微小卫星的兴起如何影响地理空间数据

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英文原文来源：www.gislounge.com

中文编译整理：慧天地国际站一鸣，版权归原作者及刊载媒体所有。

通常，当人们需要卫星图像时，要么是地理空间科学家去政府支持的网站下载，因为那里有免费的数据。要么是去购买数据，要么便是从私人卫星公司购买图像。图像的分辨率越高，图像的价格就越昂贵，亚米级的图像通常是最昂贵的，即使小场景，其价格也高达数百美元。对于私人和政府支持的卫星，相关的数据传统上意义上都来自相当大的，超过1000公斤的昂贵系统，这些系统绕地球运行数年或更长时间。然而，目前卫星数据市场以及数据质量正在发生变化。

现在，越来越多的公司正在进入卫星系统市场，它们能够这样做的原因是，卫星变得越来越小，往往不到100千克，有的和手提箱一样大，有的设备甚至更小，这是为重量小于10公斤的较低轨道卫星所设计的。限制大多数小型卫星的是数据质量。虽然这些卫星通常相对便宜，但它们的仪器和体积小限制了分辨率和质量。一些公司已经开始改进这种状况。其中一家公司是ICEYE，这是一家总部位于芬兰的公司，该公司最近发布了一个基于雷达的卫星系统，可以提供高于1米分辨率的图像。事实上，合成孔径雷达(SAR)图像经过处理后的分辨率约为0.5米，可以在夜间、多云或其他条件下拍摄。与Sentinel-2相比，这是一个显著的进步。Sentinel-2是由欧盟卫星赞助的系统，通常为雷达图像提供10米左右的分辨率。这颗卫星重量不足100公斤，是迄今为止对SAR图像达到亚米分辨率的最小卫星[1]。同样引人注目的是ICEYE能够如此快地实现这种高分辨率。直到最近它才能够生产3米分辨率的合成孔径雷达卫星；现在，这个亚米级的瓶颈已经被打破，而这对于小型卫星来说是非常困难的。到2019年底，ICEYE将拥有5颗SAR卫星，这可能使他们成为该图像领域私营卫星公司的全球领导者之一[2]。

图1：在尼日利亚哈科特港附近的一个港口集装箱码头，ICEYE雷达卫星图像以0.5米的地面采样距离采集并处理数据。（图片来源：ICEYE）

不仅是ICEYE公司，其他相关公司也正在着手创建小型，微型甚至纳米级卫星。最近的一项研究表明，小型卫星产业自2012年以来已成为一个快速增长的产业。像Terran Orbital公司这样的公司不仅正在开发能提供地理空间和图像数据的数十颗卫星，而且物联网（Internet of Things ,简称：IOT）卫星的市场也在不断增长。另一家公司是Hiber，也在专注于物联网卫星。这些小公司中许多得到了更大的国防或投资公司（如波音和高盛）的支持。虽然传统意义上大公司统治着市场，但小公司现在正被大市场投资以开发新的创新卫星，这些卫星可以很容易地发射并送入不同的轨道。另一个增长领域则是购买小型卫星的公司数量，这样它们就可以越来越多地将人工智能和机器学习用于地理空间咨询。例如，监控停车场汽车数量的公司、对预测金属资源感兴趣的矿业公司、或评估房地产质量的房地产投资者和房地产公司，都是这些小型卫星系统的购买者[3]。

图2：小型卫星数量图（图片来源：BRYCE SPACE AND TECHNOLOGY PUBLICATION, 2019）

有人批评说，小型卫星公司正在制造更多的太空垃圾，这其中包括使用不可重复使用的火箭，留下大量的碳足迹，在太空中留下卫星和碎片。这些碎片可能对其他卫星造成伤害，或造成不撞击飞行物体就难以飞入太空的状况。总部位于伦敦的Orbex公司正在通过研发一种使用生物丙烷燃料的节能火箭来解决这一问题，这种燃料不仅可重复使用，而且具有零冲击系统，当火箭进入轨道并释放其卫星时，不会留下任何空间碎片。该公司计划在2021年前发射第一颗卫星，发射用于物联网基础设施的纳米卫星[4]。

小规模卫星正在改变我们作为地理空间分析人员获取数据的方式。在许多情况下，卫星数据质量不仅得到改善，而且成本可能会下降，因为以更实惠的价格创建高质量图像现在变得更加容易。除了图像之外，小型卫星也正在改变物联网，使我们能够更好地与世界各地的系统连接，从而更容易地进行监测，更全面的捕获数据和传输信息，促进地理空间研究以及商业投资。

参考文献：

[1]For more on the press release about ICEYE’s latest satellite, see:  https://www.iceye.com/press/press-releases/iceye-releases-first-under-1-meter-resolution-spotlight-radar-imagery-from-small-sar.

[2]For further press information on the satellite releases, see:  https://www.iceye.com/press/press-releases/iceye-reports-successful-july-2019-launch-of-two-sar-satellites.

[3]For more on new companies that have begun to use small satellites for a variety of areas such as IoT or geospatial monitoring and analysis, see:  https://www.nanalyze.com/2019/03/smallsat-companies-building-launching-satellites/

[4]For more on Orbex, see:  https://ukdefencejournal.org.uk/orbex-to-launch-swiss-astrocast-sa-nanosatellites-from-uk-spaceport/

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编辑 /李梦夏 审核 / 杜一鸣 

指导：万剑华教授