國產(chǎn)陸地觀測衛(wèi)星在智慧社會中的應(yīng)用

文∣黃樹松 莊超然 史小金 張文慧 趙英芬

中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

一、引言

黨的十九大報(bào)告著重提出“加快建設(shè)創(chuàng)新型國家”，為“建設(shè)科技強(qiáng)國、質(zhì)量強(qiáng)國、航天強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、數(shù)字中國、智慧社會提供有力支撐”。隨著人工智能與其他科技的加速融合創(chuàng)新與聚變發(fā)展，人類社會正在日益逼近新一輪變革的臨界點(diǎn)，社會形態(tài)將全面系統(tǒng)演進(jìn)，智慧社會將作為繼農(nóng)業(yè)社會、工業(yè)社會、信息社會之后的一種更為高級的社會形態(tài)而加速到來。如果說智慧城市更多從政府角度來考慮，重點(diǎn)解決城市管理、政府審批、民生服務(wù)、應(yīng)急管理等問題，那么智慧社會則更加側(cè)重關(guān)注百姓層面，從民生角度去配合政府治理任務(wù)。

“智慧社會”概念是對“智慧城市”概念的發(fā)展，智慧城市是指利用各種信息技術(shù)或創(chuàng)新理念，集成城市的組成系統(tǒng)和服務(wù)，以提升資源利用的效率，優(yōu)化城市管理和服務(wù)。建設(shè)智慧社會對于深入推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)、實(shí)現(xiàn) “四化”同步發(fā)展、實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等都具有重要現(xiàn)實(shí)意義，為社會信息化指明了方向，為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了新動力。

智慧社會的基礎(chǔ)是利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)，加快開放共享，推動資源整合，提升治理能力，推動人們的衣食住行等生活方式向智慧互聯(lián)演變。在建設(shè)智慧社會中可以運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)用于農(nóng)業(yè)發(fā)展、林地調(diào)查、水利建設(shè)、土地利用、城市規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估等。利用遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)是典型的大數(shù)據(jù)，可以憑借其技術(shù)及數(shù)據(jù)本身的優(yōu)勢，成為服務(wù)智慧社會的一種重要方式。

中國陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心是我國陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)集中處理中心、統(tǒng)一存檔中心、統(tǒng)一分發(fā)中心，在智慧社會的發(fā)展與建設(shè)中提供重要的數(shù)據(jù)支撐作用。

二、國產(chǎn)陸地觀測衛(wèi)星資源及能力

自1999年至今我國已發(fā)射22顆民用遙感衛(wèi)星，以及4顆高景一號商業(yè)遙感衛(wèi)星，目前中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心運(yùn)行管理23顆在軌衛(wèi)星，其中分辨率優(yōu)于1m衛(wèi)星5顆，分辨率優(yōu)于2.5m衛(wèi)星10顆。

1.在空間分辨率方面

宏觀觀測尺度—中低分辨率（10m級）一般適用于大范圍宏觀監(jiān)測，如干旱災(zāi)害、流域洪水、積雪監(jiān)測、沙塵暴、霧霾、臺風(fēng)等。中等觀測尺度—中高分辨率（2m級）可用于持續(xù)動態(tài)觀測，如洪水淹沒、森林火災(zāi)、森林病蟲害、環(huán)境災(zāi)害、溢油、海冰等。微觀觀測尺度—高分辨率（亞米級）用于城市建設(shè)、災(zāi)情細(xì)節(jié)分析、損失評估，如道路規(guī)劃、地震災(zāi)后重建、滑坡泥石流等。

目前我國民用陸地觀測衛(wèi)星已形成以10m量級分辨率為主的普查與米級（亞米級）分辨率為主的詳查觀測能力，不同分辨率衛(wèi)星相互補(bǔ)充，可以發(fā)揮最大的應(yīng)用潛能。

2.在光譜分辨率方面

全色/多光譜相機(jī)的可見光與近紅外譜段通常指全色、紅、綠、藍(lán)、近紅外譜段（1PAN+4MUX），能夠應(yīng)用于森林病蟲害、森林火災(zāi)過火區(qū)提取、酸雨、地震、凌汛、堰塞湖、積雪等災(zāi)害監(jiān)測。

可見光近紅外高光譜成像儀，以高分五號衛(wèi)星高光譜相機(jī)為例，光譜分辨率為5nm和10nm，有效譜段范圍為0.4-2.5μm，其幅寬60km，分辨率30m，可以滿足水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境、臭氧層和云層探測、冰雪、森林火災(zāi)等應(yīng)用需求。

紅外譜段（中波、長波）能夠滿足農(nóng)業(yè)病蟲害、干旱、城市熱島、森林火災(zāi)等目標(biāo)的遙感監(jiān)測應(yīng)用。

微波譜段，結(jié)合光學(xué)衛(wèi)星組網(wǎng)用于全天候觀測，能夠在多云多雨氣象條件下對洪澇災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、地震災(zāi)害、溢油等進(jìn)行監(jiān)測。

3.在時(shí)間分辨率方面

我國陸地衛(wèi)星觀測系統(tǒng)，有較好成像覆蓋能力：中低分辨率衛(wèi)星（10m以上）8顆次，1天可以覆蓋全國一次；中高分辨率衛(wèi)星（2m級）14顆次，1周可以覆蓋全國一次；高分辨率衛(wèi)星（優(yōu)于1m，包含高景衛(wèi)星）5顆次，2個月可以覆蓋全國一次。

三、陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)在智慧社會中的應(yīng)用

陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)具備大數(shù)據(jù)的一切特征：宏觀性、多源性、真實(shí)性、實(shí)時(shí)性、海量性，但除此之外，遙感特別是衛(wèi)星遙感，還具備一個重要特點(diǎn)：沒有地域限制，沒有國家限制，可以觀測世界上任何地方。因此在智慧社會建設(shè)中遙感技術(shù)可以提供更為科學(xué)客觀的遙感大數(shù)據(jù)。通過遙感衛(wèi)星的圖像，能夠提取出基于數(shù)據(jù)的模型，同時(shí)結(jié)合5G，使大家方便獲取和利用這些遙感信息，實(shí)現(xiàn)更多層次的應(yīng)用。同時(shí)，可以基于空間大數(shù)據(jù)、城鎮(zhèn)大數(shù)據(jù)和社會大數(shù)據(jù)，能夠?qū)⑦b感應(yīng)用、智慧中國和智慧城市結(jié)合起來，更廣泛地推動遙感價(jià)值的深化。

1.衛(wèi)星數(shù)據(jù)用以監(jiān)測城市規(guī)劃

不同時(shí)相的高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以用于重大工程及城市建設(shè)的變化監(jiān)測，除此之外利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以借助人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行自動分類，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速自動處理，可以為在智慧社會建設(shè)過程中涉及到的大范圍國土資源調(diào)查、土地督察等提供較為及時(shí)和準(zhǔn)確的結(jié)果。圖1為利用高分二號衛(wèi)星進(jìn)行城市建設(shè)變化監(jiān)測。

圖1 高分二號衛(wèi)星城市建設(shè)變化監(jiān)測

2.衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于大宗商品交易

隨著遙感數(shù)據(jù)源日益豐富和數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍也進(jìn)一步拓展。在農(nóng)產(chǎn)品、能源等大宗商品交易過程中，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)憑借其周期性和客觀性，也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢。

利用高分辨率衛(wèi)星對各大港口、生產(chǎn)基地等進(jìn)行周期性監(jiān)測，利用獲取的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)結(jié)合先驗(yàn)知識對各類礦石進(jìn)行存儲量測算，可以得到各類礦石的庫存情況，為在智慧社會建設(shè)過程中的工業(yè)生產(chǎn)、市場波動等情況提供有價(jià)值的信息。圖2為利用高分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行鐵礦石存儲量監(jiān)測。

圖2 高分辨率數(shù)據(jù)鐵礦石存儲量監(jiān)測

此外，高分三號衛(wèi)星是中國首顆分辨率達(dá)到1m的C頻段多極化合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像衛(wèi)星，具備12種成像模式，涵蓋傳統(tǒng)的條帶成像模式和掃描成像模式，以及面向海洋應(yīng)用的微波成像模式和全球觀測成像模式，衛(wèi)星成像幅寬大，與高空間分辨率優(yōu)勢相結(jié)合，既能實(shí)現(xiàn)大范圍普查，也能詳查特定區(qū)域，可滿足不同用戶對不同目標(biāo)成像的需求。利用高分三號衛(wèi)星獲取的雷達(dá)數(shù)據(jù)對大型儲油基地進(jìn)行監(jiān)測，可以根據(jù)油桶的反射強(qiáng)度對單個油桶進(jìn)行分析計(jì)算得到儲油桶的油量存儲情況，同樣可以對后續(xù)油庫儲備、市場情況提供有價(jià)值的信息。

圖3 高分四號衛(wèi)星監(jiān)測“山竹”臺風(fēng)

3.衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于災(zāi)害監(jiān)測

高分四號衛(wèi)星是我國首顆地球同步軌道遙感衛(wèi)星，搭載了一臺可見光50m/中波紅外400m分辨率、大于400km幅寬的凝視相機(jī)，采用面陣凝視方式成像，具備可見光、多光譜和紅外成像能力，設(shè)計(jì)壽命8年，通過指向控制，實(shí)現(xiàn)對中國及周邊地區(qū)的觀測。利用高分四號衛(wèi)星在臺風(fēng)生成時(shí)對其進(jìn)行持續(xù)觀測，可以短時(shí)間內(nèi)獲取臺風(fēng)中心區(qū)域高分辨率影像，用以判斷臺風(fēng)走向、強(qiáng)度等信息，大大提高了臺風(fēng)登陸地點(diǎn)的預(yù)報(bào)精度，為臺風(fēng)預(yù)警及災(zāi)害防范提供了科學(xué)依據(jù)。圖3為高分四號衛(wèi)星監(jiān)測的“山竹”臺風(fēng)。

未來，借助衛(wèi)星遙感技術(shù)與衛(wèi)星通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的深度融合，打造天地一體的綜合管理平臺可以更廣泛應(yīng)用于智慧社會建設(shè)中的各行各業(yè)，例如打造天地一體的城市應(yīng)急管理平臺，可以利用遙感大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用通信、導(dǎo)航等技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速定位便于應(yīng)急事件得到及時(shí)處置等。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用水平不斷提升以及陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)的不斷豐富，在智慧社會建設(shè)過程中，用戶對衛(wèi)星運(yùn)營服務(wù)及陸地觀測衛(wèi)星大數(shù)據(jù)深加工等工作將會提出新的更高的要求。