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中国遥感人,在战疫中向时代使命进发

航天宏图 殷小龙 慧天地 2021-09-20

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抗击新冠肺炎疫情,既是对我国治理体系和治理能力的一次大考,也是对世界各国的严峻考验,可以说是对人类命运共同体的最好诠释。在我们的记忆里,自然灾害、气象灾害、生态灾害、森林火灾等大灾大难总是不断出现,人类进步发展史就是一部抗灾磨难史。卫星遥感具有大区域、全天候、全天时、全要素、全覆盖的监测优势,在应急减灾领域成为关键支撑技术之一,时刻呵护着人民的美好生活和社会的安定发展。同时,遥感在自然资源、生态环境、农业、水利、气象、海洋、交通等各领域都得到广泛应用。近年来,随着遥感与大数据、云计算、人工智能、5G等信息技术的跨界融合,在国家治理和全球治理中发挥着越来越重要的作用。中国遥感人正在努力战疫,更把目光聚焦到国家治理体系建设、人民美好生活需要、全球可持续发展的宏大愿景中。
 遥感卫星打造国家新名片
据悉,2020年我国在轨遥感卫星将超200颗,已形成陆地、气象和海洋综合高效的全球观测能力。陆地观测卫星系列包括高分卫星、环境卫星、资源卫星、天绘卫星、尖兵系列、前哨系列、“遥感”系列、张衡一号、珞珈一号等。我国已成功发射高分一号高分宽幅、高分二号亚米全色、高分三号1米雷达、高分四号同步凝视、高分五号高光谱观测、高分六号陆地应急监测、高分七号亚米立体测绘等民用高分卫星,高光谱遥感科技发展一直处于国际前列。我国低轨遥感卫星分辨率由最高2.1米提高到0.65米,静止轨道遥感卫星分辨率由千米级提高到50米,时间分辨率达到20s,光谱分辨率达到330个波段。海洋观测卫星共4颗,还将发射新一代海洋水色卫星、新一代海洋动力环境卫星、盐度卫星、1m分辨率C-SAR卫星、高时间分辨率静止轨道海洋卫星等。风云气象卫星目前共有8 颗在轨运行,后续风云卫星的性能将全面达到和部分超越国际先进水平。应世界气象组织要求,我国静止轨道气象卫星观测范围向西扩展到东经4°附近,监测范围包括亚洲50个国家、非洲41个国家、欧洲39个国家、大洋洲9个国家,“一带一路”沿线64个国家。此外,我国还拥有第三颗全球“碳卫星”。
我国商业遥感卫星发展势头强劲。“北京系列”是我国首个民用商业遥感卫星项目;“珠海一号”是国内目前唯一完成发射并组网的商用高光谱卫星星座;“高景一号”是首个完全由中国制造、发射和运营的0.5米分辨率商业遥感卫星星座,实现每轨10分钟成像并下传,具备全球范围内任意目标一天内重访的能力;“吉林一号”使我国在视频卫星领域实现与发达国家同步;“微景一号”由80颗微小卫星构成的,具备光照区任意目标小时级重访,并向全球用户提供数据服务,2025年底实现业务化运行。
“遥感+”支撑国家治理体系建设

当前,在传感器技术和信息技术的助推下,可见光、热红外、微波、激光雷达以及无人机等遥感技术得到飞速发展,从“看得远”、“看得宽”、“看得见”到“看得清”、“看得准”、“看得细”、“看得透”、“看得快”;遥感影像从“像什么(二维)”到“是什么(立体)”、“是多少(定量)”、“在干什么(视频)”;影像处理从“靠人工”到“自动化”、“智能化”、“实时化”(如航天宏图国产遥感软件PIE6.0)。目前,遥感的高空间、高时间、高光谱分辨率的“三高”特征显现,全色图像的空间分辨率可达亚米(m)级;多光谱图像的光谱分辨率可达微米(m)级;高光谱图像的光谱分辨率可达纳米(nm)级。

遥感技术在政府行业监测监管上具有天然优势,目前“遥感+”已基本实现地理空间领域的全行业覆盖,是国家治理体系不可替代的“千里眼”。当前,自然资源部、生态环境部、应急减灾部、气象局等十几个部委以及各省市都在大力推进本领域的遥感动态监测体系建设,仅高分卫星数据就已在20个行业、31个区域得到广泛应用。例如,遥感卫星为山水林田湖草统一调查监测提供技术保障;能对台风、寒潮、暴雨、洪水、沙尘暴、雾霾、海洋赤潮、绿潮、溢油、海啸等灾害现象实时监测和预报;能准确量测洪涝灾害水淹区域、草原或森林火灾过火区域、地震滑坡泥石流影响区域等;大区域实时监测农业旱灾、近海与湖泊水华暴发、草原或森林虫害、农作物病虫害等自然灾害现象;为交通、水利、建筑等设施提供形变监测、灾害损毁评估等等。在2019年宜宾地震中,微波遥感地震预警系统成功提前61秒通知居民撤离,为保护人民生命财产安全发挥了巨大的作用。
“云+AI+5G+智能星座”
带来遥感领域变革
如今,遥感数据源越来越多、分辨率越来越高、数据量越来越大,每天PB级增长的海量数据不但会催生新的应用场景,也对现有遥感数据存储、传输和处理能力提出前所未有的挑战,导致遥感应用的时效性受到极大影响,也迟滞了遥感行业的快速发展。
在云+AI+5G时代,“遥感云”大幅降低海量遥感数据存储和计算成本,有利于实现数据开放共享、促进行业应用、构建产业生态。人工智能赋能遥感,并贯穿海量多源异构数据从处理分析到共享应用的全链路,可以大幅提升遥感图像解译效率、提高解译精准度。目前,深度学习、迁移学习、机器视觉、稀疏表示、进化计算等人工智能技术广泛应用于遥感图像的分类、识别、检索和提取。例如,利用深度学习方法对天地图上的高分辨率遥感影像进行语义检索,能够检索37类地物目标,准确率达90%以上。利用深度学习方法自动处理点云数据,准确率达到95%以上。5G的超快速度、超高带宽、超低延时,使海量信息传输变得秒快,这为遥感领域带来又一革命性变化。同时,5G解决了减灾应急、环保等领域要求极高的遥感实时性问题。
目前,我国对地观测系统实行“一星多用、多星组网、多网协同、数据集成”,有效解决了数据共享、互补等问题。但是,现在遥感卫星成像参数固定,任务链主要由地面任务规划、数据星上存储、星地数字传输以及地面接收处理等环节组成,信息获取链条长,严重影响卫星数据的使用时效,未来有必要构建具有星上成像参数自适应优化、数据在轨处理和星间星地速传的“智能星座”。
“云+AI+5G+智能星座”将真正带来遥感实时化、智能化、定量化、大众化,推动遥感数据从“有什么给什么”向“需什么给什么”、“见什么给什么”的飞跃,推动“通导遥”一体化发展,有力促进地理空间领域的国家治理体系和治理能力现代化,不断为人民美好生活贡献遥感智慧,为构建人类命运共同体和全球可持续发展贡献中国遥感人的力量。

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