中國高分辨率遙感應用衛星的運行和服務機制研究

· 文|中國空間技術研究院 廖楚江 侯宇葵 辛蕾

隨著分辨率達到1m甚至亞米級的遙感數據在商業領域投入使用，用以支撐國民經濟發展而“不受限制”的民用圖像需求和軍事及情報領域的“限制級”圖像之間的壁壘瓦解了。相關的問題也隨之浮現出來，即業界是不是已經在恰當的法律和政策的框架下做好了充足的準備，以面對現在和可預見的未來的挑戰。

一、國外高分遙感衛星運行和應用服務現狀

1. 美國高分遙感衛星與EROS

美國高度重視商業衛星發展，1984年頒布的《陸地遙感商業化法案》力圖促進陸地衛星商業化發展。1992年，針對陸地衛星商業化過程中出現的問題推出《陸地遙感政策法案》，政府收回了陸地衛星部分運營權并禁止氣象衛星商業化。2003年4月，美國總統布什批準發布了《商業遙感政策》，促進了政府監管下的高分辨率民用商業衛星發展，“伊科諾斯”（Ikonos）、“快鳥”（Quickbird）、“世界觀測”（WorldView）系列、“地理眼”（GeoEye）系列等衛星，由地球眼（GeoEye）、數字全球（DigitalGlobe）等上市公司進行商業運營，取得了巨大成功。

美國商業遙感空間政策（CRSSP）的基本目標是通過保持美國在遙感空間活動中的領導權，以及支持和強化美國的遙感工業，從而加強和保護美國的國家安全以及利益。這樣做還可以培育美國新的經濟增長點，同時有助于改善環境，提高科學技術水平。美國聯邦地質調查局（USGS）是執行CRSSP民用業務的領導機構，隸屬于USGS的地球資源觀測及科學中心（EROS）則負責統籌跨部門的遙感需求，提供對商業數據的訪問，存儲和分發數據給聯邦政府、州及地區政府機構。其中聯邦政府機構包括環保部、農業部、聯邦地理數據委員會、交通部、能源部、商業部、國防部、國土安全部等。

通過商業渠道無限制地觀測和分發數據，特別是高分辨率數據，引起了許多政策問題，主要涉及被遙測地區數據使用權和私人財產的保護問題。美國就此問題采用了“快門控制”政策，該方式允許美國政府在國土安全或外交政策受到威脅的特殊時期限制美國商業衛星收集數據。這個政策一方面平衡了工業的商業利益，另一方面平衡了美國國土安全及外交利益。

美國政府對遙感衛星商業執照設置了諸多條件以保護被拍攝地區的利益，并確保其國土安全和外交利益。美國執照持有者可以訪問任何一個國家在其政府司法裁判權范圍內的非增強數據，并要求保證遵守執照中的其他限制條件。政府也規定執照持有者可以使用下行線路以滿足在國土安全和外交利益受到危害時數據的使用。另外，執照持有者被要求儲存前一年的所有衛星的運行任務，并隨時應政府的要求提供數據。這樣，美國政府除了能夠使用這些執照持有者的數據以外，還能對其運作進行適當的控制。但該項政策只對其國內的執照持有者有效。

2 .歐洲高分遙感衛星與GMES計劃

歐盟采取各成員國共同參與、共同投資、共同使用資源、共同受益的管理模式。歐洲航天局（ESA）具體承擔與歐盟各國家間協調與綜合管理的職責，負責各參與國衛星項目的資金、技術和各種資源的規劃和協調，實現衛星數據資源最大化高效利用。

衛星遙感方面，歐盟各國根據本國特點發展特色的衛星系統。法國重點發展SPOT系列光學衛星，成為國際上運行最成功的商業衛星系列之一，德國、意大利則重點發展TerraSAR-X、COSMO-SkyMed等系列雷達衛星。規模龐大的“全球環境與安全監視計劃”（GMES）是歐盟管理模式的最新體現，通過整合歐盟各國優勢力量建立自主的光學與雷達衛星系統，向政府、組織和公眾提供包括陸地、海洋、大氣等要素觀測信息，以及應急與安全、氣候變化、科學研究等方面服務。

（1）GMES數據政策

歐盟和ESA目前正在對“哨兵”衛星數據政策定稿。“哨兵”數據政策綱要已經獲得通過，此綱要對用戶免費開源獲取數據進行了展望。這將會在最廣泛的應用范圍內最大化“哨兵”系列數據的可利用價值，并會趨于模仿終端用戶對基于地球觀測數據信息的利用。

GMES 的“哨兵”系列將全為公衛星益型，數據可免費獲取。GMES也是GEOSS數據和信息系統的重要支撐之一（如圖1所示）。

>>圖1 歐洲地面設備和服務架構

“哨兵”系列的數據政策如下：①原則上任何個人都能訪問數據，在公益、商業和科學用戶之間不存在差別，歐洲用戶和非歐洲用戶之間不存在差別；②用戶許可是免費獲取的；③用戶可以通過“常規”在線訪問模式獲取數據，用戶先注冊并接受訪問條件；④用戶運用高級訪問模式訪問高級數據，但須經附加條款認定；⑤如果因安全或者技術限制原因影響數據的可獲取性或者時間性，特殊的運行流程將會被激活。

（2）歐洲高分遙感衛星運行機制

歐洲甚高分辨率（VHR）衛星（優于1m分辨率）系統運行時，將建立服務于科學和商業用戶的全球網絡，私人或者公私合作的用戶都需要支付費用。美國高分辨率商業衛星運行中，其商業遙感衛星數據賣給私人企業的比例較低，主要的購買者是國家公益部門和軍事機構，歐洲高分遙感衛星數據的大宗合同也主要依賴于歐洲各國或者歐洲軍事機構。這意味著，未來可能是GMES統一購買VHR數據，用于歐洲的公益和科學事業。

另外，需要說明的是，GEOSS強調全球環境需求，不考慮商業數據政策以及與私營企業的交互關系。該計劃的目的是建設對地觀測信息獲取能力，重點滿足發展中國家的需求。

歐洲目前的高分商業遙感衛星運營主要由空中客車防御和航天集團旗下的阿斯特里姆服務公司（Astrium Services，法德合資）和泰雷茲-阿萊尼亞空間公司（Thales Alenia Space，法意合資）負責。阿斯特里姆服務公司整合了前SPOT Image和Infoterra公司，開發出涵蓋整個地理信息價值鏈的、廣泛的產品服務組合，從數據獲取、處理到數據管理和托管，從高級地理信息服務到交鑰匙解決方案。而泰雷斯·阿萊尼亞空間公司運營著由4顆（2顆在軌，2顆定于2014年發射）合成孔徑雷達衛星組成的COSMO-SkyMed星群。

阿斯特里姆服務公司是SPOT、“昴宿星”星座的運營商，是TerraSAR-X和TanDEM-X商業開發權限的獨家擁有者，是福衛二號的獨家分發商和KOMPSAT-2（韓國）、西班牙DEIMOS-1衛星的分發商，其數據服務將確保延續到2023年，分辨率最高為0.5m。

二、國內典型衛星管理、運行及應用服務現狀及問題分析

1.現狀分析

現有高分辨率衛星（如資源一號02 C星、資源三號衛星）的管理運行如圖2所示，用戶部門向資源衛星應用中心提交觀測任務需求，資源衛星應用中心采集需求后，進行任務規劃，制定衛星的接收計劃并提供給密云、喀什和三亞三個地面站，地面站將接收的衛星原始數據經由專用網絡傳送到資源衛星中心，資源衛星中心負責0～2級的數據產品加工，進而根據各部門提出的需求，經由專線將用戶需求的數據推送至對應的部門，3級以上數據產品的生產加工由用戶部門自己完成。

>>圖2 資源衛星管理運行流程

2. 存在的問題

中國衛星遙感運行管理中存在的問題主要體現在以下幾個方面。

（1）數據加工處理能力不強，不能及時提供高質量標準影像數據產品

中國遙感衛星的地面接收處理隊伍規模小，無論是負責0～2級產品處理的資源衛星應用中心，還是負責專題產品生產的用戶部門，基本上都只有十幾人、幾十人的隊伍。國外每顆衛星數據處理的后處理團隊，都在幾百上千人，可以提供0級、1級、2級、3級等不同處理深度和級別的數據處理服務，處理時延一般在1～3天以內。國產遙感衛星地面接收處理機構的產能低，與接收的衛星數據量有較大的差距，導致數據處理時延長、質量差，不能滿足用戶的需求。

（2）缺乏商業化信息數據分發服務手段與渠道，積壓與貧乏矛盾突出

目前缺乏國產星衛星數據數據分發服務平臺、手段和渠道，形成了供方產品積壓與需方數據缺乏的矛盾局面。一方面國產衛星數據分發銷售不暢，衛星用戶仍然局限于少數政府行業部門，大量產品積壓，另一方面，衛星影像應用用戶、包括大量的省市縣級的行業用戶和企業個人用戶不能順暢地獲取國產衛星影像。這種狀況導致了國內衛星影像大量依賴進口，國產數據的市場占有率很低。

（3）行業應用不深入，可靠性不強，沒有融入常態管理、實現業務化

國內衛星遙感數據及其行業應用普遍存在層次低、深度不夠的狀況，數據源和數據處理、加工、分析的可靠性不高。導致衛星遙感數據及應用科研、試驗層面多，一次性決策分析應用多，未能與行業用戶的日常生產業務相結合、融入用戶的常態管理與日常工作，未能形成高可靠性的業務化行業應用系統，實現高頻次、流程化、依賴性的應用局面。業務化、可靠性是中國衛星遙感行業應用推廣普及的核心問題，也是衛星遙感信息產業發展的問題。

（4）數據比較分散、共享程度低，導致重復建設、資源浪費

目前，全國使用對地觀測數據的單位有數百家，較大的用戶部門有10余家。大的部門有自己的數據處理、開發應用中心，小的部門僅僅是開發應用。由于缺乏國家數據政策的支持和統一管理，各行業部門之間條塊分割，數據共享程度有限，造成了一定的重復建設。此外，數據接收和共性處理(預處理)系統互相分割，結構不合理，低水平重復建設嚴重。

三、中國高分遙感應用衛星運行和服務機制研究

建議成立國有高分遙感衛星數據公司（以下簡稱高分公司），負責專題產品的生產、數據增值服務及地理信息服務。

國有高分遙感衛星數據公司的客戶包含國內和國外用戶，國內用戶主要是國家級應用中心、私企個人和科研機構等。

成立高分民用數據中心，負責對高分遙感應用衛星數據的管理、接收、處理和分發，其主要服務對象包含政府部門、科研機構、私企、個人及管理決策層。

上述單位的相關關系如圖3所示。

>>圖3 總體組成架構圖

1 .機構運行和服務機制

（1）高分民用數據中心

高分民用數據中心為國有企業，企業規模預計為100人左右，收益來自于政府行業購買高分數據的費用。其職能包括：①承擔高分遙感應用衛星的管理職能，是所有高分遙感應用衛星的業主單位；②其數據源包括國外衛星數據代理公司和高分對地觀測系統等；③統籌各個行業部門數據訂單，首先考慮用國有高分遙感衛星，其次考慮從國外購買；④主要負責數據處理算法和模型的研發，具體數據處理工作外包給高分公司。

（2）高分遙感應用衛星數據公司

高分公司是高分民用數據中心全資控股的子公司，人員靈活聘用，公司規模為1000人左右，解決我國數據加工處理人員嚴重不足等問題。

高分遙感應用衛星數據公司主要包含四個部門：①用戶訂單管理部的職責為定義優先級權重，對訂單進行優先級排序和入庫管理，基于訂單優先級進行任務規劃并將任務規劃結果提交衛星運行管理部門；②數據產品生產部根據訂單要求的數據產品級別，生產相應的數據產品；③應用服務部負責跟高分應用系統的銜接，接受來自高分應用系統對數據進一步處理和應用系統開發的外包工作；④市場部負責數據和產品銷售。

（3）工作流程

高分民用數據中心主要負責2級以下數據的生產，因此其給高分公司的訂單也偏向于此類數據的生產。

對于來自高分民用數據中心的訂單，應按照以下流程處理：①首先依據訂單要求，分析需要應用的數據處理算法和模型，從公司已有算法模型數據庫中查找，如果沒有，則需要對各家單位提供的算法模型進行招標，購買所需要算法模型；②評估生產成本和生產周期，擬定數據生產合同；③與高分民用數據中心簽訂合同；④ 按照合同內容要求開展數據生產，生產過程嚴格執行數據質量控制管理；⑤數據生產完成后，執行數據質量檢測，如果質量合格則交付甲方，如不合格則重新組織生產。全流程如圖4所示。

>>圖4 數據生產流程

>>圖5 “解決方案”實現流程

來自應用系統的訂單主要包含兩種類型，一類是面向不同行業部門的專題數據生產，其流程與圖3類似，另一類是面向不同行業部門的解決方案的實現。

高分公司基于高分數據的特點，開發實現面向不同行業部門的專用解決方案，如圖5所示。

四 、結束語

隨著地球任一地點的圖像均可獲取，針對于現有科技和市場導向的發展，任何一個國家在其信息傳播和使用政策上的觀點都應有所調整。我們已經從一個只由政府掌握高分辨率圖像的時代步入一個任何政府、商業組織、非政府組織和公眾團體均可以接觸此類圖像的時代。

高質量遙感數據的提供，特別是分辨率高于1m甚至更佳的圖像，催生在數據合理有效使用方面的許多問題。本文基于我國國情初步提出了高分辨率遙感應用衛星的運行架構，目的是為制定我國相關數據政策提供參考，是否完全合理可行還有待實踐檢驗。

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