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【中国测绘】打造新时代卫星对地观测的“火眼金睛”

发布日期:2019-11-01浏览次数: 信息来源:《中国测绘》


2019919日上午,距离“珠海一号”03组卫星发射还有大约4个小时的时间,记者在酒泉卫星发射中心见到了珠海欧比特宇航科技股份有限公司董事长颜军,问起他此时此刻的心情,颜军摊开双手,告诉记者:“你看,手心都是汗,还是紧张!

“珠海”卫星星座是我国首个由民营上市公司建设并运营的卫星星座,规划由34颗卫星组成,包括2颗视频试验卫星、10颗视频卫星、10颗高光谱卫星、2颗高分光学卫星、2SAR卫星和8颗红外卫星,总投资36亿元。

2017615日,“珠海0121. 98米级视频试验卫星首发成功。2018426日,“珠海一号”025颗卫星发射成功,包括10.9米级视频卫星和410米级高光谱卫星,首次实现了国内高光谱卫星组网运行。2019919日,“珠海03组卫星在酒泉卫星发射中心再次以“箭五星"方式,将10.9米级视频卫星和410米级高光谱卫星成功发射升空,实现了12颗卫星在轨运行。

“特别值得提的是,‘ 珠海’星座在轨的8颗高光谱卫星是目前国内空间分辨率最高、幅宽最大的高光谱卫星。两轨8颗高光谱卫星,是全球高光谱卫星家族的重要成员,填补了中国商业航天高光谱领域的空白。通过8颗卫星协同工作,平均每2. 5天就可以覆盖全球一次,特定区域可1天重访,大幅提高了我国的高光谱对地观测能力。这也让欧比特成为了全球拥有高光谱卫星在轨数量最多、高光谱卫星数据服务能力最完善的民营企业。”颜军向记者介绍。

在商业航天浪潮中扬帆起航

201411月,国务院印发《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,并提出“鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设”,商业航天在中国正式破冰起航。

2014年是中国商业航天的起步之年,从那开始国家陆续出台了一系列政策措施大力支持商业航天的发展,政府和市场形成了良好的互动。而在此之前,由民营企业来发射卫星,是我们想都不敢想的事情。”颜军说,“正是在这样的机遇下, 欧比特在2014年启动了遥感微纳卫星星座及卫星大数据业务。

“我们现在所在的酒泉卫星发射中心,它是一个已经有61年组建历史的国家航天发射场,现在也开始对民营企业开放,‘珠海’星座包括今天在内的3组卫星,都是在这里发射的,这里去年还首次发射了由我国一家民营企业自主研发的运载火箭,这样的开放本身就是国家对民营企业在商业航天领域发展的巨大支持。从2017年‘珠海’首次发射到现在,酒泉卫星发射中心从人力、技术、设施等方方面面给予了我们很大的支持,而基地在各个方面的先进条件也是我们卫星能够顺利发射升空的重要保障。”颜军对此表示非常感动,“这也给了我们更大的动力,一定要让这些上天的卫星通过商业运作,发挥其最大效用”。

据了解,短短5年左右的时间,国内已有180多家商业航天公司,涉及卫星制造、 卫星应用等领域。中国的商业航天发展神速,对推动我国航天科技进步、促进经济高质量发展、满足人民美好生活需要都起着十分重要的作用。

在定量遥感领域中异军突起


今天已经是您第三次经历“珠海” 的卫星发射了,为什么还是会紧张?

“在昨天晚上的技术总结会上,专家们都对发射表示非常有信心。但我还是会担心,我们的测试指标符合要求吗?配套设施齐备吗?卫星上天后太阳帆板能不能正常打开?供电够不够.....其实我知道这样的担心是多余的,因为我们的卫星研制团队来自我的母校——哈尔滨工业大学,火箭是由中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院研制的,是我们国家的金牌固体火箭一长征十号运载火箭,他们都非常专业,有充分的技术保障。但每次发射前我还是会紧张,因为我们为此投入了大量的经费和人力、物力,也承载了许多期待,我们一定要让每颗卫星都成功地发射和正常运行。

从您的介绍我们能感受到,卫星从它的设计、制造、发射、运行到应用,是一件压力很大的事情,您为什么直在坚持?

首先,前面也讲到了,国家出台了很多政策来号召民营企业参与国家民用空间基础设施的建设,我们有幸参与进来了,并且从最初的规划阶段就有6位院士和12位不同行业的教授级专家为我们建言献策,持续做下去是我们的责任和义务。其次,在欧比特的三大业务板块中,包括宇航电子、卫星大数据和人工智能,我们对卫星业务的投入是最大的,目前有五、六百人规模的团队在支撑这项工作。再有,我们已经在全国范围内建设了7个卫星地面接收站,每年可获取7000TB的遥感数据用于满足市场需求,我们的数据尤其是在自然资源、生态环境、农业农村、应急管理、城建规划等领域应用前景广阔。

并且我们将目标瞄准在了高光谱卫星,它的定量分析特色是将来卫星对地观测的发展趋势,我们对此充满信心。最后,欧比特是一家上市公司,有大量的经费是来自民间资本,我们也必须踏实地走好每一步,对股东、投资者和所有员工负责。

“珠海”卫星星座为何将关注点聚焦在高光谱卫星?

颜军介绍道,“ 国家关于遥感卫星的建设规划有一套很完整的体系,包括光学的、雷达的,也有高光谱的,按照各个卫星搭载的传感器的不同,它所擅长的应用领域也是不同的。但从细分行业来讲,从市场供需来看,目前市场上定量遥感的供应是非常缺乏的。所以欧比特在定位之初,就瞄准了定量遥感这个领域,而其最有效的传感器手段就是高光谱,“珠海一号’星座规划的34颗卫星中有10颗都是高光谱卫星。

高光谱卫星的优势究竟在何处?

“相对于只能观测几何轮廓和颜色的定性遥感,高光谱卫星带来的定量遥感可以成为挖掘地物信息的“火眼金睛”。颜军告诉记者,高光谱遥感是利用众多狭窄连续的光谱通道,对地物进行持续遥感成像的技术,具有光谱分辨率高、图谱合一等特点。由于植被、土壤、水体等不同地物有不同的光谱特性,光谱被视为辨别物质的“指纹”,通过分析在遥感观测中形成的光谱曲线,就可以识别不同物质、不同特性,再通过反演就可以轻松实现定量遥感分析。目前,我们已经将高光谱遥感应用在政府精细化管理决策、自然资源监测、精准农业、保险定价与理赔等领域,例如在贵州做了玉米种植面积统计,在新疆做了棉花种植面积统计,在雄安新区做农作物分类,在这些应用中精确度达到90%以上。

和国际相比,国内高光谱卫星发展处于怎样的水平?

今天发射的这4颗高光谱卫星,空间分辨率10m, 幅宽150km,光谱分辨率2. 5nm,具有256 个波段,这样的指标放在国际上也是领先的。”

“但目前在轨的高光谱卫星,波谱范围只有4001000m,后续的2颗高光谱卫星还计划扩展到10005000nm,从近红外延伸到中红外波段,这将带来更加广泛的应用。”

“据互联网信息显示,截至2018年底,全球共有25颗商业高光谱卫星,其中欧比特就有4颗,今天下午即将再上去4颗。我们现在有自己的研发团队,具备完全自主的卫星星座设计能力,包括轨道设计、星座布局等都是我们自己做的。卫星发射后,数据的接收、处理、分发,以及后端的应用服务等,我们都有独立研发和运维能力。在这些方面,我们已经达到了国际先进水平。如果要说和国际上还存在的差距,我们的卫星目前还有部分核心元器件受制于国外。此外,在应用推广方面,我们也有定的局限。记得两年前,我去日本的NTT DATA公司交流,据介绍说他们每年在数据服务这块的收入大约是160亿美金,非常庞大的数字。他们是怎么卖数据呢?例如他们将遥感数据和由此衍生的地理信息产品卖给做农业机械的大型公司,再由这些大公司在销售他们的播种机、收割机等的时候,把地理信息数据产品作为必选的配套产品一并销售给客户, 通过这样的路径将数据送达到了每一个用户手中。而我们现在,可能更多的还是面向政府在做服务,面向公众的遥感应用还有很大的市场潜力有待挖掘

高光谱卫星目前在应用层面主要面临哪些困难?欧比特是如何应对的?

据颜军介绍,在欧比特当前的卫星大数据业务体系中,大约仅20%的收入是来自数据本身的销售,80%则是来自于数据服务。因此,欧比特非常重视对卫星遥感应用能力的提升。

“高光谱遥感对于我们国家来说,还是项比较新鲜的应用,所以欧比特在其应用开发方面做了大量的工作。很多人问过我,高光谱数据可以用吗?当然可以用。好用吗?目前的确不太好用。它还面临这样几个方面的问题:第一个挑战是缺少标准的地物波谱库,这给高光谱数据的光谱定标和波谱识别都带来了很大的困难。对此,我们目前主要是有两种解决方案,种是以项目合作的方式,比如环保部门将他们对河水的物联网实时监测数据提供给我们,就可以作为我们的参考数据,持续半年到一年之后,就可以形成我们自己的波谱库。另外种是与科研所以及院校合作,目前我们已有20多家合作单位,联合利用他们已有的地面数据,或者借助他们的创新技术手段来解决问题。第二个挑战是海量数据的处理问题。我们的卫星幅宽是150公里,初步测算,目前8颗卫星协同,平均每分钟就会获取50多平方公里的数据,并且每一景都有256 个波段的数据,这样的数据量依靠普通的计算机处理是支撑不了市场化应用的。数据多、处理慢、信息少,是当前制约卫星大数据产业快速发展的关键痛点。因此,我们必须尽快地把人工智能技术引入到数据的实时处理和识别中,并完成有用信息和知识的提取,这也将成为未来卫星数据应用领域的核心能力之一。为此,方面,我们将在公司人工智能芯片研发的基础上,通过人工智能硬件研制、算法开发,实现卫星数据的在轨处理,以及特定目标的智能快速提取和下传。另一方面,如果有团队有相关领域的研究成果,我们十分欢迎您们来到欧比特和我们开展合作。


在绿水青山中创新发展

今年6月,欧比特成功中标珠海市“绿水青山张图”项目。作为我国卫星大数据产业化应用的一个标志性项目,在业内引起了极大的关注。该项目致力于打造遥感大数据服务于政府管理决策,提升“数字政府”建设能力的样板工程。

“绿水青山一-张图”在商业模式、技术体系、运营机制等方面有哪些可推广的经验?

颜军向记者介绍到,“绿水青山一张图”实质上是一个基于遥感卫星大数据、人工智能及智慧政务为体的服务平台,以“数据可共享、运营智慧化、数据中心化、业务全覆盖”为四大目标,将形成以数据采集、大数据处理和人工智能决策支持为核心的绿水青山管控决策支持系统。它利用高频次的卫星定量遥感大数据(如高光谱数据),辅以航空遥感、地面传感器、移动互联网、社会人文经济等多源大数据等,可以对生态:环境、自然资源、农业农村、应急管理、城市建设、交通建设等要素进行快速和精准的监测分析,并在人工智能技术的支持下,为各级政府的精细管理、精准治理和精细决策提供支持。

珠海的“绿水青山一张图”项目采用的是政府购买服务的方式,按照“1+5”的建设模式,第年是建设期,后五年是运行期。按照广东省政府的指导意见,我们先在珠海把项目做好,再在全省范围来推广,对此我们也非常的期待。目前,我们正在全国范围内推广“绿水青山张图”的服务模式,已经启动了对广东、贵州、湖南、新疆、山西、河南、广西、山东、重庆等省市自治区的覆盖。

所以“绿水青山张图”并不是只是字面意义上的“一张图”的概念?

“这是当然,它其实是一个系统,或者说是一个平台,集成了大量的数据和功能在其中。刚开始也有院士专家向我们建议,“一张图”是不是把我们的作用给说小了。但我想说,我们更想表达的是在同一个数据标准和技术体系下去发展应用。例如珠海的项目,最初设计了48个专题,在运行过程中又根据各部门]需求增加了20个专题,实际上目前有68个专题在同时运行。此外,“ 绿水青山一张图”这个系统既可以独立工作,也可以组件或插件的形式与各地现有的“数字政府”或“智慧城市”系统相结合,成为现有系统的有效补充,丰富其内容,提高其服务能力。

在星辰大海中逐梦前行

在此次箭五星”发射的卫星中,5颗卫星都有专属于它们自己的名字。视频卫星0VS-3冠名为“春蕾计划之星”;高光谱卫星0HS- 3A冠名为“西海岸;高光谱卫星0HS -3B名为“飞天茅台号”;高光谱卫星0HS-3C冠名为“高密一号”;高光谱卫星0HS- 3D冠名为“国缘V9号”。

卫星冠名有什么特殊的由来吗?

“这是欧比特通过公益捐赠、政企合作、产业联合、产学研合作等方式,开辟的卫星冠名与数据应用相结合的新模式。

据颜军介绍,今年是“春蕾计划”实施30周年,欧比特向中国儿童少年基金会捐赠了“春蕾计划之星”卫星冠名,这既是公司支持公益事业、履行社会责任的积极举措,也是将现代科技与公益产业相结合,探索协同发展的新模式。“ 西海岸一号”和“高密一号”,分别是与山东省青岛市西海岸新区人民政府和山东省高密市人民政府建立良好政企合作关系的重要组成部分,将通过推动“绿水青山一张图” 数据服务在两地的实施,加速形成数据驱动型创新体系和发展模式。“飞天茅台号”和“国缘V9号”则分别是由贵州茅台酒厂和江苏今世缘酒业冠名,一方面可以有效提升企业品牌的影响力,另一方面是与商业企业在卫星大数据服务方面建立起了新的合作桥梁。

“例如与茅台的合作,我们将利用遥感大数据对高粱、小麦等酿酒原料产地,以及茅台酒的重要水源赤水河等实施全方位、高频次的监测,为茅台集团的生产管理、经营决策等提供更加及时、准确的智能化服务,助力茅台从‘茅台制造’向‘茅台智造’转型升级”。

除此以外,在2018年发射的“珠海一号”02组卫星中,也有两颗冠名卫星分别是“贵阳一号”和“青科大一号”。颜军表示,“‘青科大一号’是我们开展产学研合作的典型案例,我们在青岛科技大学专门]成立了大数据学院,一方面由欧比特向高校提供各类数据资源和平台,另一方面高校将在人才培养、科技创新、成果转化等方面,大力支撑欧比特的卫星事业发展。

视频卫星主要可以应用在哪些方面?

记者注意到,包括即将发射的03组卫星在内,除了8颗高光谱卫星,“珠海”星座中还有21.98m分辨率的视频试验卫星和20.9m分辨率的视频卫星

颜军向记者介绍,“ 视频卫星最大的特点是可以对特定区域进行‘凝视’观测,尤其适用于对地面目标进行动态观测,获得目标的速度和方向等信息。此次我们发射的视频卫星可以获取25/秒、最长120秒的视频数据,这在国防、应急、减灾和交通等领域都具有很好的应用潜力。例如某个区域发生了地震、滑坡等地质灾害,我们可以让卫星对准灾害发生区域进行观测,动态监测灾害发生的过程,这对抢险救灾将会非常有帮助。但目前我们的视频卫星幅宽较窄,覆盖周期较长,后续我们还将继续从技术上不断创新,争取把幅宽提高到80km左右。此外,按照我们的星座规划,还将有8颗视频卫星等待发射,将来当它们组网运行后,观测能力将得到极大的提升。”


“珠海”星座34颗卫星计划到什么时候全部完成发射?

采访至此,记者对欧比特的未来充满了期待。颜军表示,“卫星星座的建设投入非常之大,目前12颗在轨卫星已经投入了78个亿的资金。现在,我们希望通过‘绿水青山一张图’项目,看看卫星大数据在全国的推广应用情况。如果效果较好,我们将加快对卫星星座的建设,再用2-3年左右的时间完成后续发射。除了目前已经发射的视频卫星和高光谱卫星,我们还规划设计了高分辨率光学卫星、雷达卫星和红外卫星,以满足更多层面的应用需求。”

2000年您回国创业到现在,已奋斗了近20年,您会直这样坚持下去吗?

“我今年57岁了,但我的任务还远没有完成,我面前的任务还挺多的。就拿卫星这块的业务来说,我才刚刚走出了半步。等到“珠海一号”的34颗星全都发射上去了,在国内让每个地方政府,甚至每个老百姓,都能用上我们的数据,那时候我的任务才算是完成得差不多了。”颜军说。


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