中國地球空間信息及服務產業技術路線圖研究

許　曄,左曉利

(中國科學技術發展戰略研究院，北京　100038)

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中國地球空間信息及服務產業技術路線圖研究

許曄,左曉利

(中國科學技術發展戰略研究院，北京100038)

摘要：本文以中國地球空間信息及服務產業作為研究重點，圍繞“十二五”期間重點部署的領域重大應用系統，選擇全國遙感網、全球空間信息服務系統、導航與位置服務網、智慧城市空間信息網格和衛星移動通信系統開展技術路線圖研究。通過廣泛的專家調查和專利檢索分析，對重大應用系統的產業前景、產業鏈關鍵環節、產業關鍵技術及其專利分布狀況等進行系統研究，并提出相關對策建議。

關鍵詞：遙感；衛星定位；導航；地理信息系統；技術路線圖

地球空間信息及服務產業(以下簡稱“地球空間信息產業”)，是指采用空間信息技術對地球空間信息資源進行生產、開發和提供服務的全部活動以及涉及這些活動的企業集合體。它既包括遙感、地理信息系統、衛星定位與導航等領域，也包括以地球空間信息技術和產業為基礎，融合其他相關技術與產業所產生的各類新應用、新服務和新業態。

地球空間信息及服務產業是信息產業的重要組成部分，也是當前最具成長潛力的戰略性新興產業，產業發展正呈現極強的增長性和帶動性。系統研究地球空間信息產業的發展需求與產業前景，制定科學的產業技術發展路線，對促進中國地球空間信息產業的健康發展具有重要意義。

1產業發展成為全球競爭新熱點

地球空間信息產業與國民經濟、社會發展和民生服務等緊密相連，目前已經成為衡量一個國家經濟、社會、軍事和科技發展水平的重要標志之一。地球空間信息技術與當今經濟和科技的發展緊密結合，形成了一個市場發展迅速、技術不斷更新、服務模式不斷升級的新興產業。目前，地球空間信息產業在全球的年產值超過1000億美元，并以每年超過20%的速度增長。

發達國家世界各主要空間技術大國競相發展地球空間信息產業[1]，國際巨頭企業近幾年也紛紛加入產業競爭的行列。美國盤踞世界空間技術超級大國位置，美國擁有世界上在軌服務的2/3衛星系統，美國GPS系統是目前最為成熟的、應用最為廣泛的衛星導航定位系統，已經占到全球應用的95%以上；俄羅斯保持世界空間技術大國地位，俄羅斯擁有世界上先進的空間站，具有可全球服務的衛星導航系統；歐盟發展獨具特色的空間技術，歐盟的全球環境安全監視系統(GMES)，實現了不同地球觀測能力的衛星與地面運營服務網的綜合集成[2]；其他國家也積極參與地球空間信息產業領域競爭，日本擁有先進的航天技術和經濟實力，并力圖發展軍事航天。印度近幾年也開始加大發展航天技術力度，企圖成為未來亞洲空間強國。韓國也將航天技術確定為“第二次科學技術立國”的重心，并批準和開始實施《韓國空間開發中長期計劃》。

2產業技術路線研究方法

產業技術路線圖是一種較具代表性的產業技術路線研究方法，它是在產業技術規劃的基礎上發展起來的，主要用于對產業現實起點與預期之間的發展方向、發展路徑、關鍵環節、時間進程以及資源配置等進行科學設計和控制，并以研究流程或圖表的方式進行形象表達。

產業技術路線圖不但能使行業內的企業共同認清所處的經濟社會環境，識別新機會，發展新能力，把握技術發展潮流，確定優先發展順序，同時也能夠促進行業內各企業的資源整合，組成戰略聯盟，發揮優勢，開展合作，共同致力于共性關鍵技術的突破，提高產業的發展水平[3]。

產業技術路線圖作為產業戰略集成規劃方法，已經在許多國家和地區得到應用，并被證明是一種行之有效的科技創新管理工具。美國在20世紀70年代后期的摩托羅拉公司和80年代早期的Corning公司，先后采用了技術路線圖的管理方法。之后的許多國際大公司，如微軟、三星、Lucent公司、Lockheed-Martin公司和Philips公司等，也都在廣泛應用產業技術路線圖的研究方法[4]。1992年美國半導體產業協會(Semiconductor Industry Association，SIA)在美國政府的支持下發布的國家半導體產業技術路線圖(National Technology Roadmap for Semiconductors，NTRS)是被報道的第一個產業層次的技術路線圖[5]。

產業技術路線圖可通過多種形式表現，大衛·普羅貝特(David Probert)通過研究多個路線圖案例，總結出路線圖的表現格式主要包括：多層型路線圖、表格型路線圖、圖解型路線圖、流程型路線圖和文本型路線圖等。

3對中國地球空間信息產業的重點研究內容

中國地球空間信息產業發展正處于快速發展階段，創新能力逐漸提升，產業基礎設施初具規模，經濟效益日益顯著。本研究針對中國地球空間信息領域的遙感、地理信息系統及導航定位等子領域的發展現狀與需求，圍繞中國“十二五”期間重點部署的重大應用系統，選擇了5個重大應用系統作為產業技術路線圖的研究重點，并圍繞這些重點產業，開展產業應用子系統和產業關鍵技術的相關研究。

重點研究的5個重大應用系統包括：全國遙感網、全球空間信息服務系統、導航與位置服務網、智慧城市空間信息網格和衛星移動通信系統。其中，①全國遙感網的建設目標是要形成以遙感定量產品為核心的遙感感知網；②全球空間信息服務系統的目標是要構建廣域網的信息動態介入、一體化融合、自動化與智能化的時空信息分析系統；③導航與位置服務網的目標是在充分利用和完善現有導航基礎設施和資源的基礎上，建立高精度導航與定位服務基礎平臺；④智慧城市空間信息網格的目標是建立更透徹感知、更廣泛互聯、更智能決策、更靈性服務和更安全敏捷的智慧城市信息網格服務平臺；⑤衛星移動通信系統的目標是開展基于北斗GEO衛星的移動通信試驗，突破星間和星地鏈路通信的關鍵技術，構建中國獨立自主的衛星移動通信系統。

圖1　產業重大應用系統技術路線圖

4產業技術路線圖及其相關研究

本研究通過對中國地球空間信息及服務產業的5個重大應用系統的產業前景、產業鏈及其關鍵環節、產業關鍵技術及其專利狀況等進行的系統研究，結合開展的產業關鍵技術專家調查和專利分析，以基于市場層面、基于產品及系統層面、基于產業關鍵技術層面、基于產業發展對策層面等作為研究主線，結合專家對每項關鍵技術的技術首次應用時間和產業化時間的分析評價，綜合形成了產業重大應用系統技術路線圖(見圖1)。

4.1市場層面研究——產業市場前景

在全國遙感網建設方面，目前已經建立了專業遙感中心30余個，區域性遙感中心近40多個，從業人員約10余萬人。按照國家遙感產業發展規劃預計，2015年中國遙感產業產值將達1000億元，以目前30%的年增長率估算，預計2020年產業產值將達到2500億元。

全球空間信息服務系統的構建，進一步擴展了衛星遙感產業的應用領域，將實現服務于重大工程和重大任務的建設。據統計，中國衛星遙感產業2010年產值已達23.5億元，2015年將達到64.5億元，2020年產業產值將有望達到247.8億元[6]。

在導航與位置服務網方面，目前涉足衛星導航應用與服務產業的廠商與機構已經超過5000家，2010年產值已經超過500億元[7]。據中國衛星導航系統管理辦公室負責人表示，中國衛星導航產業近幾年增速高達30%～50%，預計2020年產業年產值將達4000億元人民幣[8]。

關于智慧城市空間信息網格，自2010年以來，中國已有154個城市提出建設智慧城市，投資規模已超過1.1萬億元，中國智慧城市建設正呈現從大城市向中小城市、從東部向中西部擴散發展的趨勢。據住房和城鄉建設部預計，“十二五”期間，中國智慧城市試點投資總規模將達到5000億元，2020年將達到1.4萬億元[9]。

在衛星移動通信系統方面，中國與國外相比仍比較落后，目前還沒有形成自主運行的通信系統。當前全球個人衛星移動通信的產生和發展，將引發全球通信的重要變革，具有巨大的市場潛力。專家指出，未來中國衛星移動通信業務將占整個移動通信業務的3%～4%，預計2020年中國衛星移動通信產業產值將達到225億元。

4.2產品及系統層面研究

(1)產業鏈研究。地球空間信息產業主要是以空間數據獲取與處理、地理信息系統軟件、智能導航系統、空間信息系統集成、測繪儀器與裝備為產業基礎，其產業鏈上中下游包括了空間段、地面段和應用段三大部分(見圖2)。

空間段是指以遙感手段來獲取地面信息和實現導航定位，主要包括航天遙感，導航定位和航空遙感。其中航天遙感是指通過衛星遙感的手段獲取地面信息，導航定位是指通過全球衛星導航系統來實現位置定位，航空遙感是指以飛機作為平臺獲取地面信息。

地面段是指地面數據的采集，以及對所獲取的空中和地面數據的處理、分析和加工。主要包括測繪、導航與位置服務、數據加工處理和數據采集設備。

應用段是指對數據信息的應用和運營服務。主要包括政府行業應用和大眾化應用。其中政府行業應用包括國防、安全、國土、水利、測繪、電力、交通、農業和規劃等行業的應用；大眾化應用包括互聯網地圖服務、消費電子導航、LBS和智能車載定位等應用。

重點研究的5個重大應用系統的研發需求，將直接貫穿于地球空間信息產業鏈的三個不同階段，且產業鏈空間段、地面段和應用段關鍵技術的研發狀況，將直接影響重大應用系統的構建水平。

(2)產業重要應用子系統研究。在重點研究的全國遙感網、全球空間信息服務系統、導航與位置服務網、智慧城市空間信息網格和衛星移動通信系統5個重大應用系統中，專家提出每個應用系統將可實現若干子系統的構建，并形成若干產業化示范工程或相關產品。

圖2　地球空間信息及服務產業鏈

全國遙感網可實現政務遙感協同服務系統、衛星遙感數據網、綜合地面傳感網以及分布式航空遙感網的構建；全球空間信息服務系統可實現基于3G的公眾空間信息服務系統、地球科學數據匯集與模擬分析支持系統的構建；導航與位置服務網可實現專用服務系統、室內外無縫導航系統、物聯信息網絡的構建，以及各類手機和專用接收設備的產品研發；智慧城市空間信息網格可實現智慧城市信息網格應用示范、智慧城市信息網格服務平臺、智慧城市基礎設施物聯網絡、智慧城市基礎數據倉庫、室外實時分米級定位服務網絡系統的構建；衛星移動通信系統可實現寬帶移動通信衛星、衛星寬帶移動通信終端、衛星移動通信重大示范應用及產業化工程的實現。

4.3產業關鍵技術層面研究

(1)產業關鍵技術研究。圍繞重點研究的5個重大應用系統以及相應的產業應用子系統，我們選擇與應用系統產業發展密切相關的55項關鍵技術，開展了產業關鍵技術的深入研究。

全國遙感網選擇了衛星遙感數據獲取協同規劃與數據庫群、航空遙感數據獲取系統等20項產業關鍵技術。全球空間信息服務系統選擇了地球空間信息在線搜索技術、地圖自動關聯與服務技術等17項產業關鍵技術。導航與位置服務網選擇了廣域分米級實時精密定位技術、多種技術融合的高精度室內外無縫導航技術等9項產業關鍵技術。智慧城市空間信息網格選擇了攝像視頻信息處理與模式識別技術、傳感器網絡信息通信與交互技術等12項產業關鍵技術。衛星移動通信系統選擇了衛星整星研制技術、衛星有效載荷設計及工程化技術等15項產業關鍵技術。其中有部分關鍵技術在各應用系統中有重復。

(2)產業關鍵技術專家調查。針對所選擇的55項關鍵技術，我們開展了“中國地球空間信息及服務產業關鍵技術專家調查”。專家調查的對象，主要是面向與地球空間信息與應用服務產業發展密切相關的研究單位，包括大學、研究機構和相關企業共40余家。

產業關鍵技術調查的內容主要包括七個方面，即：該技術對產業的重要性；目前中國的研發基礎；該技術的首次應用時間；該技術的產業化時間；該技術受國外技術出口管制的限制程度；該技術受到的專利制約程度；產業發展目前存在的問題；建議該技術的發展途徑。

從調查反饋的問卷數量來看，共收回問卷45份。其中，大學：26份問卷，約占回收問卷總數的58%；研究機構：6份問卷，約占回收問卷總數的13%；企業：企業的13份問卷，約占回收問卷總數的29%。

從對55項關鍵技術專家調查的統計結果看：

有61.8%的關鍵技術，專家認為對產業“很重要”，如衛星有效載荷設計及工程化技術、全息導航地圖獲取融合與更新等。

有50.9%的關鍵技術，專家認為目前中國的研發基礎處于“較好”以上，如高精度天地協同真實性檢驗技術、真三維數據獲取技術等。

有38.2%的關鍵技術，專家認為需要“10年以上”才能實現首次應用，如衛星平臺的性能增強技術、自適應推理導航與位置深層次信息服務技術等。

有40.0%的關鍵技術，專家認為需要“6年以上”才能實現產業化，如衛星寬帶移動通信無線接入網絡技術、全球溫室氣體分布監測儀等。

有52.7%的關鍵技術，專家認為受國外技術出口管制的限制程度處于“較大”以上，如高性能組合導航、高光譜快速輻射傳輸計算技術等。

有61.8%的關鍵技術，專家認為受到專利制約的程度處于“較大”以上，如全球臨近空間大氣衛星精細探測技術、地圖自動關聯與服務技術等。

有92.7%的關鍵技術，專家認為中國應立足于“自主開發”，如25米天線伸竿等有效載荷關鍵技術、數字城市基礎數據倉庫OLAP技術等。

(3)產業關鍵技術專利分析。針對選擇的55項關鍵技術所開展的專利分析，主要是以國家知識產權局“專利檢索與服務系統(公眾部分，該系統共收錄了103個國家、地區和組織的專利數據)”為數據源進行專利檢索，檢索的時間跨度為2000—2013年。經過專利清洗，最終形成有效專利共5647件。其中檢索出的中國國內申請專利數量為5212件，國外來中國申請的專利數量為435件。

從專利申請總量來看，中國專利申請數量呈現出由緩慢發展到較快增長的態勢(見圖3)。表明地球空間信息產業的關鍵技術研發正在逐漸成熟。

圖3　地球空間信息產業領域歷年專利申請情況

從專利申請的產業鏈分布來看(見圖4、圖5)，中國產業鏈上游的空間數據獲取擁有的技術專利數量僅占中國專利總量的15%，中游的數據處理與加工擁有的專利約占中國專利總量的27%，而在產業鏈下游的應用與服務環節擁有的專利則占中國專利總量的58%，表明中國在應用與服務環節投入力量較大。這與國外較注重在產業鏈上游空間數據獲取方面在中國的專利申請，形成較為明顯的差別。

從專利申請的機構分布來看,中國企業申請的專利占國內申請專利總量5212件的39%，高校申請的專利占38%，中國科研院所申請的專利占15%，顯示中國高校和科研院所目前是中國地球空間信息產業的研發主力。而從國外在中國申請的專利狀況來看，企業是國外申請專利的主體，在435件國外申請專利中，有99%的專利其申請機構都是來自企業。

圖4　國內申請專利按產業鏈分布

圖4　社會治理協同創新系統中割點與橋

圖5　國外來華申請專利按產業鏈分布

4.4發展對策層面研究——產業發展建議

專家認為，發展中國地球空間信息產業，不但需要更加明確產業的創新主體，注重支持重點企業的自主研發，同時也要制定更加完備的研發保障措施。

一是支持高端關鍵技術研發，不斷提高應用水平。在專家調查的關鍵技術中，很多關鍵技術的首次應用時間和產業化時間相距偏長，有的技術在首次應用后，仍需7～8年的時間才能實現產業化。因此，中國應進一步加強在數據獲取、數據處理和應用服務等高端關鍵技術的研發力度，進一步提高應用能力。

二是建立國家級開源技術平臺，避免重復性研發。當前中國在技術研究方面，重復性的研發活動過多?；谀壳爸袊萍冀玳_源風氣尚淺，建議國家出面采用招投標方式，向各研究院所和企業購買地理信息基礎技術，整理后開源共享，以利于企業特別是小微企業和初創企業，能夠更加專注于先進技術的研發創新。

三是注重各方資源整合，構建完整的市場開拓體系。應注重支持重點企業、特別是中小企業的自主研發，促進企業的技術集成與應用，加快科技成果產業化步伐。聚集國內各方優勢資源，推進國家地球空間信息產業化基地的建設。同時，也要加強應用與服務的規范管理，建立健全知識產權激勵機制和交易制度，完善技術轉移機制。

四是注重人才培養，造就人才匯聚的創新團隊。研究建立地球空間信息產業相關學科人才的統計制度，加大人才培養力度，尊重人才成長規律，創造一個少數尖子人才與眾多高技術產業人才共同成長的環境。

五是加強政策引導，營造產業發展的良好環境。加強政府對地球空間信息產業發展以及基礎設施建設的宏觀管理與協調，加強市場的規范管理，使企業能夠在公平合理的競爭環境下健康發展。

參考文獻：

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[9]張旭.智慧城市市場空間巨大 行業將延續高成長[EB/OL].財經網，http://www.caijing.com.cn/ 2013-06-05.

(責任編輯劉傳忠)

Technology Roadmapping of Geo-spatial Information and Application Services Industry in China

Xu Ye,Zuo Xiaoli

(Chinese Academy of Science and Technology for Development，Beijing 100038，China)

Abstract：In this paper，we studied the Geo-spatial Information and Application Services Industry in China，focus on the technology roadmapping of National RS Network，Global Spatial Information Service System，Navigation and Location Services Network，Spatial Information Grid of Smart City and Mobile Satellite Communication System,which are all major applications of China’s 12th Five-Year Plan.We studied the industry outlook of those major applications，the industrial key chain，the industry key technologies，and the patent distribution through the widely expert survey and patent analysis.And then we put forward some proposals.

Key words:RS；Satellite positioning；Navigation；GIS；Technology roadmapping

中圖分類號:G312

文獻標識碼:A

作者簡介：許曄(1966-),女，遼寧大連人，中國科學技術發展戰略研究院研究員；研究方向：信息通信、技術預測、科技戰略。

收稿日期：2015-06-06

基金項目：國家軟科學研究計劃(2011GXS4K077)，國家軟科學研究計劃(2011GXS5K101)。