北京二号卫星星座影像智能服务与应用

文│高宇 陈婷 王瑞兆 Bella Wang 何建军

1.二十一世纪空间技术应用股份有限公司

2.世纪空间北美研发中心

一、引言

近年来，我国遥感卫星研发和制造能力快速提升，卫星遥感及空间信息服务行业步入快速发展期。《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出打造国产高分辨率商业遥感卫星运营服务平台，推进商业卫星发展和商业化应用。目前，遥感应用场景正在逐渐丰富，相应难点也异常突出，表现在卫星数据存储、处理、分析和服务方面，即如何高效率、低成本、稳定化获取并使用数据。因此，基于云计算、大数据、人工智能、空间信息集成等新一代信息技术，通过整合数据资源、计算资源、软件系统等，为用户提供遥感影像智能服务与应用成为商业遥感卫星服务的发展趋势。

北京二号卫星星座影像智能服务平台（以下简称“影像智能服务平台”）以商业遥感卫星北京二号卫星星座数据源为资源，以互联网为依托、以软件为中心、以平台即服务，实现遥感影像、信息和应用的智能服务，形成卫星编目、日新图、一张图、智能处理、智能分析、增值服务等多种高效即时服务模式，为各行业及公众用户提供多时期、多类型、多形态、高质量、高精度、高分辨率的遥感卫星影像数据以及海量数据智能分析的服务与应用。

二、数据获取与产品体系

1. 卫星能力

北京二号遥感卫星星座由二十一世纪空间技术应用股份有限公司（以下简称“二十一世纪公司”）自主投资，采取国际合作、自主研发与集成创新相结合方式研建，自2016 年7 月开始正式商业运行，面向我国及全球提供遥感卫星数据和空间信息产品。

北京二号遥感卫星星座由3 颗分辨率优于1m、等相位分布于同一太阳同步轨道面的遥感卫星组成，具有全球任意一点1 ～2 天重访能力。北京二号遥感卫星呈7 面体结构，重约450kg，高约2.5m。每颗卫星由SSTL-300S1 平台和VHRI-100高分辨率成像仪组成。SSTL-300S1 平台能够提供45º的快速侧摆能力，VHRI-100 成像仪在轨提供幅宽约24km、优于1m 分辨率全色和4m 分辨率蓝、绿、红、近红外多光谱图像。

2. 数据获取

北京二号遥感卫星星座建立了12m 与7.5m 互为备份的北京主接收站，以及牡丹江和新加坡为补充的地面接收协同站网，可同时对多颗中低轨道遥感卫星进行全天候、全方位跟踪，拥有X 频段数据接收及S 频段卫星测控能力，完成星座成像任务上注和全球成像数据的及时与高效接收。

地面处理系统对接卫星地面接收站网，由地面站原始数据录入、编目信息生成与查询检索、标准数据处理、在轨检校与定标、产品质检与验收等功能模块组成，自动化、并行化、标准化完成北京二号卫星星座传感器校正标准数据产品的生产与服务。地面处理系统平均2 小时内完成接收数据编目信息的公众服务，24 小时内完成传感器校正标准数据产品的用户服务。

3. 影像产品

北京二号遥感卫星星座按照处理流程提供5 个级别的数据产品，包括L1-L2、L4-L6 级产品和辅助数据。L1级产品已经过辐射校正和光学畸变校正，并提供含卫星成像时刻的轨道和姿态信息的元数据文件，同时提供严密物理模型解算的RPC参数文件；L2 级产品已经过辐射校正和参考平均高程的系统几何校正，图像产品几何定位误差小于25m；L4 级产品是使用控制点GCPs 和DEM 生产的正射校正产品，图像产品几何定位误差小于15m；L5 级产品以L1、L2 和L4 级产品为输入生成4 波段融合影像产品；L6 级产品面向用户或项目需求区域，进行正射校正、融合、匀色镶嵌、真彩色转换、位深调整处理生产的区域镶嵌真彩色正射融合影像产品。

三、影像智能服务平台

1. 平台架构

图1 影像智能服务平台体系框架图

基础设施层：提供网络通信、计算设备、存储设备、操作系统、安全设备等软硬件设施，是系统平台的物理条件，为平台提供最基础的服务。

数据资源层：存储北京二号卫星星座为主的各类遥感影像数据资源及业务信息数据，为平台的数据管理、运营服务、数据计算、在线服务、应用服务提供数据存储支撑。

支撑层：依托数据资源层，支撑平台服务层的服务与运营，起到承上启下的作用，将分散、异构的组件和模块进行聚合，使得与服务系统的耦合性大大降低。

服务层：平台采用面向服务的体系架构，以微服务的模式为不同系统提供数据查询、影像浏览、智能分析、智能提取、影像服务管理等服务，响应客户不同终端请求。

应用层：以交互界面为主，接收用户请求，反馈用户结果，为客户端提供应用程序的访问，通过不同程序提供在线服务、智能服务等应用。

2. 平台组成

基于体系框架中对影像智能服务平台的设计，以混合云为构建模式，形成数据管理中心、运营服务中心、数据计算中心、在线服务平台。其中，数据管理中心负责管理并发布遥感影像数据，再由数据计算中心协同编排和调度计算，在线服务平台为用户提供直接浏览、查询卫星数据产品和影像智能服务，并由运营服务中心通知各服务节点进行数据调度和生产交付服务等。

活动是德育课程实施的重要载体，也是学生主体性生成和发展的源泉。《新课程标准》指出：“课程设计与实施注重联系学生的生活实际，引导学生在实践中发现和提出问题，在亲身参与丰富多样的社会活动中，逐步形成探究意识和创新精神。”这从课程理念的高度，充分肯定了活动是德育课教学之必需。随着课标的深入落实，活动成了德育课教与学的中介，在课堂上教师通过活动来创设教学情境，使抽象的概念具体化，使传授的方式趣味化，使认知与情感融合化，使思维与形象统一化。活动符合小学生的认知特点，有利于学生主体人格的形成，从而促进学生知、情、意、行的全面发展。

（1）数据管理中心

数据管理中心提供遥感影像数据的入库插件和任务式的数据入库功能，支持遥感影像数据的元数据信息和快视图的采集，并提供各类影像数据基本质量检查功能，保证数据入库质量，同时为遥感影像数据建模和配置提供统一服务以及对库中数据的修改和维护，包括数据资源管理、数据目录管理、文件结构建模、数据类型建模、元数据管理、数据字典管理等功能。

（2）运营服务中心

运营服务中心充分利用云计算模型带来的各种优势，通过资源虚拟化、组件容器化、平台集群管理、微服务部署调度等，为平台的运行提供统一管理。运管中心负责影像发布和处理服务，定制产品由运营服务中心通知各服务节点进行数据获取和生产服务，同时反馈用户生产跟踪信息。

（3）数据计算中心

平台通过多服务节点协同编排、调度和监控，依托北京二号卫星星座各类影像数据资源，基于机器学习、人工智能，通过数据挖掘分析和数据知识转化，实现了高分辨率遥感影像识别目标和要素，支持飞机、油罐、彩钢房、风力发电、建筑物等多种地物信息提取，以及数据波段、归一化水指数（NDWI）/归一化植被指数（NDVI）等信息在线检测处理。

（4）在线服务平台

服务平台构建基于云架构的空间大数据全球服务能力，支持卫星编目数据每天更新、实时访问。平台创新空间大数据云端服务模式，积极拓展遥感卫星大数据与空间信息综合应用产业链，为用户提供数据查询、数据优选、影像浏览、数据订购、智能分析、智能处理等综合服务，实现卫星编目、遥感影像的所见即所得、所用即所需，支持遥感影像数据在线多期对比，可以直观看到多期影像的变化情况。用户可以通过互联网直接访问云服务平台，直接浏览、查询卫星数据产品或定制数据产品服务。

3. 平台服务模式

影像智能服务平台基于“互联网+遥感”服务新模式，充分发挥北京二号卫星星座高分辨率数据动态、持续、快速在云上全分辨率发布和服务优势，构建基于低成本、多时相、高空间分辨率遥感影像应用的新商业模式，改变了以往遥感技术与商业服务脱节的现象，为用户提供在线遥感数据源和遥感商业云服务新模式结合的云平台，面向各行业用户提供日新图、覆盖图的同时，具备在线影像智能分析和提取能力，同时支持第三方应用系统快速接入和入驻平台，形成遥感生态服务共性产业链。

（1）卫星编目服务

面向用户提供北京二号卫星星座遥感数据编目查询服务，支持用户基于复杂时空条件筛选数据，并将数据结果实时返回，所查即所得，所查即所需，还可以实现数据优选覆盖以及数据热力分析，帮助用户选择更精准更优质的数据。

（2）日新图服务

面向用户提供北京二号卫星星座遥感数据日新图服务，基于日新图浏览每日最新拍摄影像数据，实现卫星影像数据实时在线浏览，一目了然每天拍摄数据拍摄分布，帮助用户更清晰地应用数据。

（3）一张图服务

一张图数据服务将特定区域、时相范围的数据经过镶嵌匀色处理后，发布成为在线地图服务，提供给用户实时访问，或系统直接调用。用户无需考虑任何前期投入，通过互联网即可实时在线接入不同分辨率、不同区域、不同时相的一张图数据。一张图服务提供打包购买（预付费）、按量付费（后付费）两种计费方式，尤其是按量付费模式，用户可以按访问影像面积实时出账，做到“用多少，付多少”，降低了使用数据成本，提升了服务接入效率。

（4）智能处理服务

智能处理服务基于北京二号卫星星座标准影像产品，实现了在线波段组合、在线叠加分析、NDWI/NDVI 在线处理等在线影像处理服务。智能处理服务提供按需购买算法，按量付费结合的计费模式，方便用户按需使用、按需收费。

（5）智能提取服务

智能提取服务依托北京二号卫星星座镶嵌影像产品，基于机器学习、人工智能等技术，通过数据挖掘分析和数据知识转化，实现了高分辨率遥感影像识别目标和要素，支持飞机、油罐、彩钢房、风力发电、建筑物等多种地物信息提取。收费模式与智能处理服务相同。

（6）增值产品服务

面向用户提供北京二号卫星星座存档数据订购、编程任务下单以及产品生产增值服务，数据生产完成后快速交付用户，可实现在线存储和在线下载。

四、影像智能服务应用

基于上述平台架构和平台组成，面向不同用户、不同需求重点，可灵活、快速构建服务平台，分别为国家科学观测中心、中国—东盟地理信息产业园及多个区域城市管理部门等政府或行业部门提供服务应用，包括为国家对地观测科学数据中心商业（北京卫星）分中心云服务平台、中国—东盟卫星数据应用公共技术服务平台和区域卫星遥感综合应用服务系统等。

1. 国家对地观测科学数据中心商业（北京卫星）分中心云服务平台

国家对地观测科学数据中心商业（北京卫星）分中心云服务平台，依托二十一世纪公司北京系列卫星天地一体化系统和世纪智云遥感大数据云服务基础设施构建（图2）。通过“云+端”场景化应用，借助弹性伸缩化算力、聚焦数据服务化平台，构建基于SaaS 模式的服务应用。对于有软件开发和生产能力的，提供平台服务+数据接口；对于没有软件开发和生产能力的，则直接提供云服务产品，有效降低用户成本，提高数据使用和业务应用的效率，为科研用户打造聚焦北京系列卫星的全链条空间数字服务平台，提供高质量、高精度、高分辨率的遥感卫星影像数据以及海量数据智能分析服务。

图2 国家对地观测科学数据中心商业（北京卫星）分中心云服务平台界面

2. 中国—东盟卫星数据应用公共技术服务平台

中国—东盟卫星数据应用公共技术服务平台，以私有云环境为支撑，采取“统筹规划、统一管理、同步服务”的方式，组建了“数据主中心+数据分中心”3 个层次组成的数据资源和服务体系，依托北京系列卫星天地一体化系统和世纪智云遥感大数据云服务基础设施，根据学科或区域数据资源的需求和特点，提供更加个性化、按需化的数据服务或离线服务，实现了从集中式“数据服务平台”向分布式“数据服务平台”的转变，面向广西地区以及东盟地区经济建设提供多平台、多时相、多尺度、多层次的北京二号卫星星座影像产品，提供一体化的卫星数据在线订购与分发、在线实时数据浏览、智能化在线分析、数据共享接入等服务，构建新型的遥感数据服务模式，进一步提升广西数据服务水平（图3）。

图3 中国—东盟卫星数据应用公共技术服务平台界面

3. 区域卫星遥感综合应用服务系统