中国高分辨率遥感应用卫星的运行和服务机制研究

· 文|中国空间技术研究院 廖楚江 侯宇葵 辛蕾

随着分辨率达到1m甚至亚米级的遥感数据在商业领域投入使用，用以支撑国民经济发展而“不受限制”的民用图像需求和军事及情报领域的“限制级”图像之间的壁垒瓦解了。相关的问题也随之浮现出来，即业界是不是已经在恰当的法律和政策的框架下做好了充足的准备，以面对现在和可预见的未来的挑战。

一、国外高分遥感卫星运行和应用服务现状

1. 美国高分遥感卫星与EROS

美国高度重视商业卫星发展，1984年颁布的《陆地遥感商业化法案》力图促进陆地卫星商业化发展。1992年，针对陆地卫星商业化过程中出现的问题推出《陆地遥感政策法案》，政府收回了陆地卫星部分运营权并禁止气象卫星商业化。2003年4月，美国总统布什批准发布了《商业遥感政策》，促进了政府监管下的高分辨率民用商业卫星发展，“伊科诺斯”（Ikonos）、“快鸟”（Quickbird）、“世界观测”（WorldView）系列、“地理眼”（GeoEye）系列等卫星，由地球眼（GeoEye）、数字全球（DigitalGlobe）等上市公司进行商业运营，取得了巨大成功。

美国商业遥感空间政策（CRSSP）的基本目标是通过保持美国在遥感空间活动中的领导权，以及支持和强化美国的遥感工业，从而加强和保护美国的国家安全以及利益。这样做还可以培育美国新的经济增长点，同时有助于改善环境，提高科学技术水平。美国联邦地质调查局（USGS）是执行CRSSP民用业务的领导机构，隶属于USGS的地球资源观测及科学中心（EROS）则负责统筹跨部门的遥感需求，提供对商业数据的访问，存储和分发数据给联邦政府、州及地区政府机构。其中联邦政府机构包括环保部、农业部、联邦地理数据委员会、交通部、能源部、商业部、国防部、国土安全部等。

通过商业渠道无限制地观测和分发数据，特别是高分辨率数据，引起了许多政策问题，主要涉及被遥测地区数据使用权和私人财产的保护问题。美国就此问题采用了“快门控制”政策，该方式允许美国政府在国土安全或外交政策受到威胁的特殊时期限制美国商业卫星收集数据。这个政策一方面平衡了工业的商业利益，另一方面平衡了美国国土安全及外交利益。

美国政府对遥感卫星商业执照设置了诸多条件以保护被拍摄地区的利益，并确保其国土安全和外交利益。美国执照持有者可以访问任何一个国家在其政府司法裁判权范围内的非增强数据，并要求保证遵守执照中的其他限制条件。政府也规定执照持有者可以使用下行线路以满足在国土安全和外交利益受到危害时数据的使用。另外，执照持有者被要求储存前一年的所有卫星的运行任务，并随时应政府的要求提供数据。这样，美国政府除了能够使用这些执照持有者的数据以外，还能对其运作进行适当的控制。但该项政策只对其国内的执照持有者有效。

2 .欧洲高分遥感卫星与GMES计划

欧盟采取各成员国共同参与、共同投资、共同使用资源、共同受益的管理模式。欧洲航天局（ESA）具体承担与欧盟各国家间协调与综合管理的职责，负责各参与国卫星项目的资金、技术和各种资源的规划和协调，实现卫星数据资源最大化高效利用。

卫星遥感方面，欧盟各国根据本国特点发展特色的卫星系统。法国重点发展SPOT系列光学卫星，成为国际上运行最成功的商业卫星系列之一，德国、意大利则重点发展TerraSAR-X、COSMO-SkyMed等系列雷达卫星。规模庞大的“全球环境与安全监视计划”（GMES）是欧盟管理模式的最新体现，通过整合欧盟各国优势力量建立自主的光学与雷达卫星系统，向政府、组织和公众提供包括陆地、海洋、大气等要素观测信息，以及应急与安全、气候变化、科学研究等方面服务。

（1）GMES数据政策

欧盟和ESA目前正在对“哨兵”卫星数据政策定稿。“哨兵”数据政策纲要已经获得通过，此纲要对用户免费开源获取数据进行了展望。这将会在最广泛的应用范围内最大化“哨兵”系列数据的可利用价值，并会趋于模仿终端用户对基于地球观测数据信息的利用。

GMES 的“哨兵”系列将全为公卫星益型，数据可免费获取。GMES也是GEOSS数据和信息系统的重要支撑之一（如图1所示）。

>>图1 欧洲地面设备和服务架构

“哨兵”系列的数据政策如下：①原则上任何个人都能访问数据，在公益、商业和科学用户之间不存在差别，欧洲用户和非欧洲用户之间不存在差别；②用户许可是免费获取的；③用户可以通过“常规”在线访问模式获取数据，用户先注册并接受访问条件；④用户运用高级访问模式访问高级数据，但须经附加条款认定；⑤如果因安全或者技术限制原因影响数据的可获取性或者时间性，特殊的运行流程将会被激活。

（2）欧洲高分遥感卫星运行机制

欧洲甚高分辨率（VHR）卫星（优于1m分辨率）系统运行时，将建立服务于科学和商业用户的全球网络，私人或者公私合作的用户都需要支付费用。美国高分辨率商业卫星运行中，其商业遥感卫星数据卖给私人企业的比例较低，主要的购买者是国家公益部门和军事机构，欧洲高分遥感卫星数据的大宗合同也主要依赖于欧洲各国或者欧洲军事机构。这意味着，未来可能是GMES统一购买VHR数据，用于欧洲的公益和科学事业。

另外，需要说明的是，GEOSS强调全球环境需求，不考虑商业数据政策以及与私营企业的交互关系。该计划的目的是建设对地观测信息获取能力，重点满足发展中国家的需求。

欧洲目前的高分商业遥感卫星运营主要由空中客车防御和航天集团旗下的阿斯特里姆服务公司（Astrium Services，法德合资）和泰雷兹-阿莱尼亚空间公司（Thales Alenia Space，法意合资）负责。阿斯特里姆服务公司整合了前SPOT Image和Infoterra公司，开发出涵盖整个地理信息价值链的、广泛的产品服务组合，从数据获取、处理到数据管理和托管，从高级地理信息服务到交钥匙解决方案。而泰雷斯·阿莱尼亚空间公司运营着由4颗（2颗在轨，2颗定于2014年发射）合成孔径雷达卫星组成的COSMO-SkyMed星群。

阿斯特里姆服务公司是SPOT、“昴宿星”星座的运营商，是TerraSAR-X和TanDEM-X商业开发权限的独家拥有者，是福卫二号的独家分发商和KOMPSAT-2（韩国）、西班牙DEIMOS-1卫星的分发商，其数据服务将确保延续到2023年，分辨率最高为0.5m。

二、国内典型卫星管理、运行及应用服务现状及问题分析

1.现状分析

现有高分辨率卫星（如资源一号02 C星、资源三号卫星）的管理运行如图2所示，用户部门向资源卫星应用中心提交观测任务需求，资源卫星应用中心采集需求后，进行任务规划，制定卫星的接收计划并提供给密云、喀什和三亚三个地面站，地面站将接收的卫星原始数据经由专用网络传送到资源卫星中心，资源卫星中心负责0～2级的数据产品加工，进而根据各部门提出的需求，经由专线将用户需求的数据推送至对应的部门，3级以上数据产品的生产加工由用户部门自己完成。

>>图2 资源卫星管理运行流程

2. 存在的问题

中国卫星遥感运行管理中存在的问题主要体现在以下几个方面。

（1）数据加工处理能力不强，不能及时提供高质量标准影像数据产品

中国遥感卫星的地面接收处理队伍规模小，无论是负责0～2级产品处理的资源卫星应用中心，还是负责专题产品生产的用户部门，基本上都只有十几人、几十人的队伍。国外每颗卫星数据处理的后处理团队，都在几百上千人，可以提供0级、1级、2级、3级等不同处理深度和级别的数据处理服务，处理时延一般在1～3天以内。国产遥感卫星地面接收处理机构的产能低，与接收的卫星数据量有较大的差距，导致数据处理时延长、质量差，不能满足用户的需求。

（2）缺乏商业化信息数据分发服务手段与渠道，积压与贫乏矛盾突出

目前缺乏国产星卫星数据数据分发服务平台、手段和渠道，形成了供方产品积压与需方数据缺乏的矛盾局面。一方面国产卫星数据分发销售不畅，卫星用户仍然局限于少数政府行业部门，大量产品积压，另一方面，卫星影像应用用户、包括大量的省市县级的行业用户和企业个人用户不能顺畅地获取国产卫星影像。这种状况导致了国内卫星影像大量依赖进口，国产数据的市场占有率很低。

（3）行业应用不深入，可靠性不强，没有融入常态管理、实现业务化

国内卫星遥感数据及其行业应用普遍存在层次低、深度不够的状况，数据源和数据处理、加工、分析的可靠性不高。导致卫星遥感数据及应用科研、试验层面多，一次性决策分析应用多，未能与行业用户的日常生产业务相结合、融入用户的常态管理与日常工作，未能形成高可靠性的业务化行业应用系统，实现高频次、流程化、依赖性的应用局面。业务化、可靠性是中国卫星遥感行业应用推广普及的核心问题，也是卫星遥感信息产业发展的问题。

（4）数据比较分散、共享程度低，导致重复建设、资源浪费

目前，全国使用对地观测数据的单位有数百家，较大的用户部门有10余家。大的部门有自己的数据处理、开发应用中心，小的部门仅仅是开发应用。由于缺乏国家数据政策的支持和统一管理，各行业部门之间条块分割，数据共享程度有限，造成了一定的重复建设。此外，数据接收和共性处理(预处理)系统互相分割，结构不合理，低水平重复建设严重。

三、中国高分遥感应用卫星运行和服务机制研究

建议成立国有高分遥感卫星数据公司（以下简称高分公司），负责专题产品的生产、数据增值服务及地理信息服务。

国有高分遥感卫星数据公司的客户包含国内和国外用户，国内用户主要是国家级应用中心、私企个人和科研机构等。

成立高分民用数据中心，负责对高分遥感应用卫星数据的管理、接收、处理和分发，其主要服务对象包含政府部门、科研机构、私企、个人及管理决策层。

上述单位的相关关系如图3所示。

>>图3 总体组成架构图

1 .机构运行和服务机制

（1）高分民用数据中心

高分民用数据中心为国有企业，企业规模预计为100人左右，收益来自于政府行业购买高分数据的费用。其职能包括：①承担高分遥感应用卫星的管理职能，是所有高分遥感应用卫星的业主单位；②其数据源包括国外卫星数据代理公司和高分对地观测系统等；③统筹各个行业部门数据订单，首先考虑用国有高分遥感卫星，其次考虑从国外购买；④主要负责数据处理算法和模型的研发，具体数据处理工作外包给高分公司。

（2）高分遥感应用卫星数据公司

高分公司是高分民用数据中心全资控股的子公司，人员灵活聘用，公司规模为1000人左右，解决我国数据加工处理人员严重不足等问题。

高分遥感应用卫星数据公司主要包含四个部门：①用户订单管理部的职责为定义优先级权重，对订单进行优先级排序和入库管理，基于订单优先级进行任务规划并将任务规划结果提交卫星运行管理部门；②数据产品生产部根据订单要求的数据产品级别，生产相应的数据产品；③应用服务部负责跟高分应用系统的衔接，接受来自高分应用系统对数据进一步处理和应用系统开发的外包工作；④市场部负责数据和产品销售。

（3）工作流程

高分民用数据中心主要负责2级以下数据的生产，因此其给高分公司的订单也偏向于此类数据的生产。

对于来自高分民用数据中心的订单，应按照以下流程处理：①首先依据订单要求，分析需要应用的数据处理算法和模型，从公司已有算法模型数据库中查找，如果没有，则需要对各家单位提供的算法模型进行招标，购买所需要算法模型；②评估生产成本和生产周期，拟定数据生产合同；③与高分民用数据中心签订合同；④ 按照合同内容要求开展数据生产，生产过程严格执行数据质量控制管理；⑤数据生产完成后，执行数据质量检测，如果质量合格则交付甲方，如不合格则重新组织生产。全流程如图4所示。

>>图4 数据生产流程

>>图5 “解决方案”实现流程

来自应用系统的订单主要包含两种类型，一类是面向不同行业部门的专题数据生产，其流程与图3类似，另一类是面向不同行业部门的解决方案的实现。

高分公司基于高分数据的特点，开发实现面向不同行业部门的专用解决方案，如图5所示。

四 、结束语

随着地球任一地点的图像均可获取，针对于现有科技和市场导向的发展，任何一个国家在其信息传播和使用政策上的观点都应有所调整。我们已经从一个只由政府掌握高分辨率图像的时代步入一个任何政府、商业组织、非政府组织和公众团体均可以接触此类图像的时代。

高质量遥感数据的提供，特别是分辨率高于1m甚至更佳的图像，催生在数据合理有效使用方面的许多问题。本文基于我国国情初步提出了高分辨率遥感应用卫星的运行架构，目的是为制定我国相关数据政策提供参考，是否完全合理可行还有待实践检验。

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