北京系列衛星遙感大數據賦能可持續發展

文| 關盛勇 屈鴻鈞 邢銳雅

二十一世紀空間技術應用股份有限公司

一、引言

北京系列遙感衛星由二十一世紀空間技術應用股份有限公司（簡稱“世紀空間”）自主運控，經過近20 年建設，目前已發展至第三代，衛星可提供高精度平面及立體遙感大數據產品。本文重點介紹北京系列衛星遙感大數據產品的特點及其賦能自然資源調查監測、生態環境保護、智慧城市建設、糧食安全、能源轉型、應急減災等可持續發展的相關應用領域。

二、北京系列衛星遙感大數據產品

1.北京系列衛星發展概況

北京系列遙感衛星目前已發展至第三代。

2005 年成功發射的北京一號遙感小衛星是我國科技體制和研發機制創新的重大科技成果，也是首個由國家“十五”科技攻關和“863”計劃聯合支持按企業機制實施的遙感小衛星項目，成功探索了我國由政府支持、企業運行、商業服務的民用航天產業化發展的全新機制，為遙感衛星商業化運作探索出了一條成熟的運作模式。

北京二號衛星星座包括4 顆0.8m 全色、3.2m多光譜分辨率的光學遙感衛星，具有高空間分辨率、高時間分辨率和高輻射分辨率的特點，2015 年成功發射，多年來為自然資源部、生態環境部等10 個國家部委用戶提供了可持續運行、安全穩定、產品可靠的民用空間基礎設施數據服務，推動了我國航天領域體制機制的創新。

北京系列三代衛星目前在軌4 顆，其中北京三號衛星A/B 星是基于我國新一代衛星平臺自主研發的高分辨率遙感智能敏捷衛星，衛星數據獲取能力和影像質量達到國內領先、國際先進水平。

2.北京系列衛星技術特點

北京系列衛星具有“三超三智”的技術特點，即超高敏捷、超高穩定、超高精度、智能規劃、智能處理、智能控制，具備沿任意航跡成像、正反向及多條帶拼接成像、高精度立體成像和同軌多目標成像等多種實用創新成像模式（圖1），尤其是高精度立體成像能力，使北京系列衛星能夠統籌遙感與測繪的需求，實現遙測一體化。

圖1 北京系列衛星多種成像模式示意圖

3.主要遙感大數據產品

北京系列衛星遙感大數據產品主要包括高精度平面和立體數據產品。平面數據產品中，L1 級單片產品空間分辨率大幅提升，達到國際民用高水平，可進一步提升地表要素識別能力、地物精細度及微小地物判別能力。

基于高精度立體成像能力，北京系列衛星可生成立體像對產品，其中L1 級立體像對產品主要包括數字真正射影像（TDOM）產品、數字表面模型（DSM）產品、數字高程模型（DEM）產品、數字線劃地圖（DLG）產品、地表三維景觀（Mesh）產品以及地物模型產品，可滿足1∶2000、1∶5000 和1∶10000 測繪精度要求。尤其是Mesh 產品和地物模型產品作為北京系列衛星實景三維產品，可作為實景三維數字基礎底座的重要組成部分助力實景三維中國建設（圖2—圖4）。

圖2 白鶴灘水電站Mesh 產品

圖3 北京商務中心區建筑物精細模型產品

圖4 廣西南寧市建筑物白模產品

三、北京系列衛星遙感大數據賦能可持續發展

北京系列衛星遙感大數據產品高分辨率、高精度及可立體等特點，通過服務全球自然資源調查監測、生態環境保護、智慧城市建設、糧食安全、能源轉型、應急減災等賦能全球可持續發展。

世紀空間基于北京系列衛星遙感大數據產品，在服務生態環境保護方面，創新“生態環境遙感監測+環境業務閉環服務+綠水青山藍圖決策”應用模式，構建“實景三維+物種智能識別+業務立體應用”生物多樣性保護監測評估體系，服務自然保護地人類活動遙感監管與輔助督查；在服務糧食安全方面，通過農作物識別及長勢監測、病蟲害監測、土壤墑情監測、農畜產品價格分析與預警以及構建農業一張圖綜合服務平臺、農情決策服務等農業大數據平臺，進行數據的分析、展示和管理決策；在服務能源轉型方面，還可對石油能源監測與監管、新型能源設施建設與監管等提供支撐。

特別是北京系列衛星實景三維產品反映的地理要素的位置、幾何形態、表面紋理及其屬性等信息能夠有力支持大區域地形級和城市級三維場景的快速建模、分析與量算工作，將衛星遙感的應用領域從二維提升至三維空間，為數字政府、數字社會等提供時空數據底座，更加體現出衛星遙感時空數據作為新型生產要素的重要價值。

1.服務自然資源調查監測

基于北京系列衛星實景三維產品，世紀空間通過構建自然資源三維大數據，實現自然資源調查監測立體規劃、立體調查。如監測分析地形削高填低、地表覆土綠化等生態修復措施以及生物多樣性等效益指標助力山水林田湖草沙一體化生態保護修復；通過礦區Mesh 產品以及多期動態信息比對，為監管露天礦山違法采礦行為、礦產資源儲量動態、礦區環境監測和礦山環境恢復提供及時信息服務，為礦區治理提供決策支持。圖5 為基于自然資源實景三維業務應用服務平臺開展的礦山越界開采監測和分析。

圖5 礦山越界開采監測和分析

2.服務智慧城市建設

在自主研發的衛星遙感區域綜合應用空間信息服務基礎上，世紀空間基于北京系列衛星實景三維產品，構建了數字孿生城市底座，通過整合多維度城市管理信息，支撐城市精細化管理。此外，還可輔助城市規劃和體檢，如監測、分析及評估建筑總量、密度及高度（含局部超高），路網和水網密度、綠地率、建設進度、開發強度等，充分體現城市發展的數字治理新格局。圖6 為基于自然資源實景三維業務應用服務平臺開展的建筑體量分析。

圖6 建筑體量分析

3.服務應急減災

世紀空間自成立以來，積極響應應急管理部國家減災中心、空間與重大災害國際憲章（CHARTER）和國家綜合地球觀測數據共享平臺等國內外應急減災需求，第一時間調用北京系列遙感衛星資源，免費提供大量災害應急數據，如2023 年2 月7 日土耳其地震、2023 年8 月3 日北京房山區大石河山體滑坡及門頭溝區清水河橋梁沖毀等，為災害評估、救援方案制定等提供了及時高效的空間信息支撐。

此外，北京系列衛星立體像對產品還可助力開展地質災害風險監測和分析（圖7），通過地形特征特別是突變和表面紋理特征分析，為提高山區地質災害隱患判識的準確率和效率提供了重要信息支持。

四、結語

基于“三超三智”的技術特點，北京系列衛星可提供高精度平面及立體遙感大數據產品，極大拓寬了衛星遙感應用領域和范圍。世紀空間將持續深化北京系列衛星遙感大數據產品的應用服務水平，積極響應全球發展倡議，加強國際合作，普惠共享，為全球性氣候變化、自然災害、糧食安全、可持續發展等貢獻更多空間信息力量。