“大”遥感时代

撰文 | 晟宇

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首先要热烈祝贺我院（中科院微小卫星创新研究院）在今天凌晨成功发射一箭四星，包括了碳卫星，高分微纳卫星和两颗高光谱微纳卫星，四颗卫星都由我院研制。四颗卫星都属于遥感卫星的范畴，今天就来聊聊“大”遥感时代。

“大”遥感时代是大航天时代的一个重要方面，“大”遥感时代的到来得益于载荷与卫星平台技术的发展，更得来源于互联网思维引发的变革。

互联网思维正在改变着航天界，越来越多的卫星创业公司在硅谷出现，并迅速绽放光芒，这些公司不但在地理上身处互联网文化的中心，其对于遥感产业的理解也完全瞄准商业用途，并采取了互联网产品的运作手段。

基于大数据的信息增值服务

基于海量卫星的实时观测

基于立方星的高精度天气预报

这些遥感领域初创企业，一出现就快速成长，引发了所谓的“轨道革命”，并先后被Google等大公司战略性收购，它们各自也因此具备了成为独角兽的潜力。

它们的成功其实并不突然，遥感领域以卫星影像作为最终产品的时代正在过渡到满足丰富需求的下一个阶段。未来的服务必定是多样化的，这些典型的成功卫星初创公司正是各自瞄准了其中的最迫切的一些需求，然而可以预见的是将由越来越多的需求涌现，也会有越来越多的企业来满足这些需求。

随着越来越多的遥感航天器进入近地空间，遥感已经进入到一个大空间遥感的时代，这个大体现在遥感平台的覆盖的范围大，遥感器对全球覆盖的空间大，同时在逐步覆盖不同高度的空间领域，在波段覆盖上也朝着高分辨全覆盖的方向发展，更因为轨道革命的到来导致遥感卫星的激增和遥感卫星敏捷化的发展，使得遥感的实时性得到极大的提高。从而使得人类进入了一个具备了全面细致感天知地能力的全新时代，通过遥感感知地球与空间的能力达到了一个前所未有的高度。

卫星遥感领域不断刷新着空间分辨率，从米级到亚米级，再到厘米级，然而追求空间分辨率正是卫星遥感水平提高的一个维度，边际成本的约束必然将减慢这一维度前进的热度。技术之外的需求就涌现出来，近年来获得大量投资的遥感卫星公司Terra Bella、PlanetLabs、BlackSky和Spire等，正是借由互联网思维将卫星遥感的大众需求挖掘了出来，长尾作用显现，很多商业分析，灾害追踪的遥感需求更多的是分析结果而非图像本身，所以对于空间分辨率的需求就不一定是最为强烈的，而对实时性和全数据提出了很高的要求，这也是巨大数量遥感卫星发射升空的潜在动力。在云计算、大数据和人工智能的技术辅助下，实时全覆盖的数据将发挥出巨大的应用潜力，甚至在不远的将来，记录的只有分析结果，而保存卫星数据本身，巨大的空间信息就变成了流信息，所有支流就都是应用本身而非简单的数据。

我院研制的高分微纳卫星便具备了满足点播成像的能力。

如今的遥感观测已经覆盖了很宽的谱段，未来随着潜在需求的挖掘，这种覆盖将进一步拓展，同时在高光谱，超光谱领域的技术突破将催生更多的具备高谱段分辨率的空间遥感器，为所有观测体形成CT一般的个体详细谱段观测，从几何、辐射、光谱等各方面进行观测体的认知，使得遥感不但能看的多，看的细，还能看的准。

我院研制的高光谱微纳卫星正用较低的成本实现高性能观测。

同时，随着时空基准系统以及空间信息网络的不断发展，更精准的时空信息与大规模的网络协同，这些领域的能力增长将得到空前的整合，从而实现又一次的全系统遥感能力升级。

人类对于空间信息获取的领域并不仅限于地球表面，有很多遥感卫星的观测对象是气流，是云层，是空间飞行器，是太空垃圾。人类不但需要对地面完成观测，也需要将这种能力拓展到空间中。

尤其是随着越来越多的航天器进入太空，退役航天器，太空事故产生的空间碎片都在威胁着空间安全。通过空间态势感知卫星掌握空间的动态信息对于维护空间秩序，提供了重要的图像，数据支持。未来这样的需求将不断增长，感知的能力也将不断地增强。

遥感卫星的快速增长，分辨率的提高，数据下行能力的增强，海量多源的遥感数据将继续呈现出爆发式增长的趋势。

在轨智能支持：智能遥感卫星通过大数据平台获取任务信息，并依据任务信息下载任务所需的应用、数据、模型算法等。在任务过程中，可以根据具体的任务情况从空间大数据库不断更新的数据支持，并且可以在任务考察后自主下载学习模型提高任务完成的智能程度。

深度数据挖掘：基于大数据的技术，可以从海量的时空数据中挖掘隐含的空间信息知识以及信息提取模式的提取，并最终基于大数据技术形成更为准确的全球多源信息检测与统计，并广泛服务于从期货，保险到农林牧渔以及一切与空间信息相关的几乎所有行业领域。

影象识别和影象知识挖掘的智能化是遥感数据自动处理研究的重大突破：遥感数据处理工具不仅可以自动进行各种定标处理，而且可以自动或半自动提取道路，建筑物等人工建筑。地物波谱库的建立及高光谱自动识别系统使用户可以方便的进行地物识别，并在此基础上进行定量化分析。

同时遥感还将体现出在轨智能化的发展。遥感的智能化首先表现在遥感传感器的可编程：传感器不仅可以按设定的方式进行扫描，而且可以根据具体要求由地面进行控制编程，使用户可以获得多角度，高时间密度的数据。

网络化云计算体系结构的内涵是将需求和服务分开，通过云计算建立二者之间的联系，以最大限度的利用整体计算能力，满足变化的任务需求；并通过计算体系的聚合重构为局部计算节点的故障提供无缝的容错能力。这一思想是将航天器的设计体制从“以卫星为中心”转变为“以应用为中心”，从而可以用具有自组织能力的通用计算体系结构适应各类航天器平台的应用，形成在轨资源池。

随着星间通信等技术的进步，空间信息网的逐步建设，在信息、计算、控制等物理过程高度融合形成之后，遥感卫星多系统、多单元协同工作成为可能，包括相应的存储与计算资源。空间信息网络提供了并行计算的空间，与效用计算的可能。系统级的新服务与新应用将更易实现。空间业务节点通过管理平台获取任务信息，并依据任务信息下载任务所需的应用、数据、模型算法等。在任务过程中，可以根据具体的任务情况利用空间信息网获得不断更新的数据支持，并且可以在任务考察后自主下载学习模型提高任务完成的智能程度。同时基于空间信息网络可以有效地开展基于网络的空间任务协同。最后在任务完成后，及时反馈任务完成情况信息，并可以进行自主评估，重置任务状态。同时任务的过程数据，也可以作为大数据的一部分，未来的空间任务提供经验数据支持。

基于空间信息网络，未来的在轨空间节点，可以通过网络进行软件更新从而提高性能，提高空间实体的升级能力。

未来遥感产业主要创收的一定会是信息产品的细分市场，而且一定要形成多元的服务体系。

遥感卫星的大量部署，空间信息网络的支持，使得不久的将来，遥感服务的用户覆盖面将快速扩大。不但继续提供传统的图像数据支持，还将出现对个人用户与智能设备的个人化，定制化的服务。通过网络支持平台为个人用户提供交互式的服务接口，满足个人用户实时性个人化的服务。

在智能化与网络化的发展背景之下，未来的地面智能设备也需要有遥感卫星提供的影像或者其他信息来支持其开展自动化的服务。

驻留式服务的核心是在特定的地理空间提供不间断的空间信息服务。如今像Terra Bella，Planet Labs等“轨道革命”的新型创业公司将越来越多的卫星部署到近代轨道。随着这种趋势的发展，未来任意时刻在地球表面任何位置的上空都将动态聚集很多空间资源节点。

基于空间信息网的对在轨节点的信息支持，可以实现驻留式的信息服务。空间节点的高度动态性使得很难保持对特定地区的持续观测，然而随着空间资源节点的快速增加，使得对于一个地区的持续信息服务成为可能。空间驻留式服务的技术核心是服务在轨迁移，服务以应用的软件形式在卫星之间实现迁移，从而保证在特定区域的持续服务。