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解读航天领域中卫星遥感技术的应用现状与发展

2020-06-08 667 上传者：管理员

摘要：卫星应用在未来社会和经济发展中具有极为重要的战略地位,是航天领域的重要方向｡以来,全球对地观测系统发展迅速;特别是卫星遥感应用不断向纵深发展,且产业初具规模,为各国重要的战略资源和基础设施｡为更好地服务及满足于国家“一带一路”“应对气候变化”“生态文明建设”等重大战略实施,支撑各行业精细化管理,服务社会大众,需要全面提升我国卫星遥感行业应用能力和服务水平｡

关键词：
卫星应用
卫星遥感
基础设施
战略资源
精细化管理
航天领域
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一、我国卫星遥感应用现状

1. 遥感应用现状分析

目前我国以“资源”卫星系列､“海洋”卫星系列､“风云”卫星系列等为代表的遥感卫星均已进人业务化运行阶段,初步具备了全天时､全天候观测能力,构建了种类齐全､功能互补､尺度完整的对地观测体系;初步建成了遥感卫星应用体系,已经在土地调查监测､地理国情监测､矿山环境遥感监测､国土资源开发监管､海洋资源管理､气象预报等行业应用中发挥了支撑作用,为国家和各级政府部门提供大量科学的宏观辅助决策信息｡

在陆地遥感应用方面,积极服务于国家重大战略,利用包括国产高分卫星数据在内的各种遥感资料,获取了“一带一路”经济走廊沿线重点区域的自然资源信息｡卫星数据和应用已完全融入到第三次全国国土调查､土地利用变更调查监测与核查､土地资源全天候遥感监测等自然资源管理主体业务和重大任务的工作流程｡总体上看,国产陆地卫星米级､亚米级分辨率数据逐步实现对国外同类卫星数据的替代,卫星的各种数据产品已经全面应用于土地资源调查与监测､资源矿产勘查､国家基础地理信息更新､全球地理信息资源建设､环境监测､灾害调查等方面,应用成效较为显著｡

生态保护领域实现了国家级､省级自然保护区动态变化定期监测,开展了国家重点生态功能区县域生态环境质量遥感核查｡在水环境方面实现了“三湖”水华遥感动态监测,在大气环境方面实现了全国秸杆焚烧火点､重点区域灰霾的遥感动态监测｡林业和草原遥感应用方面,国产中高分辨率卫星遥感影像数据开始大量应用于林业和草原监测和评估等工作,在森林资源监测､林地一张图建设､温地资源监测､荒漠化沙化和石漠化监测等业务中已逐步替代国外卫星数据,成为林业和草原业务应用主要数据资源｡

在海洋遥感应用方面,我国自主海洋水色水温产品已在赤潮和绿潮监测､海冰监测､渔业生产､水质调查和全球海洋碳通量调查等方面得到了业务应用,在海洋防灾减灾､海洋经济活动､海洋生态环境监测和全球气候变化研究等方面取得了良好的应用成果｡我国自主海洋卫星微波遥感载荷的数据和产品在海洋防灾减灾､海洋资源管理和海洋安全等方面得到了重要应用｡其中,微波散射计海面风场产品已业务化应用于我国和欧盟的海面风场数值同化预报中,在我国台风､风暴潮的预警､预报中发挥了重要作用;高度计资料在我国海洋客观分析业务系统和其他特殊领域中得到了应用,并已业务化应用于我国和法国航天局的多源卫星高度计融合系统中;微波辐射计的海面温度产品已成功应用于海洋温度预报业务,并在国际高分辨率海面温度产品中得到了应用｡

在气象遥感应用方面,“风云”系列气象卫星面向服务我国生态文明建设和经济社会可持续发展战略,发挥卫星稳定运行的业务观测系统和应用体系能力和优势,在提升气象防灾减灾能力､应对气候变化的需求､保障粮食安全､提升我国国际影响力等重大需求方面发挥了重要作用｡其中成像类遥感载荷能够实现对全球大气和地球物理要素的全天候､多光谱､三维观测,可以获取全球高分辨率真彩色图像,实现云､气溶胶､水汽､陆地表面特性､海洋水色等大气､陆地､海洋参量的高精度定量反演,主要向中期数值天气预报提供卫星观测数据,监测生态环境和大范围自然灾害;同时为全球环境变化､全球气候变化研究以及海洋､农业､林业､航空等部门提供信息｡

2. 差距与不足

美欧重视系统顶层设计,发展协同观测能力,遥感系统从单一数据源向天空地多源协同､一体化数据获取方向发展;遥感应用与云计算､大数据､物联网等互联网时代信息技术深度融合,遥感应用直接面向大众,空间信息服务开始步入千家万户;遥感应用系统平合完善,遥感应用产业整体规模大,商业化程度高,卫星数据产品提供商可提供更多的增值服务｡我国遥感应用体系仍处在以行业集成应用的项目型市场为主流的初步发展阶段,商业化刚刚起步,产业规模小｡就发展模式而言’我国与国际领先水平尚存在差距,主要不足体现在:

(1)需求牵引应用､载荷牵引系统的体系化建设和顶层战略规划不足,载荷综合效能未能充分发挥,星地一体化协同运行能力也有待增强,地面和应用的统筹需要进一步提升,卫星应用尚未充分发挥战略带动价值,缺乏“星､地､用户”之间的深度互动,产业建设规划与行业发展规模亟待增强｡(2)遥感应用技术与智能化技术结合不足,与大数据､物联网等技术融合不够,缺乏新型遥感服务模式,通导遥数据一体化应用能力不足,卫星遥感应用以满足行业需求为主,大众参与程度不高,综合应用能力相对滞后｡(3)应用系统平台建设滞后,技术的创新引领性和软件的自主可控性不强,创新成果转化不够,限制了卫星应用效益的进一步发挥,亟需提升应用系统与行业业务的整合程度｡

二、典型行业遥感应用未需求分析

1. 自然资源全覆盖调查､全天候监测及全流程精细化监管需求

自然资源管理行业负责对山水林田湖草海进行统一监测监管,新形势､新职责对卫星遥感监测周期､监测类型､监测范围和监测精度均提出了新的更高的要求,监测要素上要求从国土资源拓展到自然资源全要素调查,迫切需要构建全球､全天候､全天时､全要素､全尺度的对地观测体系,服务自然资源精细化管理和部门职能履行,支撑全覆盖调查､全天候监测､全流程监管､自然资源灾害动态监测与预警､测绘地理信息保障等主体业务｡

2. 减灾行业数据获取时效性､监测准确性提升需求

新时代灾害风险监测工作需要增加数据的获取频次,掌握各类灾害系统要素的变化规律并及时发现隐患,灾害应急监测工作需要灾后第一时间获取灾害范围,并了解灾害动态变化及损失情况,两者对数据获取时效性的要求很高,需要进一步扩大数据影像幅宽,进一步缩短低轨遥感卫星的重访周期,提升全天候数据获取能力;灾害要素､风险､应急､恢复重建的定量化监测对卫星遥感数据的准确性提出了新的要求｡提升卫星遥感数据空间分辨率,针对特定灾害要素的优化载荷谱段配置,增强通道量化位数,提升遥感影像定量反演能力,做到“看得清”。

3. 高分辨率､高时?效海洋生态环境监测需求

当前,我国正处于加快海洋强国建设､实施“一带一路”战略､推动生态文明建设迈上新台阶的关键时期,由此对自主海洋观测能力的需求更为迫切,需要在现有海洋观测能力基础上进一步提升精细化程度｡结合国家重大战略需求和国家政府机构改革后新出现的需求,抓紧布局海洋次表层､海流､极地､近岸和内陆水体等新型海洋观测能力的发展,建立体系化､业务化､精细化的全球海洋观测系统,进一步提高空间分辨率､产品时效性和产品质量,从而推动海洋遥感卫星应用的蓬勃发展｡

4. 高时间分辨率､全天候､高精度气象遥感监测需求

气象行业在观测内容､时间､空间分辨率与实际应用需求还有一定差距｡天气预报领域指导临近预报和超短期天气预报用的高_率区域模式需要更高空间分辨率的卫星观测和更高的观测频次,以满足高分辨率模式快速麵循环同化的需要｡目前全球大細分獅占不足,无法充分地观测到二氧化碳和甲烷的空间和时间分布,严重地制约了对全球碳循环的认知能力和对未来的气候监测预测能力,卫星将是测量全球二氧化碳和甲烷的时空分布的最有希望的技术手段之一;遥感仪器辐射测量精度､光谱带宽和稳定性较低,较大程度地影响了定量应用水平,现有载荷均难以捕捉到跟踪大气及自然事件带来的臭氧和气溶胶变化细节等｡

综上,各行业应用对遥感卫星的需求表现在更高空间分辨率､更高光谱分辨率､更高时间分辨率､更多载荷类型等方面,从而实现高中低轨动态､连续和定量监测能力,特別是在支撑现有业务提升和新型业务拓展方面对全要素､定量化､多尺度､多频次监测等需求日趋迫切｡此外,非传统卫星应用行业用户的新需求涌现,主要体现在安全生产风险监测､核电站安全监控､毒品种植监测等需求方面,将牵引发展新型遥感卫星和遥感应用｡

三、措施与建议

当前高速增长的行业需求对深化和拓展卫星遥感应用提出了更高要求,包括建立行业对地观测体系,逐步实现从国内､“一带一路”,进而扩展到对全球的业务观测能力;实现更高分辨率､更高精度､更全探测要素､更快应急响应能力等;建立通导遥一体化天基信息服务系统;利用人工智能､云计算等新技术,推动空间信息从专业应用走向大众应用与服务等｡本文对后续遥感应用发展提出以下几点建议｡

(1)应用需求研究和载荷技术创新研发并重,支撑遥感应用可持续发展:兼顾需求与技术创新,注重有效载荷和卫星应用技术面向多领域需求,统筹规划｡结合全域感知､物联网等提炼引领性､前瞻性､战略性有效载荷和遥感应用技术方向｡加大原创性技术投人,不断研发突破传统模式的新概念产品,支撑遥感应用可持续发展｡

(2)加强智能技术与遥感应用技术的融合,提升综合应用能力:建立面向业务应用的攻关机制,提早谋划并开展卫星应用关键技术的预研攻关,加速以人工智能､大数据和云计算等为代表的新兴技术领域与卫星遥感应用技术的结合,充分发挥产学研深度融合优势,开展跨学科､跨领域协作创新｡为更好地满足用户需求,提供一体化的解决方案,卫星遥感融合航空遥感､无人机数据､±也面数据,融合卫星导航､卫星通信的综合应用｡

(3)加强卫星遥感应用系统通用平台建设:通过单一星座来源的遥感数据难以满足用户的丰富需求,应考虑加强应用系统数据融合平台建设及相应标准体系建设,建成能够接入国内外不同来源卫星遥感数据的一体化服务平台,对来自天基的多尺度､多模遥感数据进行融合处理与分析;同时深化遥感数据+多类型数据的多维度分析挖掘,提升数据价值｡实现用户逐步从建设行业数据中心到购买一体化服务转变,应用系统平台从推送卫星图像和数据向推送定制化服务转变,推动卫星遥感应用产业转型升级｡

薛毅,李博,张广科.浅谈我国卫星遥感应用现状与发展[J].中国航天,2020(04):51-53.