国外商业遥感的新进展

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1、国外商业遥感的新进展 文 | 北京空间科技信息研究所刘韬从商业遥感政策、商业遥感卫星系统和运行方式、商业遥感卫星制造企业竞争力和商业遥感卫星应用四个方面 介绍 2013-2014 年国外商业遥感的新进展。一、美国商业遥感新政策加速商业遥感卫星的升级随着美国商业遥感卫星运营商面临欧洲商业遥感 卫星运营商和航空遥感公司的压力与日俱增，美国政 府禁止商业遥感卫星运营商向美国政府以外的用户销 售优于 0.5m 分辨率的卫星图像数据政策已经越来越为 美国国内卫星运营商和用户所诟病。2013 年，美国商业遥感卫星运营商数字地球 （DigitalGlobe）公司正式向美国政府申请销售 0.25m 分 辨率的

2、卫星图像数据。2013 年 11 月，美国参议院情报 委员会在其公布的一份报告中，鼓励美国国家地理空间 情报局（NGA）和国家情报总监办公室认真考虑美国商 业遥感运营商提出的收集并销售 0.25m 分辨率光学卫星图像的要求。2014 年 4 月，美国情报总监、NGA 局长 和国家侦查局（NRO）局长相继公开支持 DigitalGlobe 公司的诉求。2014 年 6 月，在征得美国国防部和国务 院的同意之后，负责颁发商业遥感卫星运营许可的美国 商务部正式批准了 DigitalGlobe 公司的申请。新政策允 许 DigitalGlobe 向其用户销售全色分辨率高达 0.25m、 多光谱分辨率

3、1m 的卫星图像数据。随着新政策的实施，DigitalGlobe 公司于 2014 年 8 月发射了最新型“世界观测”-3（WorldView-3）卫星， 在发射 6 个月以后，DigitalGlobe 公司可公开销售 0.31m 的全色图像。 未来， DigitalGlobe 公司将加速 “地球眼”-2（GeoEye-2）卫星（已改名为 WorldView-4）的部署， 预计于 2016 年发射，届时可向用户分发分辨率高达 34 卫星应用2014 年第 12 期技术进展 Technology Progress0.25m 的全色图像数据。星应用）。 除研究先进的高分辨率成像技术外，作为创新型

4、的商业遥感公司，Skybox 公司非常注重畅通全球数据 分发渠道，扩展全球影响力。一方面，Skybox 公司继续拓展与对地观测数据分 销商的合作范围。继 2013 年 5 月与日本空间成像（JSI） 公司达成数据分发合作协议后，Skybox 公司又在 2014 年分别与澳大利亚地理图像（Geoimage）公司、阿联酋 空间成像（ESI）公司和英国麦肯锡情报服务（MSI） 公司达成数据销售和分发合作协议。Geoimage 公司负 责澳大利亚、印尼、马来西亚和菲律宾等国家的业务。 ESI 公司购买了 2 个 SkyNode 地面站，分别放置在位于 迪拜的空间成像中东（SIME）分公司和位于慕尼黑的

5、 欧洲空间成像（EUSI）分公司。其中，SIME 分公司负 责中东、东非和中亚地区的业务；EUSI 分公司负责欧 洲和北非地区的业务。MSI 公司负责 Skybox 公司在英 国和非洲的数据分发业务。另一方面，Skybox 公司注重提高自身数据直销能 力，不断发展高分辨率对地观测数据在线读取和交互式 访问技术，为用户提供便捷易用的在线服务。2014 年3 月，Skybox 公司与美国地图盒子（Mapbox）公司展开 合作，将后者开发的 MBTiles 标准集成到 Skybox 公司 “巴士男孩”（BusBoy）大数据平台上。用户订阅的 图像将转换为 MBTiles 格式，快速、流畅的发送至指定

6、 Mapbox 账户。用户可以通过移动设备登录账户，对图 像添加注释或标签，制作个性化地图。2014 年 6 月 10 日，Skybox 公司与全球互联网搜索巨擘谷歌公司达成 协议，后者以 5 亿美元现金收购 Skybox 公司。此次交 易不仅使谷歌公司获得了自主的天基高分辨率图像和 视频数据采集能力，完善其谷歌地图和谷歌地球服务， 更使 Skybox 公司大数据存储、处理和分布式计算能力 大幅提升，推动其在对地观测数据应用与互联网技术 结合浪潮中占得先机。二、 商业遥感卫星多星组网提高时间分辨率成为新趋势1. 欧洲商业光学遥感卫星组网运行目前，欧洲空中客车防务与空间公司在轨的 4 颗 商用光

7、学成像卫星已组网运行（图 1），这 4 颗卫星 是 斯 波 特 -6（SPOT-6） 卫 星、SPOT-7、 昴 宿 星 -1A（Pleiades-1A）和 Pleiades-1B。4 星卫星星座位于同一 轨道平面，彼此相隔 90。该星座具备每日 2 次的重 访能力，由 SPOT 卫星提供大幅宽普查图像，Pleiades 针对特定目标区域提供 0.5m 的详查图像。图 1 空中客车防务与空间公司的 4 颗光学对地观测卫星组网4 星星座中的 2 颗斯波特卫星每天的图像获取能 力就达到 600 万平方千米，是法国国土面积的 10 倍。 SPOT-6/7 星座能力因此大幅超过 SPOT-5 的能力，

8、图 像分辨率更高、 响应速度更快、 指向精度和敏捷性更优， 可快速瞄准地球上星下点 1500km 半径内的任意一点。2. 美国构建 24 颗 Skysat 星座，开启商业视 频对地观测时代美国新型商业遥感“天空盒子”成像公司（Skybox） 计划构建的“天空卫星”（Skysat）星座由 24 颗小卫 星构成，目前已完成前两颗业务星部署。Skysat 具有 0.9m 分辨率成像和每秒 30 帧 1.1m 分辨率 1080P 高清 视频拍摄能力，既是传统意义上的高分辨率光学成像 卫星，又是新型的视频对地观测卫星。Skysat 卫星采用 了先进的面阵探测器技术和相应的图像处理技术，使 之摘得世界 1

9、00kg 级光学成像卫星最高分辨率桂冠。（Skysat 卫星具体性能和技术请参阅 2014 年第 3 期卫3. 行星实验室“鸽群”（Flock）星座连续观 测关注全球变化行星实验室（Planet Labs）公司构建的“鸽群”-1（Flock-1）星座是目前世界上最大的对地观测卫星星 座，由 3U 立方体卫星组成，具有 3 5m 中分辨率成 像能力。Planet Labs 公司是美国借助风险投资发展的 新兴对地观测公司，目前已完成两轮合计 6510 万美元35 2014 年第 12 期卫星应用技术进展 Technology Progress的融资。Planet Labs 公司已研制 3 类 Fl

10、ock-1 星座，即 Flock-1、Flock-1b 和 Flock-1c。截至 2014 年 7 月底， Planet Labs 公司共完成 3 次 Flock 星座发射任务，合计 发射 67 颗卫星进入低地球轨道，其中 25 颗已再入大 气层并燃尽。Flock-1 星座规模足够大，地面覆盖范围 足够广，已超过实现全球覆盖所需的卫星数量。卫星 采用“永远在线”（Always On）工作模式，无需对星 上相机下达特定区域的成像指令即可成像。这种“永 远在线”工作模式可持续获取图像数据，进而能够对 全球变化进行检测。功能或传感器分散到一个或多个轨道平面、平台、载 具或多域的多个系统之中”。“分

11、散”可以理解为将 传统大型卫星系统的功能分解到组网的多颗小卫星中， 在确保系统功能和性能的前提下实现去中心化、分散 风险，使潜在对手无法通过攻击节点卫星而使整个体 系瘫痪；同时利用小卫星的快速研制、 发射和补网能力， 提高整个空间体系在战争中的抗毁能力。在军用气象 卫星领域，美国空军于 2013 年与“千年空间系统”公 司（Millennium Space system）签订固定价值合同，开展 “分散式气象卫星探路者”项目（disaggregation weather satellite pathfinder，DWSP），目的是深入研究军事气象 卫星系统通过分散的方式如何使成本降低，使抗毁能

12、力提升。2014 年 4 月 28 日，DWSP 卫星初期设计方案 通过评审，DWSP 卫星将采用“千年空间系统”公司的 AQUILA M2 平台，该公司在未来 24 个月将开始研制并 装配 DWSP 卫星，弥补现役 DMSP 卫星覆盖区域的不 足，同时为分散的气象卫星体系提供早期在轨运行试 验。DWSP 卫星将携带 NASA 喷气推进实验室（JPL） 研制的紧凑型海风矢量辐射计（COWVR）等有效载荷。 DWSP 卫星与重达 1.1t 的现役 DMSP 卫星相比，其质量 大幅度下降，约 360kg。一旦 DWSP 卫星成功研制，洛 马公司将丧失大量军用气象卫星订单。三、新兴商业遥感卫星制造商

13、 逐步进入军用遥感卫星制造领域美国军方选择新兴商业遥感卫星制造商参与军用 遥感卫星研制，传统大型卫星制造商面临严酷竞争。 在成像侦察领域，美国 DigitalGlobe 公司已经得到美国 政府的大力支持，成为军用成像侦察卫星的强有力竞 争 者， 但 其 分 辨 率 0.41m 的 地 球 眼（GeoEye-1） 卫 星 和分辨率 0.31m 的 WorldView-3 卫星性能尚不能代替洛 马公司研制的现役“锁眼”-12（KH-12）军用光学成 像侦察卫星，因其分辨率高达 0.1m，且具备很强的红 外成像能力。而在另一个军用遥感领域，即气象观测 领域，新兴商业遥感卫星制造商已与传统航天企业展

14、开激烈的竞争，有望替代传统大型企业，占领低轨军 用气象卫星制造领域。目前，美国军用航天体系已开始向“弹性和分散 的空间体系”转型，军用气象卫星作为体系转型技术 验证的重要试点。美国现役“国防气象卫星计划”卫 星（Defense Meteorological Satellite Program，DMSP） 已 经历半个世纪的发展，这些卫星全部是占垄断地位的 美国大型企业洛马公司研制的。DMSP 卫星从 1962 年 开 始发 射， 到 2014 年 10 月， 共 发 展了 5 个 系列，12 个型号，发射卫星 52 颗，成功 47 颗。这类传统大型 卫星功能高度集成，却造成单颗卫星成本很高，研

15、制 周期较长，部署数量有限，因此美国不得不采用“诺阿”（NOAA）民用气象卫星和欧洲等盟国的气象卫星补充 观测能力。此外，当卫星发射时，传统卫星性能甚至不 如研制周期较短的小型商业遥感卫星，也就是说传统大 型卫星的研制模式不利于技术的更新。为了克服上述 问题，美军开始研制采用分散式的小型军用气象卫星。 “分散”被美国空军航天司令部定义为“将天基任务、四、时间分辨率的提高带动卫星图像 时序分析新应用不同于传统卫星拍摄单幅静态图像，视频对地观 测卫星携带装配面阵探测器的面阵相机，结合卫星平 台高敏捷机动能力，可拍摄目标的一系列图像，甚至 组成视频，实现了低轨卫星在一定时间间隔内的持续 监视能力。如

16、 Skysat 这样的视频对地观测卫星使图像 分析从静态向时序图像分析转变，给卫星应用领域带 来前所未有的新机遇，在静态目标的变化检测和动目 标的监测与跟踪等领域有十分广泛的应用前景。再加 之星座部署， 极大缩短了重访周期， 提高了时间分辨率。在静态目标的变化检测方面，Skybox 公司已做了 大量研究，如分析石油储量、矿区生产力和港口进出 量等。Skybox 公司发现利用浮顶随油量变化的几何关系， 就可以计算出油罐中的油量。通过星下点和侧视两幅图 像就可以得到计算浮顶油罐内石油存储量的必要数据， 再通过统计石油储备库的油罐数量就可以得到一个石 油储备库总的石油储量。石油储备量数据的用途关系36 卫星应用2014 年第 12 期技术进展 Technology Progress国家安全，它的商业价值是十分明显的。目前，Skybox 公司已经开发了基于 Skysat 星座进行浮顶油罐石油储 量计算的算法，算法基本原理如图 2。小卫星明朗。（2）商业天基高分辨率视频拍摄将扩展商业 遥感卫星应用得益于小卫星相