中国四维商业遥感卫星系统建设及创新应用场景

文 | 李双宇 朱继东 贺博 范晨 蔡月

中国四维测绘技术有限公司

一、前言

随着航天科技的不断发展，卫星遥感已经成为时空信息感知的重要手段，相比于其他遥感监测方式，卫星遥感具备采集范围更广、载荷更丰富、感知内容更全面、支持全天时全天候观测等特点。商业航天的迅猛发展，让商业卫星遥感发展进一步增速，创新应用场景不断涌现，商业卫星遥感的相关应用正在切实地改变着我们的生产生活。

在行业蓬勃发展的大背景下，国内商业遥感卫星项目也进入高速发展阶段。作为航天科技集团专业发展卫星遥感应用产业的专业公司，中国四维测绘技术有限公司（简称中国四维）在2021 年正式启动“中国四维新一代商业遥感卫星系统”（简称商星系统）的建设，并探索商星系统新的运营模式与应用场景。

二、商星系统计划与建设情况

商星系统计划包含总计28 颗各类载荷的商业遥感卫星，其中包括16 颗0.5m 空间分辨率的光学卫星，4 颗0.7m 分辨率的宽幅光学卫星以及8 颗1m 分辨率雷达商业遥感卫星，同步建设高度匹配的地面段（含测控、接收、处理、应用）。根据计划，中国四维商星系统将于2025 年全面建成，届时，系统将具备全球每天25 次的高重访能力，日采集面积超过3000 万平方千米的高采集能力，2 小时以内的应急交付能力，系统的数据采集能力、数据处理能力和分发应用能力均将达到国际一流水平，并可根据市场需求扩展至“28+10+18”共计56 颗卫星。截至2022 年底，商星系统已成功发射4 颗遥感卫星（2 颗光学遥感卫星，2 颗SAR 卫星），按计划完成第一阶段的建设。

1.已发卫星主要性能

商星系统第一阶段分两批发射了总计4 颗卫星，分别是两颗光学遥感卫星，以及两颗商业SAR遥感卫星。

商星系统第一批发射的2 颗分辨率优于0.5m高分辨率光学卫星，采用一箭双星的方式发射入轨。卫星具备多条带拼接、立体成像、多目标成像、沿迹成像等多种成像模式，主要技术指标见表1。

表1 商星系统首批光学卫星主要技术指标

2.商星系统后续星能力

（1）重访能力

商星系统设计了四个轨道面：10:30 轨道面、13:30 轨道面、45°低倾角轨道面和晨昏轨道面。通过不同轨道面的设计，提升卫星的重访频次，并减少不同地区长期上午天气不好的影响。每天重访能力达到14 ～25 次，其中优于0.5m 光学卫星每天重访能力6 ～8 次，0.7m 宽幅光学卫星每天重访能力1 ～3 次，优于1m 雷达商业遥感卫星每天重访能力7 ～14 次。卫星系统提高了高分辨率光学卫星敏捷性设计，支撑沿海岸线、铁路、河流等线状目标拍摄，大幅提升订单执行效率。

（2）上注及传输能力

商星系统地面段包括自主测控的接收站系统，常态化实现商业化自主测控，提高卫星上行指令的频次，改善卫星服务响应的有效性和及时性，大幅提升服务用户和响应应急事件的效率。

（3）卫星精度

商星系统新建11 个定标场，同时提供数字化几何、光学、微波、激光、偏振等多种定标能力。

（4）时效性、便利性、容灾抗毁能力

项目构建了物理分离、逻辑一体的数据中心云（支撑大于2EB 存储管理、1 万台计算设备管理），实现跨云资源的统一管理、统一运维、统一调度，基于以上架构支撑遥感卫星全球接收站网数据处理本地化，全球用户数据服务的本地化，从而保障地面处理/用户数据服务业务的时效性、便利性及系统级容灾抗毁能力。中国四维商星系统各阶段数据获取能力见表2。

表2 商星系统各阶段数据获取能力汇总表

图3 山东省莱城区前郭庄村作物种植空间分布图

（2）农作物长势监测

农作物尤其是粮食作物的长势与国家粮食安全息息相关，通过农作物长势监测以及产量预估，能及时评估粮食作物生长状况，从而采取积极措施保证粮食生产。为此，中国四维利用植被生物量指数和遥感反射率数据的重建方法，对照作物长势多参量综合评估模型，实现作物长势综合评判分级。并在此基础上构建估产模型，实现作物产量的预测（图4）。

图4 河北省邢台市巨鹿县冬小麦产量评估分析图

（3）农业保险应用

农业和金融的结合已经成为现代化农业发展的趋势。中国四维围绕这一契机，在“四维视界”平台上线了涉农保险、金融遥感应用模块，打通农业和金融之间的信息壁垒。

利用卫星遥感、气象、土地流转等数据，中国四维搭建了服务于保单核验、承保查勘、灾损定赔、日常监测等功能的平台，为承保风险管控提供支撑，解决报损不准、不实的问题（图5）。

位于温州市东南的168 黄金海岸线沿途有多发矿石盗采点高达15 处，受到当地地理环境影响，违法人员常与执法人员“打游击”。在引入了中国四维卫星遥感检测的“天空地一体化”立体态势感知体系后，通过在海岸线周边部署热红外监控，结合卫星影像和海上综合智治应用中的5 个基站雷达数据实现“海陆空”全覆盖“白+黑”全监控，有效执法率提升到80%以上，切实实现保护海洋资源环境。

5.支撑绿色经济

商业卫星遥感能够高效服务于林草管理、生态系统生产总值（GEP）汇算以及生态经济建设等场景，尤其在“双碳”目标实现方面，商业卫星遥感可以通过自动提取地表变化，实现从“抽样测量”到“全面监测”的转变，并配置激光、光谱载荷实现植被立体结构、植被类型观测，精确核算生物量。同时利用荧光遥感技术，反演植被生产力，获取植被碳汇变化趋势，时效性强、准确率高。

通过卫星遥感数据的综合应用，能够实现生态资产的历史存量确定及动态变化量监测，支撑各级政府的生态治理与决策。同时业务化实现年度生态资产核算，通过省/市/县多级核算，全局分析、明确各区域的功能定位，优化经济布局、合理调整产业结构。通过对生态资产全面精确感知记录、核算计量，落实精准确权。

另一方面，相关产品能够为生态产品交易机制提供精准的底层数字支撑，助力GEP 价值核算与赋权交易。加速推进全国大市场的碳权、水权、排污权、用能权等生态产品交易与区域交易补偿。

四、结语

中国四维新一代商业遥感卫星系统将发射多样化的卫星载荷，建设互联互通、高速触达的“四维云”，通过海量动态更新的遥感卫星时空数据构建云上“时空数据基座”，以云应用平台支撑遥感应用产业生态，拓展时空信息的行业综合应用解决方案，助力各领域产业数字化转型和高质量发展。

中国四维新一代商业遥感卫星系统以商业化为驱动，以产业发展做支撑，持续推动卫星遥感领域的技术创新。

在国家战略指引下，中国四维将用实际行动不断践行商业卫星遥感“科技向善”，以新一代商业遥感卫星系统促进产业链与创新链的深度融合，支撑绿色经济高质量发展，持续赋能地球生态环境事业，助力实现人与自然和谐共生的新发展格局。