国产陆地观测卫星在智慧社会中的应用

文∣黄树松 庄超然 史小金 张文慧 赵英芬

中国资源卫星应用中心

一、引言

党的十九大报告着重提出“加快建设创新型国家”，为“建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑”。随着人工智能与其他科技的加速融合创新与聚变发展，人类社会正在日益逼近新一轮变革的临界点，社会形态将全面系统演进，智慧社会将作为继农业社会、工业社会、信息社会之后的一种更为高级的社会形态而加速到来。如果说智慧城市更多从政府角度来考虑，重点解决城市管理、政府审批、民生服务、应急管理等问题，那么智慧社会则更加侧重关注百姓层面，从民生角度去配合政府治理任务。

“智慧社会”概念是对“智慧城市”概念的发展，智慧城市是指利用各种信息技术或创新理念，集成城市的组成系统和服务，以提升资源利用的效率，优化城市管理和服务。建设智慧社会对于深入推进新型智慧城市建设、实现 “四化”同步发展、实施乡村振兴战略等都具有重要现实意义，为社会信息化指明了方向，为我国经济社会发展提供了新动力。

智慧社会的基础是利用互联网和大数据，加快开放共享，推动资源整合，提升治理能力，推动人们的衣食住行等生活方式向智慧互联演变。在建设智慧社会中可以运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术用于农业发展、林地调查、水利建设、土地利用、城市规划、环境监测、灾害评估等。利用遥感技术获取的数据是典型的大数据，可以凭借其技术及数据本身的优势，成为服务智慧社会的一种重要方式。

中国陆地观测卫星数据中心是我国陆地观测卫星数据集中处理中心、统一存档中心、统一分发中心，在智慧社会的发展与建设中提供重要的数据支撑作用。

二、国产陆地观测卫星资源及能力

自1999年至今我国已发射22颗民用遥感卫星，以及4颗高景一号商业遥感卫星，目前中国资源卫星应用中心运行管理23颗在轨卫星，其中分辨率优于1m卫星5颗，分辨率优于2.5m卫星10颗。

1.在空间分辨率方面

宏观观测尺度—中低分辨率（10m级）一般适用于大范围宏观监测，如干旱灾害、流域洪水、积雪监测、沙尘暴、雾霾、台风等。中等观测尺度—中高分辨率（2m级）可用于持续动态观测，如洪水淹没、森林火灾、森林病虫害、环境灾害、溢油、海冰等。微观观测尺度—高分辨率（亚米级）用于城市建设、灾情细节分析、损失评估，如道路规划、地震灾后重建、滑坡泥石流等。

目前我国民用陆地观测卫星已形成以10m量级分辨率为主的普查与米级（亚米级）分辨率为主的详查观测能力，不同分辨率卫星相互补充，可以发挥最大的应用潜能。

2.在光谱分辨率方面

全色/多光谱相机的可见光与近红外谱段通常指全色、红、绿、蓝、近红外谱段（1PAN+4MUX），能够应用于森林病虫害、森林火灾过火区提取、酸雨、地震、凌汛、堰塞湖、积雪等灾害监测。

可见光近红外高光谱成像仪，以高分五号卫星高光谱相机为例，光谱分辨率为5nm和10nm，有效谱段范围为0.4-2.5µm，其幅宽60km，分辨率30m，可以满足水环境和生态环境、臭氧层和云层探测、冰雪、森林火灾等应用需求。

红外谱段（中波、长波）能够满足农业病虫害、干旱、城市热岛、森林火灾等目标的遥感监测应用。

微波谱段，结合光学卫星组网用于全天候观测，能够在多云多雨气象条件下对洪涝灾害、地质灾害、地震灾害、溢油等进行监测。

3.在时间分辨率方面

我国陆地卫星观测系统，有较好成像覆盖能力：中低分辨率卫星（10m以上）8颗次，1天可以覆盖全国一次；中高分辨率卫星（2m级）14颗次，1周可以覆盖全国一次；高分辨率卫星（优于1m，包含高景卫星）5颗次，2个月可以覆盖全国一次。

三、陆地观测卫星数据在智慧社会中的应用

陆地观测卫星数据具备大数据的一切特征：宏观性、多源性、真实性、实时性、海量性，但除此之外，遥感特别是卫星遥感，还具备一个重要特点：没有地域限制，没有国家限制，可以观测世界上任何地方。因此在智慧社会建设中遥感技术可以提供更为科学客观的遥感大数据。通过遥感卫星的图像，能够提取出基于数据的模型，同时结合5G，使大家方便获取和利用这些遥感信息，实现更多层次的应用。同时，可以基于空间大数据、城镇大数据和社会大数据，能够将遥感应用、智慧中国和智慧城市结合起来，更广泛地推动遥感价值的深化。

1.卫星数据用以监测城市规划

不同时相的高分辨率卫星遥感数据可以用于重大工程及城市建设的变化监测，除此之外利用高分辨率卫星遥感数据可以借助人工智能、机器学习等方法对影像数据进行自动分类，实现海量数据的快速自动处理，可以为在智慧社会建设过程中涉及到的大范围国土资源调查、土地督察等提供较为及时和准确的结果。图1为利用高分二号卫星进行城市建设变化监测。

图1 高分二号卫星城市建设变化监测

2.卫星数据用于大宗商品交易

随着遥感数据源日益丰富和数据处理技术进一步发展，遥感数据的应用范围也进一步拓展。在农产品、能源等大宗商品交易过程中，卫星遥感数据凭借其周期性和客观性，也展现出了独特的优势。

利用高分辨率卫星对各大港口、生产基地等进行周期性监测，利用获取的卫星遥感数据结合先验知识对各类矿石进行存储量测算，可以得到各类矿石的库存情况，为在智慧社会建设过程中的工业生产、市场波动等情况提供有价值的信息。图2为利用高分辨率数据进行铁矿石存储量监测。

图2 高分辨率数据铁矿石存储量监测

此外，高分三号卫星是中国首颗分辨率达到1m的C频段多极化合成孔径雷达（SAR）成像卫星，具备12种成像模式，涵盖传统的条带成像模式和扫描成像模式，以及面向海洋应用的微波成像模式和全球观测成像模式，卫星成像幅宽大，与高空间分辨率优势相结合，既能实现大范围普查，也能详查特定区域，可满足不同用户对不同目标成像的需求。利用高分三号卫星获取的雷达数据对大型储油基地进行监测，可以根据油桶的反射强度对单个油桶进行分析计算得到储油桶的油量存储情况，同样可以对后续油库储备、市场情况提供有价值的信息。

图3 高分四号卫星监测“山竹”台风

3.卫星数据用于灾害监测

高分四号卫星是我国首颗地球同步轨道遥感卫星，搭载了一台可见光50m/中波红外400m分辨率、大于400km幅宽的凝视相机，采用面阵凝视方式成像，具备可见光、多光谱和红外成像能力，设计寿命8年，通过指向控制，实现对中国及周边地区的观测。利用高分四号卫星在台风生成时对其进行持续观测，可以短时间内获取台风中心区域高分辨率影像，用以判断台风走向、强度等信息，大大提高了台风登陆地点的预报精度，为台风预警及灾害防范提供了科学依据。图3为高分四号卫星监测的“山竹”台风。

未来，借助卫星遥感技术与卫星通信技术、卫星导航技术的深度融合，打造天地一体的综合管理平台可以更广泛应用于智慧社会建设中的各行各业，例如打造天地一体的城市应急管理平台，可以利用遥感大数据作为基础，综合运用通信、导航等技术实现快速定位便于应急事件得到及时处置等。随着卫星遥感技术应用水平不断提升以及陆地观测卫星数据的不断丰富，在智慧社会建设过程中，用户对卫星运营服务及陆地观测卫星大数据深加工等工作将会提出新的更高的要求。