源的管理和操作，采用 Tomcat 5.5作為Web應(yīng)用服務(wù)器，它與 Spring協(xié)作、容納和執(zhí)行Web應(yīng)用程序。

數(shù)據(jù)層是整個(gè)共享平臺(tái)的基礎(chǔ)，采用Oracle 10g+ArcGIS Server 9.3的基本技術(shù)構(gòu)架來(lái)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的存儲(chǔ)和管理。針對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品多源性、海量性和繁雜性特點(diǎn)，采用改進(jìn)的影像數(shù)據(jù)文件管理方式，信息結(jié)構(gòu)為“影像數(shù)據(jù)文件+影像壓縮空間結(jié)構(gòu)+元數(shù)據(jù)”。環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品在歸檔之前首先進(jìn)行壓縮生成壓縮副本，然后通過(guò)ArcSDE對(duì)壓縮副本進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)空間化，生成影像壓縮空間結(jié)構(gòu)。這樣不僅大大減少了入庫(kù)時(shí)間與存儲(chǔ)開(kāi)銷(xiāo)，而且能夠支持海量影像數(shù)據(jù)的快速調(diào)用、顯示和進(jìn)行復(fù)雜的空間檢索運(yùn)算。現(xiàn)在階段影像壓縮空間結(jié)構(gòu)主要基于快視圖進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)空間化，顯示效果有所損失，需要進(jìn)一步研究尋找最佳壓縮比例和方法。

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)安全問(wèn)題需要特別重視，在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)環(huán)節(jié)都采取必要的安全防范措施保證數(shù)據(jù)共享的保密性、完整性和安全性。為了保證數(shù)據(jù)安全，實(shí)行內(nèi)外網(wǎng)隔離、用戶認(rèn)證和分級(jí)存儲(chǔ)機(jī)制:數(shù)據(jù)產(chǎn)品在內(nèi)網(wǎng)存儲(chǔ)，外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)閘實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與同步;數(shù)據(jù)產(chǎn)品通過(guò)在線、近線、離線分級(jí)存儲(chǔ)方式和同城異地備份等機(jī)制進(jìn)行存儲(chǔ)和備份管理;用戶管理主要通過(guò)單點(diǎn)登陸和身份認(rèn)證實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理和分級(jí)授權(quán)。同時(shí)綜合利用防火墻技術(shù)、入侵檢測(cè)技術(shù)、安全評(píng)估技術(shù)、防病毒技術(shù)等，建立完整的、立體的、多層次的系統(tǒng)安全防御體系，有效防止各類(lèi)安全風(fēng)險(xiǎn)。

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享平臺(tái)原型系統(tǒng)提供的服務(wù)內(nèi)容主要包括目錄服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、用戶服務(wù)以及發(fā)布服務(wù)。目錄服務(wù)以元數(shù)據(jù)為核心提供服務(wù)，包括目錄分類(lèi)列表和基于元數(shù)據(jù)的目錄搜索。數(shù)據(jù)服務(wù)是在目錄服務(wù)基礎(chǔ)上提供數(shù)據(jù)內(nèi)容服務(wù)，包括數(shù)據(jù)產(chǎn)品的在線瀏覽、查詢、定制和下載。用戶服務(wù)主要包括用戶服務(wù)指南、注冊(cè)與登陸服務(wù)、用戶反饋服務(wù)以及導(dǎo)航服務(wù)等。發(fā)布服務(wù)主要是按照一定的體系結(jié)構(gòu)通過(guò)Web與WebGIS相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的二維和三維在線發(fā)布。

5 結(jié)語(yǔ)

環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)能力，為我國(guó)進(jìn)行環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供了一個(gè)嶄新的數(shù)據(jù)集。文章從數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、共享平臺(tái)和數(shù)據(jù)政策等幾個(gè)方面進(jìn)行了深入研究和探索，得到以下結(jié)論:

1)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品具有多源性、海量性、異構(gòu)性和應(yīng)用復(fù)雜性等特點(diǎn)，這對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享提出了更高的要求。

2)針對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品屬性和應(yīng)用特點(diǎn)，初步形成了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，涵蓋了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、產(chǎn)品分發(fā)與信息服務(wù)規(guī)范、數(shù)據(jù)管理規(guī)范和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范等方面，為環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享提供了必要的和科學(xué)的技術(shù)保障。

3)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星業(yè)主制的實(shí)施加強(qiáng)了應(yīng)用與衛(wèi)星工程的對(duì)接，在促進(jìn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化應(yīng)用和提高衛(wèi)星服務(wù)保障方面起到了積極作用，亟需研究制定相關(guān)政策，形成比較完整和明確的數(shù)據(jù)共享政策，保障業(yè)主制的健康運(yùn)行，促進(jìn)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的國(guó)內(nèi)和國(guó)際應(yīng)用。

4)基于網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)體系結(jié)構(gòu)和環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品庫(kù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了共享平臺(tái)原型系統(tǒng)。通過(guò)建立共享服務(wù)門(mén)戶網(wǎng)站，以在線的方式發(fā)布和提供數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)，用戶僅利用Web瀏覽器就可以完成數(shù)據(jù)的檢索、瀏覽、訂購(gòu)、定制和下載。

通過(guò)對(duì)環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享所涉及的數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、共享平臺(tái)和數(shù)據(jù)政策等幾個(gè)方面進(jìn)行的研究，初步建立了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制，促進(jìn)了環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享和應(yīng)用。隨著環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行，數(shù)據(jù)產(chǎn)品數(shù)量和種類(lèi)將會(huì)大量增加，用戶數(shù)量和應(yīng)用也會(huì)隨之增多，需要對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品共享機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的、更深入的研究，制定衛(wèi)星數(shù)據(jù)政策，完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)體系，對(duì)共享平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)改造，構(gòu)建衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品綜合服務(wù)平臺(tái)，拓展數(shù)據(jù)服務(wù)的內(nèi)容和形式，增強(qiáng)數(shù)據(jù)服務(wù)分發(fā)能力，達(dá)到使用戶更便捷地定制和獲取產(chǎn)品的最終目標(biāo)，并進(jìn)一步滿足用戶的多樣性需求。

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Data sharing policy and key techniques of HJ-1

Sun Zhongping，Wei Bin，Shen Wenming，You Dai’an，Xiong Wencheng

(Satellite Environment Center，Ministry of Environmental Protection，Beijing 100094，China)

The paper is aiming to mining standard regulations of data sharing，data sharing platform and data sharing policy of HJ-1 against the characteristics of massive data，multi-source，timeliness and complexity of the satellite data.Meeting the variety demanding extremely and strengthening commonweal service and international service of HJ-1 is the ultimate destination of the research.

HJ-1 Satellite;data product;standard regulations;data sharing platform;data sharing policy

TN927

A

1009－1742(2011)03－0038－07

2009－10－10

國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2008BAC34B03)

孫中平(1978—)，男，山東諸城市人，工程師，主要從事衛(wèi)星遙感及系統(tǒng)、軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)等方面的研究;E－mail:sunnybnu114@163.com