关于生态环境领域卫星应用产业化问题的探讨

随着我国经济的快速发展，环境问题越来越受到人们的关注，环境监测的任务越来越重，要求越来越高。在监测尺度上，我们不仅要关注局域尺度的环境变化和生态变化，还要关注全球尺度的气候变化;在监测内容上，监测的要素也越来越多。经过三四十年的发展，我国已建立了庞大的地面监测系统，拥有五六万人的地面监测队伍，具有国际先进的地面环境监测网络。我国的地面监测特别是自动化监测发展速度飞快，已实现了以分钟为间隔的监测。然而，随着环境监测任务的加重，环境监测要素的增加，仅靠地面监测已经远远不够，需要利用卫星遥感技术把地面的点上监测、定时的静态监测、局地的离散监测，发展到空间的面上监测、随时的动态监测，全域的连续监测乃至全球的监测。根据我国环境保护工作的需要，利用遥感技术开展环境监测，可以说是我国的必由之路和战略选择。

一、我国环境卫星体系建设

经过近20年的发展，我国环境卫星体系已初步形成。

环境卫星星座系列中，我国已发射了环境一号卫星，包括2颗光学卫星和1颗雷达卫星;在空间基础设施规划中，环境二号卫星还将发射4颗光学卫星和4颗雷达卫星。环境二号发射后，这个系列卫星会拥有非常强大的组网能力。

大气环境卫星系列中，最具代表的是高分五号卫星，它是7颗民用高分系列卫星中唯一一颗专门针对环境研发的，是我国目前拥有的可同时进行大气环境和地表观测的综合卫星，也是光谱分辨率最高的卫星，标志着我国定量的环境遥感监测迈上了一个新台阶。作为高分五号的后续卫星，我国还将发射一系列大气环境卫星，包括高光谱观测卫星、大气环境监测卫星和高精度的温室气体卫星。这些卫星目前都处于在研阶段，有的已经出厂，按照国家空间基础设施规划会陆续发射。这些卫星发射后，我国在大气环境监测方面将接近国际先进水平，为大气环境监测提供全面的卫星支撑。

同时，作为卫星系统的建设，我国也建立了一系列地面应用系统。包括环境一号卫星地面应用系统、高分卫星系列地面应用系统，以及专门针对环境监督执法建立的一系列平台。另外，还构建了环境无人机的遥感平台，并在实际工作中发挥了很大的作用。例如，在中央环境督查中，往往会利用无人机对排污口进行监察。

总体来讲，我国已初步构建了国家环境卫星体系，在其支撑下，也初步形成了国家环境遥感监测业务体系。主要包括四个方面：一是水环境遥感监测，二是大气环境遥感监测，三是生态环境遥感监测，四是专门针对执法督查的遥感监测。经过多年发展，这四个业务体系已形成多种业务化产品，我国环境遥感监测进入业务化运行阶段。

二、我国环境卫星的应用进展

2008年发射的HJ-1卫星由2颗光学卫星和1颗雷达卫星组成，具有中高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率、宽观测带宽，是集可见光、红外与微波遥感综合观测手段为一体的先进卫星系统，具有里程碑意义，标志着我国环境监测进入天地一体化新时代。

2018年发射的高分五号卫星，是专门针对污染气体、温室气体的高光谱类型卫星。卫星首次搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气主要温室气体监测仪、大气多角度偏振探测仪、大气环境红外甚高光谱分辨率探测仪、可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪共6台载荷，可对大气气溶胶、二氧化氮、二氧化硫、细颗粒物、二氧化碳、甲烷等大气环境参数，水体叶绿素、悬浮物、溶解性有机物等水环境参数，以及陆地植被、地表温度、土壤水分等生态环境要素进行监测，为环境定量化发展提供了有力手段。在此之前，这些数据主要来自国外卫星，高分五号卫星的发射，使我国独立自主监测污染气体成为可能。目前，该卫星在轨测试已经完成，将逐步进入业务化应用。

目前，16米光学卫星也已被列入发射计划。与环境一号卫星的性能相比，该卫星有了全面提升。分辨率方面，环境一号为30米，该卫星已经达到16米;时间方面，由于是一箭双星发射，能够大幅提升重访周期;幅宽方面，环境一号是740公里，环境二号已经达到1000公里。

此外，还有多颗有待发射的环境卫星，也会为环境监测带来多方面突破。例如，环境二号卫星的两颗5米合成孔径雷达卫星，能够达到5米的空间分辨率;高光谱观测卫星可同高分五号卫星协同应用，提升多方面指标;大气环境监测卫星首次载荷大口径星载激光，能够大大提高卫星的主动探测能力。

另外，还将根据温室气体专门发射一个卫星，主要针对二氧化碳、甲烷、臭氧等进行专门监测。其中荷载的用于大气探测的激光雷达，在主动探测、微波探测上，与大气环境监测卫星可以形成协同能力，在主动探测上拥有更多的手段。2018年国务院机构改革后，生态环境部增加了大量新功能，亟须提高遥感卫星能力，增强对新业务的支撑。

近20年来，围绕生态环境保护的重点工作，我国一直致力于卫星相关技术研发和攻关，取得了一系列进展。

目前，大气环境卫星已被应用于颗粒物、灰霾、秸秆焚烧、污染气体、沙尘暴、温室气体、污染源、污染企业、减排成效、设施工况等的遥感监测或识别;水环境卫星在水华、富营养化、面源、饮用水源、黑臭水体等的遥感監测上发挥了重要作用;生态环境卫星在生态参数遥感监测、生态系统自动分类、生态系统遥感评估、保护区遥感监测、生态区遥感监测上得到广泛应用。

在生态环境保护支撑方面，卫星遥感也发挥了重要作用，如，发现环境污染和生态破坏问题，为落实中央领导批示和中央环保督察提供问题线索，为全国环境监察执法提供问题线索和证据，为重大环境事件处置和重大专项行动提供支撑等。总的来说，卫星遥感已覆盖环境保护的主体业务，进入主战场，成为我国环境管理决策不可或缺的关键支撑。

三、环境卫星应用产业化发展思考

1.战略需求

目前，我国对环境领域的卫星应用高度重视。国务院《大气污染防治行动计划》，国务院《关于加强环境监管执法的通知》，中共中央、国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》，国务院《生态环境监测网络建设方案》等，都非常明确、具体地强调了环境卫星的应用。包括国务院《“十三五”生态环境保护规划》，中共中央、国务院下发的《关于全面加强生态环境保护 坚决打好污染防治攻坚战的意见》，国务院《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等，都把卫星应用作为战略部署。

2.产业化的必要性

目前，我国的环境卫星应用已进入良好的发展阶段，挑战与机遇并存。随着社会经济的不断发展，我们也面临着越来越多的生态问题，然而在我国庞大的环保系统中，仅有生态环境部卫星应用中心一家做监测。复杂的问题、广大的面积、繁重的任务，仅靠少数国有事业单位，已无法适应新时期生态环境保护新形势、新任务、新要求，需要依靠卫星应用行业相关企业和组织，拓展卫星应用的广度、深度和力度。

衛星应用产业化，也有利于引入市场机制、竞争机制，打破垄断和壁垒，破解环境领域卫星应用发展中的三大难题。一是数据资源难题，地方在数据获取方面存在困难，国家的“三查”（巡查、普查、详查）需要高覆盖数据做支撑，但地方很难拿到这类数据;二是技术平台难题，平台的搭建需要大量人力、物力和长时间技术攻关，对地方来讲十分困难;三是人才队伍难题，地方人才稀缺，做定量遥感困难重重。走产业化之路是解决上述问题的最佳选择。

此外，产业化是卫星应用标准化、规范化、系列化的前提，也是通过“政府买服务”获得优质卫星应用服务的必由之路。专业技术人员完成工作后，通过大数据云技术进行资源共享共用，地方政府只需购买产品即可。

3.产业化发展方向

1.针对低反射体环境目标监测需要，提升环境卫星高分辨率观测能力，紫外+红外+微波探测能力、高重访与覆盖能力。具体为三个方向：一是“三多”，发展多传感器、多角度、多模式;二是“三高”，发展高空间分辨率、高时间分辨率、高光谱分辨率;三是“三全”，全天候、全天时、全谱段。

2.加强环境遥感机理研究，强化天-空-地协同反演、多技术交叉融合，提升环境遥感反演模型的精度和普适性。主要有三个方向：一是集成化，3S技术、环境、地学、气象等综合应用;二是定量化，高分辨率遥感等提升定量化能力和水平;三是智能化，发展以深度学习为代表的大数据应用技术。

3.与环境管理决策深度融合，面向国家和各级环境保护部门、社会公众，提供优质、高效、全覆盖的卫星应用服务。重点方向为：一是标准化，统一卫星应用的技术、产品和服务标准;二是产品化，形成“水-气-生-土-固-海”全系列应用产品;三是业务化，覆盖生态环境管理业务的产品生产与服务。

4.未来展望

卫星应用产业化发展将带来生态环境领域卫星应用方式和服务模式的变革，推动“被动遥感监测”向“主动遥感发现”的转变，全面提升我国环境卫星应用的能力和水平。卫星应用产业化发展也将进一步促进专业化分工，增强增值服务，形成环境领域的规模化、标准化、系列化、市场化的卫星应用局面。

责任编辑：马莉莎