中國四維商業遙感衛星系統建設及創新應用場景

文 | 李雙宇 朱繼東 賀博 范晨 蔡月

中國四維測繪技術有限公司

一、前言

隨著航天科技的不斷發展，衛星遙感已經成為時空信息感知的重要手段，相比于其他遙感監測方式，衛星遙感具備采集范圍更廣、載荷更豐富、感知內容更全面、支持全天時全天候觀測等特點。商業航天的迅猛發展，讓商業衛星遙感發展進一步增速，創新應用場景不斷涌現，商業衛星遙感的相關應用正在切實地改變著我們的生產生活。

在行業蓬勃發展的大背景下，國內商業遙感衛星項目也進入高速發展階段。作為航天科技集團專業發展衛星遙感應用產業的專業公司，中國四維測繪技術有限公司（簡稱中國四維）在2021 年正式啟動“中國四維新一代商業遙感衛星系統”（簡稱商星系統）的建設，并探索商星系統新的運營模式與應用場景。

二、商星系統計劃與建設情況

商星系統計劃包含總計28 顆各類載荷的商業遙感衛星，其中包括16 顆0.5m 空間分辨率的光學衛星，4 顆0.7m 分辨率的寬幅光學衛星以及8 顆1m 分辨率雷達商業遙感衛星，同步建設高度匹配的地面段（含測控、接收、處理、應用）。根據計劃，中國四維商星系統將于2025 年全面建成，屆時，系統將具備全球每天25 次的高重訪能力，日采集面積超過3000 萬平方千米的高采集能力，2 小時以內的應急交付能力，系統的數據采集能力、數據處理能力和分發應用能力均將達到國際一流水平，并可根據市場需求擴展至“28+10+18”共計56 顆衛星。截至2022 年底，商星系統已成功發射4 顆遙感衛星（2 顆光學遙感衛星，2 顆SAR 衛星），按計劃完成第一階段的建設。

1.已發衛星主要性能

商星系統第一階段分兩批發射了總計4 顆衛星，分別是兩顆光學遙感衛星，以及兩顆商業SAR遙感衛星。

商星系統第一批發射的2 顆分辨率優于0.5m高分辨率光學衛星，采用一箭雙星的方式發射入軌。衛星具備多條帶拼接、立體成像、多目標成像、沿跡成像等多種成像模式，主要技術指標見表1。

表1 商星系統首批光學衛星主要技術指標

2.商星系統后續星能力

（1）重訪能力

商星系統設計了四個軌道面：10:30 軌道面、13:30 軌道面、45°低傾角軌道面和晨昏軌道面。通過不同軌道面的設計，提升衛星的重訪頻次，并減少不同地區長期上午天氣不好的影響。每天重訪能力達到14 ～25 次，其中優于0.5m 光學衛星每天重訪能力6 ～8 次，0.7m 寬幅光學衛星每天重訪能力1 ～3 次，優于1m 雷達商業遙感衛星每天重訪能力7 ～14 次。衛星系統提高了高分辨率光學衛星敏捷性設計，支撐沿海岸線、鐵路、河流等線狀目標拍攝，大幅提升訂單執行效率。

（2）上注及傳輸能力

商星系統地面段包括自主測控的接收站系統，常態化實現商業化自主測控，提高衛星上行指令的頻次，改善衛星服務響應的有效性和及時性，大幅提升服務用戶和響應應急事件的效率。

（3）衛星精度

商星系統新建11 個定標場，同時提供數字化幾何、光學、微波、激光、偏振等多種定標能力。

（4）時效性、便利性、容災抗毀能力

項目構建了物理分離、邏輯一體的數據中心云（支撐大于2EB 存儲管理、1 萬臺計算設備管理），實現跨云資源的統一管理、統一運維、統一調度，基于以上架構支撐遙感衛星全球接收站網數據處理本地化，全球用戶數據服務的本地化，從而保障地面處理/用戶數據服務業務的時效性、便利性及系統級容災抗毀能力。中國四維商星系統各階段數據獲取能力見表2。

表2 商星系統各階段數據獲取能力匯總表

圖3 山東省萊城區前郭莊村作物種植空間分布圖

（2）農作物長勢監測

農作物尤其是糧食作物的長勢與國家糧食安全息息相關，通過農作物長勢監測以及產量預估，能及時評估糧食作物生長狀況，從而采取積極措施保證糧食生產。為此，中國四維利用植被生物量指數和遙感反射率數據的重建方法，對照作物長勢多參量綜合評估模型，實現作物長勢綜合評判分級。并在此基礎上構建估產模型，實現作物產量的預測（圖4）。

圖4 河北省邢臺市巨鹿縣冬小麥產量評估分析圖

（3）農業保險應用

農業和金融的結合已經成為現代化農業發展的趨勢。中國四維圍繞這一契機，在“四維視界”平臺上線了涉農保險、金融遙感應用模塊，打通農業和金融之間的信息壁壘。

利用衛星遙感、氣象、土地流轉等數據，中國四維搭建了服務于保單核驗、承保查勘、災損定賠、日常監測等功能的平臺，為承保風險管控提供支撐，解決報損不準、不實的問題（圖5）。

位于溫州市東南的168 黃金海岸線沿途有多發礦石盜采點高達15 處，受到當地地理環境影響，違法人員常與執法人員“打游擊”。在引入了中國四維衛星遙感檢測的“天空地一體化”立體態勢感知體系后，通過在海岸線周邊部署熱紅外監控，結合衛星影像和海上綜合智治應用中的5 個基站雷達數據實現“海陸空”全覆蓋“白+黑”全監控，有效執法率提升到80%以上，切實實現保護海洋資源環境。

5.支撐綠色經濟

商業衛星遙感能夠高效服務于林草管理、生態系統生產總值（GEP）匯算以及生態經濟建設等場景，尤其在“雙碳”目標實現方面，商業衛星遙感可以通過自動提取地表變化，實現從“抽樣測量”到“全面監測”的轉變，并配置激光、光譜載荷實現植被立體結構、植被類型觀測，精確核算生物量。同時利用熒光遙感技術，反演植被生產力，獲取植被碳匯變化趨勢，時效性強、準確率高。

通過衛星遙感數據的綜合應用，能夠實現生態資產的歷史存量確定及動態變化量監測，支撐各級政府的生態治理與決策。同時業務化實現年度生態資產核算，通過省/市/縣多級核算，全局分析、明確各區域的功能定位，優化經濟布局、合理調整產業結構。通過對生態資產全面精確感知記錄、核算計量，落實精準確權。

另一方面，相關產品能夠為生態產品交易機制提供精準的底層數字支撐，助力GEP 價值核算與賦權交易。加速推進全國大市場的碳權、水權、排污權、用能權等生態產品交易與區域交易補償。

四、結語

中國四維新一代商業遙感衛星系統將發射多樣化的衛星載荷，建設互聯互通、高速觸達的“四維云”，通過海量動態更新的遙感衛星時空數據構建云上“時空數據基座”，以云應用平臺支撐遙感應用產業生態，拓展時空信息的行業綜合應用解決方案，助力各領域產業數字化轉型和高質量發展。

中國四維新一代商業遙感衛星系統以商業化為驅動，以產業發展做支撐，持續推動衛星遙感領域的技術創新。

在國家戰略指引下，中國四維將用實際行動不斷踐行商業衛星遙感“科技向善”，以新一代商業遙感衛星系統促進產業鏈與創新鏈的深度融合，支撐綠色經濟高質量發展，持續賦能地球生態環境事業，助力實現人與自然和諧共生的新發展格局。