吉林一號衛星遙感應用實踐

文 | 王棟 朱瑞飛 特日根 王春月 王亞洲

1.長光衛星技術股份有限公司

2.吉林省衛星遙感應用技術重點實驗室

一、引言

吉林一號衛星星座是長光衛星技術股份有限公司（簡稱長光衛星）在建的核心工程，規劃由138顆涵蓋高分辨、大幅寬、視頻、多光譜等系列的高性能光學遙感衛星組成。截至2022 年5 月5 日，長光衛星成功通過16 次發射將54 顆吉林一號衛星送入太空，建成了我國目前最大的商業遙感衛星星座，可對全球任意地點實現每天18～20 次重訪，具備全球一張圖一年更新1 次、全國一張圖一年更新6 次的能力（有效覆蓋），重點區域可實現月度覆蓋，長光衛星正朝著建設更高分辨率、更大幅寬的遙感衛星不斷前進。

隨著星座規模的不斷擴大，衛星遙感進入了海量數據時代。長光衛星努力踐行“用空天地一體化遙感信息產品服務全球70 億人”的使命愿景，開展“共生地球”產業生態體系建設，實現遙感應用從“能做”向“能做好”“能及時做好”的目標邁進，并在政企業務、大眾服務等多個領域開展了示范應用。本文以吉林一號衛星在行業監管、災害應急監測、企業金融監測、大眾服務等方面的應用為例，介紹了吉林一號衛星遙感應用的實踐情況。

二、吉林一號衛星星座及數據情況

目前，吉林一號星座已經進入快速組網階段，年內在軌衛星數量預計超過70 顆，并計劃在2025年實現138 顆衛星在軌組網，形成全天時、全天候、全譜段數據獲取和全球任意點10 分鐘以內重訪能力，可提供全球最高的時間分辨率和空間分辨率的商業航天信息產品。吉林一號衛星星座具有高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率、高覆蓋率及快速響應能力等特點，可提供豐富的數據產品，包括高分辨推掃數據、視頻數據、多光譜數據、夜光數據、立體數據以及慣性空間數據。

（1）高分辨推掃數據

高分辨推掃數據是吉林一號星座的主要數據類型，目前最高分辨率優于0.5m，波段為標準的5 譜設置（全色、紅、綠、藍、近紅外），無控定位精度優于20m（CE90），相對輻射精度優于3%，絕對輻射精度優于7%。

（2）高分辨視頻數據

區別于傳統的靜態影像，高分辨視頻數據可以反映運動目標的重點特性，在交通、減災、國防等應用方向有著獨特的優勢。吉林一號高分辨視頻數據拍攝幀頻最高為10 幀/s，單星最大連續拍攝時長為120s，標準時長一般為10s、30s、60s。

（3）高分辨夜光數據

吉林一號高分辨夜光數據是全球唯一的米級彩色夜光數據源，可提供城市精細化空間關聯信息，可應用于城市光源分類、城市發展情況及人類活動監測、道路分析、城市功能區域面積精細分析等。吉林一號高分辨夜光數據是利用視頻衛星通過凝視姿態長時間曝光獲得，因此數據源與高分辨視頻數據一致，燈光探測能力大于3.5lx。

（4）立體數據

吉林一號立體數據產品通過兩種方式獲?。阂环N方式是利用視頻衛星凝視拍攝獲取立體像對；另一種方式是通過推掃衛星的同軌成像模式獲取。吉林一號可以獲取立體數據的衛星包括高分02A/B/D/F 星、視頻03-08 星、高分03C01-03 星，網格精度優于3m，高程精度優于3m，可根據用戶需求提供立體像對、DSM、DEM 產品。

（5）多光譜數據

光譜可以在很大程度上表征地物的本征特性,光譜分辨率的提高有助于對地物進行精確識別和分類。吉林一號多光譜數據是專門針對地表定量化應用研發的衛星數據產品，波段范圍從可見近紅外到長波紅外共計26 個光譜，主載荷空間分辨率為5m。

（6）慣性空間數據

吉林一號慣性空間數據是視頻衛星的衍生數據產品，充分利用吉林一號視頻衛星姿態控制能力強的特點，對慣性空間目標拍攝成像，最高可識別12等星的天基空間目標，可應用于空間碰撞預警、態勢感知和空間環境研究等前沿領域。

三、吉林一號衛星行業監管應用

1.衛星遙感智慧監管平臺

利用衛星遙感進行行業監管的總體思路為以吉林一號高頻次、高分辨率、廣覆蓋衛星遙感數據為核心，以衛星遙感分析服務為基礎，堅持監管問題為導向，建立“查、測、治、督、溯、評”的管控體系，形成標準化、智能化的監管流程，研發衛星遙感智慧監管平臺，實現從問題的發現、調查、審核、整改、追溯和考核的全流程閉環監管，平臺總體框架如圖1 所示。衛星遙感智慧監管平臺以支持天上看、地上查、網上管為目標，采用APP 終端與Web 系統相結合的模式，重點解決監管點隨機性強、監測信息不及時、監管人員少、執法核查效率低、精準管控難、可追溯性差等實際難題。基于該平臺，已為農林、水利、環保、交通、自然資源、城市建設等領域提供高質量的遙感信息服務。

圖1 衛星遙感智慧監管平臺總體架構

（3）“兩違”整治監測

在城市管理中，存在著大量私自占用土地資源，建設未經批準建筑的行為。“兩違”現象大量出現，嚴重影響了城鎮規劃、土地利用總體規劃和重點項目征地拆遷工作。因“兩違”數量多、處置難度大，難以在規定的時間內完成疑似違法圖斑的核查及整改處理工作。

在文昌市“兩違”整治監測項目中，長光衛星基于吉林一號衛星進行月度監測，通過深度學習地物提取算法，在一張圖產品中精準快速識別違法建筑物、構筑物、設施農用地等“兩違”信息，利用衛星遙感智慧監管平臺推送給執法部門進行核查、處理，監管部門可通過手機APP 隨時隨地查看巡查地段建筑物是否合法。

（4）裸土揚塵污染源識別

揚塵顆粒污染物在顆粒污染物中所占的比重較大，已經成為城市顆粒污染物的主要因素，城市揚塵污染源遙感監管具有迫切需求。

長光衛星利用吉林一號高分辨衛星對長春市裸土揚塵污染源進行月度動態監測，并利用人工智能識別技術對“施工工地、拆遷工地、物料堆場、裸露地面”4 類揚塵污染源進行自動識別，基于“查、測、治、督、溯、評”的應用服務模式研發了裸土遙感監管服務系統，實現了裸土揚塵污染源從監測到治理的閉環管理，解決了裸土揚塵源發現不及時，執法核查效率低和精準管控難的揚塵污染治理難題。

（5）非正規垃圾堆監測

在我國城鎮周邊及農村，正規垃圾處理場地建設相對滯后，存在大量的非正規垃圾亂堆亂放的現象，長期堆積的垃圾產生的濾液、惡臭和污染氣體很容易對水源、土壤、大氣形成污染，對周邊居民健康造成危害。垃圾堆放點分布范圍廣，實地調查需耗費大量的人力物力，且效率低下，衛星遙感影像具有客觀性、及時性，在垃圾場地監測和管理上有著顯著的優勢。

長光衛星利用吉林一號衛星對吉林省全省范圍進行周期性掃測，利用人工智能算法快速識別非正規垃圾堆放點信息，并對生活垃圾、建筑垃圾、生產垃圾進行自動分類，解譯成果通過衛星遙感智慧監管平臺進行發布，業務單位通過核查APP 進行現場核查并對垃圾堆進行及時清除整治，為改善城鄉人居環境發揮了重要作用（圖4）。

圖4 非正規垃圾堆放監測

四、吉林一號衛星災害應急監測

傳統的應急遙感數據服務存在著數據獲取流程繁瑣、可擴展性差、資源分散、處理效率低等問題。為此，長光衛星通過星地一體優化設計，實現內外部資源協調整合，充分發揮吉林一號星座衛星數量多的優勢，具有需求響應快、服務能力強的特點，已形成由任務規劃、衛星成像、數據接收、數據生產到數據分發的整套全自動快速響應流程，應急任務可在成像同時數傳，用戶最快可在指令上注15分鐘內獲得生產完成的標準影像。吉林一號衛星多次參與相關部門組織的應急演練，應急響應能力達到國內領先水平，并在森林草原防火、城市安全監管、地質災害監測、農業氣象災害防范，以及國際重大突發事件應急援助等領域成功開展應用。

1.森林火災預警與監測

森林火災給森林生態系統造成毀滅性傷害，分析影響森林火災發生的潛在影響因素，及時發現火點，對于林火的預防和撲救指揮有著重要的意義。將吉林一號衛星數據與氣象、基礎地理信息等多源數據相融合，利用人工智能、大數據分析等前沿技術，構建了森林火災預警和監測服務體系，實現鄉鎮級行政單元的未來24h、48h、72h 和一周的精細化森林火險等級風險預警，并可在發生火災時第一時間調用吉林一號衛星對受災現場進行白天和夜間的應急拍攝，及時獲取火區范圍、火勢變化、火頭位置移動、新火點出現以及撲滅等方面的信息。

2.城市安全遙感監測

隨著我國城鎮化不斷加快，當前自然災害和生產安全風險形勢嚴峻復雜，應急管理工作面臨巨大挑戰。利用衛星遙感宏觀、動態、綜合監測等特點，輔助開展自然災害和生產安全事故風險感知識別、監測預警預報、風險預防控制、災害救援與評估等工作，并與地面、航空等各類信息相融合，構建天空地一體全域應急保障系統，能夠為防范化解重大風險隱患，提升綜合防災減災救災能力提供有力支撐。在吉林一號地面應急服務體系支撐下，長光衛星研發了城市安全遙感大數據平臺，并以杭州市為例開展了城市安全遙感監測應用。

3.國際應急監測服務

從2016 年起，長光衛星積極響應中國GEO 全球災害數據應急響應機制，第一時間收集整理災前存檔數據、緊急制訂衛星拍攝計劃，并安排專人開展吉林一號災后數據接收及處理等工作，持續為受災國家提供災情分析和損失評估等公益性服務。目前，長光衛星通過國家綜合地球觀測數據共享平臺先后提供伊朗洪水、巴西潰壩、黎巴嫩貝魯斯特港口爆炸、印度尼西亞山洪和泥石流、泰國曼谷化工廠爆炸等20 余次全球重大災害應急響應服務。

五、吉林一號衛星企業金融服務

2016 年以來金融科技成為整個金融業關注的焦點，金融科技的核心是利用現代科技成果優化金融產品、經營模式和業務流程,為金融業轉型升級持續賦能。借助衛星遙感數據高時效性、全面性、客觀性、公正性的特點，結合人工智能算法快速提取金融投資機構所需的各類要素信息，為提升金融投資能力，規避或者降低金融投資風險提供數據支撐。長光衛星基于吉林一號衛星遙感數據已經在農業保險、投資實物量監測、能源期貨等領域開展了應用。

1.農業保險監測

我國作為農業大國，廣袤的地理環境孕育了豐富的農業資源，但也致使我國成為世界上受自然災害影響最大的國家之一。農業保險作為農業風險管理的有效手段，在分散風險、穩定農業生產方面發揮了重要作用。長光衛星充分發揮吉林一號衛星監測范圍廣、光譜信息豐富、重訪周期短等優勢，提供投保作物核查、農作物長勢高頻跟蹤監測、墑情監測、病蟲害預警、災害應急監測、災害損失評估等遙感監測服務，為農業保險精準承保、精細管理、精確理賠提供有圖可查、有據可依的客觀支撐。2021 年，在吉林省白城市、長春市等地的14 個鄉鎮分別為中航安盟、國壽財險和太平洋三家保險公司提供了承保作物地塊級監測服務，分析結果直接作為最終方案理賠到戶，真正實現了“按圖承保”“按圖理賠”的保險服務新模式。

2.在建工程投資實物量估算

隨著城市不斷快速發展，固定資產投資統計項目呈現數量多、分類復雜、分布點多面廣等特點，依靠傳統模式統計監管難度較大。通過衛星遙感技術可以排除外界干擾因素，客觀進行項目工程進展的評價分析，極大地提升項目監測效率，降低監測成本。同時利用存檔遙感數據，能解決投資數據監測不可回溯的問題。長光衛星利用吉林一號衛星高分辨、快速重訪等優勢開展了包括項目類型、在建狀態、形象進度和異常判定等內容的工程投資項目監測。

3.石油能源期貨預測

能源價格直接關系國民經濟安全，通過多種信息預測未來一段時間原油期貨價格，對制定策略、輔助投資決策、保障投資安全有重要意義。通過研究發現美國庫欣原油儲存區的原油庫存與相關能源期貨貿易具有較強的相關性，因此長光衛星利用吉林一號衛星對美國庫欣原油儲存區進行高頻次監測，每周平均拍攝7～8 次，最高可達每周18 次。首先基于深度學習模型識別出庫欣區每個浮頂油罐，以及油罐的內外壁陰影；然后利用衛星高度角、拍攝角、太陽高度角、陰影長度等參數，使用幾何模型計算出每個油罐的儲油率，結合各個油罐的直徑、高度等參數可以計算出整個庫欣區原油庫存的滿油率。在此基礎上，結合歷史原油庫存與滿油率、多維行業數據，對其庫存進行預測。

六、吉林一號衛星大眾應用

目前衛星遙感應用的市場主要集中在政府和農業、林業、生態環保等傳統行業領域，雖然衛星地圖早已應用在移動導航設備上，走進了大眾生活，但遙感應用的大眾市場并沒有完全打開。近幾年長光衛星一直在探索更多的大眾應用場景，打造“衛星目擊”“太空畢業照”“遙感星圖”等多個自媒體欄目，通過“遙感+”的方式拓展了衛星在文旅、科普、探險等各個領域的應用場景，讓大眾用戶通過衛星影像和圖片解析了解全球各地發生的新鮮事，同時發現衛星影像的藝術價值。依托吉林一號海量衛星數據資源研發共生地球，力爭打造中國版的數字地球產品，實現用遙感信息服務全球70 億人的目標。

1.面向大眾的衛星新聞

借助多期衛星遙感影像，可以將新聞事件中出現的地形、地物與遙感影像進行匹配，獲取事件發生的確切地點、時間以及狀況。無論是實況調查，還是對重大災害或沖突地區的報道，由于衛星影像所體現出的客觀性和公正性，如今正被專業記者廣泛使用。衛星遙感影像已經成為新聞業不可或缺的工具。

在日本政府正式決定將福島第一核電站上百萬噸核污水排入大海的消息曝出后，吉林一號衛星及時通過衛星影像，結合人工智能算法識別到福島第一核電站廠區存在42種不同直徑和高度的儲存罐，累計數量為1182 個，可存儲178 萬噸的核污水。這條衛星新聞一經發布，在社會上引起廣泛關注。

2.個性化旅游及戶外運動規劃

為應對疫情沖擊及適應線上消費需求，景區云旅游興起。通過衛星影像和高程數據融合構建三維實景，讓大眾足不出戶便可游覽全球，成為疫情期間旅游行業尋求創新轉型、滿足游客需求的一個突破口。對于喜歡野外探險、徒步騎行、高山滑雪的戶外愛好者，在探索一個未知區域之前，可以通過衛星大視野概覽目的地全貌，借助三維實景了解當地地形地貌，進行科學的前期規劃，有效降低戶外運動帶來的風險。

3.面向大眾的遙感服務APP

為了探索大眾應用新模式，長光衛星研發了一款集成數字化地圖及應用集群的綜合數字地球平臺APP——共生地球。平臺設計以大眾需求為出發點，以吉林一號衛星海量數據產品及應用服務為落腳點，以遙感行業生態應用為增長點，旨在發展成一套完整的遙感服務大眾用戶的數字化產業集群。

“共生地球”允許生態伙伴在平臺上進行功能和插件開發，融入共享共創的概念。通過共生應用的方式，向客戶展示更多遙感行業的應用形式。將遙感應用與用戶生活場景相結合，拉近遙感與大眾的距離，讓用戶了解到遙感在日常生活中的應用價值。隨著用戶對衛星遙感認知的提高，面向大眾的市場有望打開更大的成長空間。

七、展望

近年來，隨著商業航天的迅速發展，商業公司已經成為衛星數據和增值服務的重要提供者，衛星遙感進入海量大數據時代，在社會生產和生活各個領域的應用愈加廣泛。本文通過介紹吉林一號衛星在行業監管、災害應急監測、企業金融監測、大眾服務等領域的示范應用情況，展現了商業遙感星座在滿足用戶對廣域高頻次高分辨遙感數據需求方面具有的潛力。長光衛星將繼續堅持開放、合作的原則，與生態伙伴一起，共同推進遙感應用朝著“及時、好用”的方向發展，不斷開展技術創新與商業模式創新，以期衛星遙感技術真正惠及人民群眾、提升社會生活品質。