“姚顿一号”卫星项目介绍

1. 我国卫星遥感现状

近年来,我国大力发展遥感卫星产业,我国的遥感卫星应用体系已经初步形成。然而,来自国民经济、社会生活与国家安全等各个方面的大量遥感应用需求,对卫星遥感技术提出了更高的要求。因此,从应用层面来说,还存在一些亟待解决的问题:

1. 数据资源

数据资源是限制卫星遥感应用的首要问题。我国卫星遥感高精度数据资源缺乏,数据的稳定性和连续性有待提高。

目前,国家在轨陆地卫星已超过35颗,但大部分为科学实验卫星,能够为业务提供直接服务的数量有限,且空间分辨率和重访频率均远远达不到应用需求。以高分和资源系列遥感卫星为例,据统计,2米以内分辨率的遥感数据,2018年尚不能实现全国覆盖;2018年国土三调信息通报显示,十年一次的国土调查工作,尚且只能完成一次全国陆地区域1米分辨率航天航空遥感数据的采集。

2. 数据分发

受限于国家卫星数据的分发体系,卫星遥感应用的深度和广度不够,很难跟政府实际应用部门相结合。

我国一直以来采取了中低分辨率遥感数据免费分发、高分辨率遥感数据授权发放的政策,以推动对地观测数据资源共享和有效利用。然而,由于数据价值观念、基础设施、技术支撑能力、共享机制等方面的一些不足,卫星遥感数据并没有在中国实现真正的流通。以国家建设的高分和资源系列的卫星遥感数据为例,地方政府应用部门申请数据流程和审批过程非常繁琐,难以真正将数据应用于实际业务中。

3. 数据应用

我国已建立不同规模的卫星数据接收和处理系统,但应用模型开发还不够,缺少面向评估和决策的专业应用模型。

在政府实际应用部门的需求中,基于多时相、多源遥感数据的分类、变化监测与模型参数提取是卫星遥感应用的关键问题,目前存在分类自动化程度低、变化信息提取方法单一、反演理论与方法的实用化不够等问题。这些问题不但限制了卫星遥感应用成果的合格性,而且限制了卫星遥感数据的持续推广应用。

2. 我国发展卫星遥感的基础

1. 国家政策鼓励

为鼓励民营资本参与卫星运营,并通过资本市场融资实现我国卫星产业的自主发展,2014年国务院总理李克强在主持召开国务院常务会议时表示,要逐步引导民间资本投资参与国家民用空间设施建设,研制、发射和运营商业遥感卫星。

国家发展改革委、国防科工局联合组织论证了《国家民用空间基础设施建设中长期发展规划(2015-2025年)》,鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设,加强政府采购服务,鼓励民间资本研制、发射和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务。

2. 符合国家发展规划

国家发展改革委、国家测绘地理信息局发布的《国家地理信息产业发展规划(2014-2020年)》为产业发展制定了宏伟蓝图,到2020年,地理信息产业仍将保持年均20%以上的增长速度,2020年总产值超过8000亿元,成为国民经济发展新的增长点。到“十三五”末,预计总产值可达5000亿元,2020年有望突破万亿元大关。

2015年10月,国家发展改革委、财政部、国防科工局会同有关部门研究编制了《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015-2025年)》。《规划》提出,“十三五”期间将构建形成卫星遥感、卫星通信广播、卫星导航定位三大系统,基本建成国家民用空间基础设施体系,提供连续稳定的业务服务。数据共享服务机制基本完善,标准规范体系基本配套,商业化发展模式基本形成,具备国际服务能力。

国家发展规划中将地理信息产业作为战略性新兴产业,卫星遥感产业的发展符合国家发展规划,有助于提升产业贡献率,为地理信息产业整体发展提供强劲动力。

3. 多种应用领域对卫星遥感的需求

卫星遥感的最大优势是大面积同步观测,获取信息受限制少,时效性和周期性强。将卫星遥感引入政府政务应用各部门及商业应用公司,能够深化和拓展时空大数据应用,提高时效性,提升政府管理水平及商业服务效率。

以卫星遥感影像为基础,卫星应用涉及十几个领域,主要集中在测绘地理信息、农业、生态环境、能源、土地、民政、林业等行业。

经济社会发展规划与监管卫星应用

针对“三规合一”目标,以省级主体功能区规划为依托,开展多级空间规划时空要素的大数据获取、汇聚和综合分析能力建设,辅助政府规划决策、规划实施监管、规划实施成效评估,实现优化空间布局、有效配置资源、提高政府空间管控水平和治理能力,并进行土地执法动态监测、基土地利用变更调查、本农田及耕地保护动态监测等业务化监测。

自然资源管理卫星应用

融合山、水、林、田、湖、草、海等自然资源动态监测和业务管理数据,形成贯通背景清查、动态监测、开发利用、评估规划的信息支撑能力,开展多尺度自然资源承载力监测评估、重大事件影响下的资源和能源安全预警分析。

生态与环境监管卫星应用

针对陆地生态系统、城市大气环境等,融合生态环境监测和生态环境业务管理数据,形成贯通生态环境背景、修复治理、绩效评估的生态环境时空大数据支撑能力,开展生态环境系统健康、生态环境风险、生态环境服务功能等监测、模拟和评估,开展面向县域和主体功能区规划单元的生态安全评估和预警分析。

公共安全与灾害应急管理卫星应用

重点对食品、矿山、医疗、卫生等公共安全基础设施进行监测和分析;对突发公共食品安全问题追溯、气象和地质灾害救援应急、突发传染病疫情监测与管控、社会群体突发事件处置等业务开展监测、预警和救援信息服务。

3. 拟建设内容及相关参数

研发、制造并发射1颗遥感卫星“姚顿一号”卫星。该卫星同时搭载2种载荷——多光谱相机和高光谱相机。

多光谱数据地面分辨率高达0.9米,涵盖全色、可见光及近红外波段,兼具实用性和经济性。既能够广泛应用于各行业做监测和分析,又能够在低轨高时间分辨率卫星星座建设中将成本减到最低。卫星星座建设完成后,将形成每天全球覆盖和优于半小时的重访能力。

高光谱数据地面分辨率30米,波段范围为460-830nm。光谱特征用于区分化学成分和光谱成分,基于太空的高光谱成像技术使得人类对陆地和水的分类达到了前所未有的精度,并为人类了解农作物、土壤、气溶胶和废水的化学和分子过程提供了可能。高光谱数据的主要应用领域包括农业、石油和天然气、国防、林业和生态环境监测等。

利用“姚顿一号”卫星采集的亚米级多光谱数据与高光谱数据相结合,能够形成多维地理空间数据集,并为用户提供更快速的地表监测和更精准的分析服务。

值得一提的是,相比自主投资建设卫星星座,冠名的方式能够极大的降低项目建设成本及投资风险。

2. 姚顿一号卫星的主要应用方向

1. 农业领域

农业自然资源是人类赖以生存的条件,是农业生产的基础。只有运用一定的科学手段,准确、迅速、及时地获得农业自然资源的数量和质量变化情况,掌握其变化规律,才能科学地确定农业生产的发展方向,做出科学的总体规划,把农业生产纳入科学管理轨道。

遥感技术和计算机技术结合应用,已经使农业研究从经验水平提高到理论水平,使农业生产进入到定量化、精准化和机理化的新阶段。利用卫星遥感数据,全面了解农作物的生长周期,对农田信息进行有效监测。可进行耕地变化、种植类别分析、农作物种植面积监测、农作物产量估算、农田湿度等生态环境监测、农业资源调查、农作物长势监测、病虫害监测、农业保险等服务,推进农业现代化进程,创新农业生产模式,实现精细农业。

因农业资源具有特定的光谱和形状识别特征,通过高时空分辨率多光谱卫星影像及高光谱卫星影像可以较容易地实现定期对农业资源进行清查及动态监测,并有实时性、现势性、准确性和速度快等优势。

2. 生态环境领域

随着我国经济的高速发展,环境污染和生态破坏日益严重,突发性生态环境污染事故也有时发生。习近平总书记提出的绿色发展理念正在深刻改变着中国,他指出,中国高度重视生态环境保护,秉持绿水青山就是金山银山的重要理念,倡导人与自然和谐共生,坚持走绿色可持续发展道路。

环境监测作为环境管理和污染控制的主要手段之一,正在发挥着不可替代的作用。但是,由于我国面积辽阔,地面环境监测网点分散,仅依靠现有的监测台站和传统监测技术方法不能满足连续、动态、宏观、快速监测环境污染的要求,也满足不了及时、准确地做出环境质量报告和污染预报的要求。因此,日益恶化的环境迫切需要实时、快速、宏观、准确的监测技术,以便更加全面准确地反映环境污染对生态系统和人体健康的影响。近年来,国内外大量实践表明,遥感技术是获取环境信息强有力的手段,是实现这一目的的及其有效的技术。运用遥感技术监测环境污染及生态环境状况,正确评价环境质量,寻求改善生态环境的途径和措施,具有重要的意义。

2016年底,国务院印发《“十三五”生态环境保护规划》,要求各部门全力推进大气、水、土壤污染防治,持续加大生态环境保护力度,改善生态环境质量。全国各地根据地方实际情况,开始实施大气、水、土壤污染防治计划及山水林田湖生态修复工程。

利用多光谱和高光谱卫星数据的各自优势,能够形成连续、动态、宏观、快速的环境监测能力,对大气环境、水环境、生态环境、土壤环境进行常态化监测。同时,遥感技术监测还具有投入成本低、回报高、不需要进行现场样本采集等特征,而且能够发现采用常规方法不能监测到的污染源。卫星遥感技术还能够对指定区域进行跟踪测量,快速获得指定区域与环境污染相关的相关信息,诸如污染源位置、污染影响程度、污染影响范围、对大气生态效应的影响等。此外,环境生态红线、自然保护区人类活动均能够通过卫星遥感技术进行实时监测和跟踪。

3. 能源领域

遥感技术很早就应用于对各种自然资源如矿物、石油和天然气的勘探,石油天然气等资源作为不可再生资源,随着不断开采,资源量日益减少,勘探难度也越来越高,勘探成本十分昂贵。利用卫星影像可以大范围、高效的获取地球资源与环境信息,这为油气勘探提供了一种新方法,随着卫星技术的提高,未来能源勘探的成本会进一步降低。

高光谱卫星遥感获取的地表自然信息中,包含有地物波普特征和受地质体控制的地貌形态,如土壤、岩石、植被等。含油气地质结构的地球物理和地球化学等特征与地表各种覆盖物之间的相关信息都能在遥感图上反映出来,通过解译和分析,便可间接或直接判断储油构造,并对油气藏进行有效评价。利用干涉的方法可以产生测区的DEM数据,结合高分辨影像数据的解译,可优化选择勘探靶区。

除了能源资源开采、矿产资源开采勘探等方面,卫星遥感在风力发电、水力发电、太阳能发电、生物质发电等可再生能源方面也能够发挥重要作用。在可再生/清洁能源生产设施的设计、建造和开发过程中,地理空间数据及分析能力可以为建设者提供信息。通过整合多光谱卫星数据及高光谱数据,为建设者推荐太阳能、风能、生物质等能源设施的最佳位置;在建设过程中,可用于监测建设进度并评估生产能力;在能源分配过程中,通过监测电线或管道向决策者提供清洁能源的分配情况,一旦有人为活动或自然事件影响了这类能源分发基础设施的完整性,即向管理者发出警报。同样的能力也适用于其他类型的基础设施,如用于水利发电和灌溉的水坝和水库。在国家层面上,卫星遥感数据能够被用于评估整体生产水平,或向决策者提供某一具体产业的发展情况。

高时空分辨率卫星遥感数据应用于能源基础设施高频次监测,能够为决策者提供最新的基础设施变化信息,并及时发现问题,为打造高起点、高水平、高效益的现代能源产业体系提供有力支持。

4. 林业领域

利用卫星遥感数据,提供林业资源清查与监测、采伐监测、造林监理、树木密度分析、树种分类、火灾评估、病虫害监测等服务。林业资源的辽阔性,要求林业遥感具有不同高度的遥感平台,以获取多层次遥感资料,提高资源调查的速度和精度。林业资源的再生性和周期性,决定了遥感技术必须连续的提供林业资源信息,包括年内的季相变化——多时相遥感,和一定年间的资源变化——动态遥感。林业资源包括林业用地面积、森林蓄积量及其动态变化,需要定量数据并具有一定的精度,强调定量分析,以适应林业资源调查和管理。要求林业遥感具有各种类型的传感器,接收和记录各种属性的地物,为合理规划、发展林业生产提供科学依据。

5. 国土资源领域

我国国土资源事业目前关注土地利用总体规划,实施土地用途管制,严格限制违章违建等现象,特别在工业用地和城市建设用地上,实行用地指标精准投放、差别化管理,进一步提高土地利用率。

常规的土地利用调查是通过实地测绘的方法进行,工作量大,调查周期长。本项目建设的高时空分辨率、高光谱分辨率卫星遥感数据,能够胜任不同尺度的土地利用调查,实现地类自动判别、变化分析提取及边界自动提取。以多时相、多源遥感数据为信息源,利用卫星遥感数据反映的地物光谱特征,结合土地利用历史数据库,辅以少量调查验证,实现土地利用数据库的快速更新。

同时,针对违反规定大规模圈地占地、城乡结合部建设混乱、毁坏文物大拆大建、无视规划擅自批建等违章行为,高分辨率遥感影像由于能够比较清晰地反映建筑物的基本特征和动态变化过程,具有很好的应用价值。

5. 建设项目的可行性分析

1. 政策可行性

我国对卫星遥感产业的重视程度逐步加深,先后提出相关政策鼓励并支持产业发展。当前,国内卫星遥感产业面临着绝佳的政策环境和发展机遇,社会需求旺盛,应用范围不断扩展,市场发展前景广阔。

2. 技术可行性

项目建设单位拥有项目建设经验,具备卫星制造、卫星组网、数据采集、卫星地面接收站建设、数据中心建设、卫星遥感大数据平台建设技术基础,能够保证“姚顿卫星”长期、有效地服务于用户。

3. 业务可行性

项目建设着力于拓展时空大数据的应用深度和广度,从经济社会发展规划与监管、自然资源管理、生态与环境监管、公共安全与灾害应急管理等方面推进卫星应用。

项目建设单位长期利用卫星遥感影像及其他地理信息数据提供服务,在服务过程中,积累了丰富的数据处理经验及算法模型,因此项目具有业务可行性。

4. 安全可行性

项目建设单位将规范卫星数据分类分级开放开发,推动卫星数据有效开发利用的同时,制定详细的卫星数据采集、共享、开放制度,保障数据安全。

6. 项目建设进度

2019年9月或12月,完成“姚顿一号”卫星的发射。