童旭東

（國家國防科技工業(yè)局重大專項工程中心，北京 100101）

收稿日期：2018-06-21

高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項（以下簡稱高分專項）是《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》確定的16個重大科技專項之一。自2010年啟動實施以來，在高分專項領(lǐng)導(dǎo)小組和國防科工局黨組的正確領(lǐng)導(dǎo)下，在各承研承制單位的共同努力下，經(jīng)過8年多的不懈努力，建立了一套天地一體化設(shè)計的高效管理理念，完成了全部7型衛(wèi)星中6型衛(wèi)星成功發(fā)射，基本建成了我國高分辨率對地觀測系統(tǒng)，形成了一個條塊統(tǒng)籌、布局合理的遙感應(yīng)用組織和產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系，推動高分數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于20個行業(yè)、30個?。▍^(qū)、市）的1 800多家單位，并積極支撐服務(wù)軍民融合發(fā)展、“一帶一路”建設(shè)、精準扶貧等國家重大戰(zhàn)略，圓滿實現(xiàn)了既定的階段任務(wù)目標。

1 高分專項基本情況

高分專項作為國家重大科技專項，主要目標從國家重大需求出發(fā)，突破高分辨率對地觀測重大技術(shù)瓶頸，填補領(lǐng)域空白，構(gòu)建以天基、臨近空間、航空、地面和應(yīng)用系統(tǒng)為骨干的高分辨率對地觀測體系，與其他對地觀測手段相結(jié)合，形成時空協(xié)調(diào)、全天候、全天時的對地觀測能力，高分辨率觀測數(shù)據(jù)的自給率達到60%，形成空間信息產(chǎn)業(yè)鏈，使我國對地觀測系統(tǒng)達到世界先進水平。

高分專項工程由天基系統(tǒng)、臨近空間系統(tǒng)、航空系統(tǒng)、地面系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)等組成。高分專項建設(shè)任務(wù)示意圖如圖 1所示。其中，天基觀測系統(tǒng)由光學(xué)、微波觀測等若干顆衛(wèi)星組成，空間分辨率優(yōu)于1m，光譜分辨率達納米級；臨近空間觀測系統(tǒng)由平流層飛艇和觀測載荷組成，具備區(qū)域?qū)崟r觀測能力；航空觀測系統(tǒng)由有人機和無人機觀測系統(tǒng)組成，空間分辨率優(yōu)于 0.1m；地面系統(tǒng)統(tǒng)籌建設(shè)數(shù)據(jù)接收、處理和運行管理系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)共享網(wǎng)格平臺，實現(xiàn)資源共享和協(xié)同工作；應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)籌建設(shè)相關(guān)行業(yè)和區(qū)域應(yīng)用示范系統(tǒng)，建立共性技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用服務(wù)平臺，實施產(chǎn)業(yè)示范，打通空間信息產(chǎn)業(yè)鏈。

高分專項還肩負推動中國遙感衛(wèi)星與地面系統(tǒng)運行管理、對地觀測數(shù)據(jù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)開發(fā)等政策法規(guī)和標準規(guī)范研究、制定，以及促進相關(guān)國際合作與交流等任務(wù)。

圖1 高分專項建設(shè)任務(wù)示意Fig.1 Sketch map of CHEOS

2 高分專項實施有關(guān)進展

按照“邊建設(shè)、邊運行、邊應(yīng)用”的原則，經(jīng)過8年多的實施，高分專項頂層設(shè)計深入優(yōu)化，技術(shù)攻關(guān)成效顯著，條件建設(shè)保障有力，各系統(tǒng)實施協(xié)同推進，重點項目進展順利并取得重要階段性成果，衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取、分發(fā)和應(yīng)用成效顯著。

2.1 天基觀測系統(tǒng)

高分專項全部 7型衛(wèi)星中 6型衛(wèi)星成功發(fā)射，實現(xiàn)了“六戰(zhàn)六捷”。高分專項各衛(wèi)星的有關(guān)情況如表1所示。其中，“高分一號”衛(wèi)星實現(xiàn)了中高分辨率與大幅寬相結(jié)合的觀測能力，“高分二號”衛(wèi)星標志著我國民用遙感衛(wèi)星跨入亞米級分辨率時代，“高分三號”衛(wèi)星是我國首顆1m分辨率C頻段多極化合成孔徑雷達成像衛(wèi)星，“高分四號”衛(wèi)星是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛(wèi)星，“高分五號”衛(wèi)星同時具備陸地環(huán)境高光譜觀測能力，“高分六號”衛(wèi)星可與“高分一號”衛(wèi)星組網(wǎng)運行?！案叻忠惶枴敝痢案叻炙奶枴毙l(wèi)星典型影像如圖2所示。

表1 高分專項各衛(wèi)星的有關(guān)情況表Tab.1 The related information list of the satellites in high resolution special project

圖2 “高分一號”至“高分四號”衛(wèi)星典型影像圖Fig.2 Typical images of GF-1 to GF-4 satellite cameras

2.2 地面系統(tǒng)

地面系統(tǒng)建設(shè)以“任務(wù)規(guī)劃統(tǒng)一、數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、運行平臺統(tǒng)一、服務(wù)模式統(tǒng)一、信息網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一”為原則，主要包括高分衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、任務(wù)管理3個分系統(tǒng)及其配套設(shè)施，為用戶部門和應(yīng)用系統(tǒng)提供高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)和1-2級標準產(chǎn)品。

通過 8年多的持續(xù)建設(shè)，地面系統(tǒng)已總體建成密云、喀什、三亞、牡丹江、北京靜止站、北極等6站組成的數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，建設(shè)了敦煌、青海湖、內(nèi)蒙古、嵩山等定標檢校場，已建成“高分一號”至“高分六號”的衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和任務(wù)管控系統(tǒng)，已開通15條數(shù)據(jù)傳輸專線；計劃于2020年全面完成系統(tǒng)建設(shè)并開展業(yè)務(wù)化運行。2016年12月15日，北極接收站建成投入試運行，具備全天候、全天時、多種分辨率衛(wèi)星的接收能力，極大提高了衛(wèi)星拍攝數(shù)據(jù)的下傳效率。

2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

高分專項嚴格按照強化應(yīng)用的建設(shè)原則，將抓好高分專項應(yīng)用工作作為抓好專項工作的出發(fā)點和落腳點，以整合數(shù)據(jù)資源為突破，以服務(wù)數(shù)據(jù)應(yīng)用為核心，全產(chǎn)業(yè)鏈統(tǒng)籌布局，在短板處聚焦發(fā)力，全力拓展高分應(yīng)用的廣度和深度，推進對地觀測數(shù)據(jù)共享平臺建設(shè)，尤其是在事關(guān)全局、影響深遠的應(yīng)用推廣方面重點發(fā)力，取得了系列創(chuàng)新性成果。

1）加強頂層謀劃，編制完成《高分專項應(yīng)用推廣總體方案》，提出國家遙感應(yīng)用“十要素”理論架構(gòu)，在全面完成專項任務(wù)的前提下，重點拓展應(yīng)用廣度和深度，進入行業(yè)主體業(yè)務(wù)和地方綜合治理體系；

2）加強政策保障，頒布數(shù)據(jù)政策和指導(dǎo)意見，先后印發(fā)了《高分專項衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)暫行管理辦法》、《高分專項數(shù)據(jù)應(yīng)用推廣指導(dǎo)意見》等，加速高分衛(wèi)星應(yīng)用推廣；

3）填補空白，發(fā)布標準規(guī)范和應(yīng)急機制，先后發(fā)布了高分專項首批53項標準和第二批50項標準，以及《高分專項遙感衛(wèi)星應(yīng)急數(shù)據(jù)獲取工作機制和流程》；

4）強化資源整合，聯(lián)合國土、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、測繪等18家部委、有關(guān)地方和衛(wèi)星應(yīng)用龍頭企業(yè)，構(gòu)建高分應(yīng)用綜合信息服務(wù)共享平臺，打造“高分中國”數(shù)字影像球，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+天基信息”的有效銜接，先后發(fā)布了平臺1.0版本和2.0版本；

5）布局應(yīng)用體系，進一步擴大參與部門范疇，將公安、審計、海關(guān)、高鐵、交通運輸?shù)刃袠I(yè)納入高分專項應(yīng)用示范體系，設(shè)立了高分應(yīng)用技術(shù)中心和30個省級高分系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用中心；

6）編制高分衛(wèi)星應(yīng)用國家報告，引領(lǐng)新的發(fā)展模式，先后發(fā)布了《2017中國高分衛(wèi)星應(yīng)用國家報告》（綜合卷、行業(yè)卷、區(qū)域卷）和《2018中國高分衛(wèi)星應(yīng)用國家報告》（共性產(chǎn)品卷、標準規(guī)范卷）。

截至當前，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已應(yīng)用于國土、海洋、環(huán)保、水利、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、發(fā)改委、減災(zāi)、中科院、氣象、住建、交通等12個行業(yè)的主體業(yè)務(wù)，帶動公安、地震、統(tǒng)計、衛(wèi)生等4個業(yè)務(wù)應(yīng)用上臺階。高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在20個行業(yè)1 800多家單位得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)累計使用數(shù)據(jù)1 326萬余景，形成行業(yè)專題產(chǎn)品446項，服務(wù)產(chǎn)品126項。各行業(yè)部門充分挖掘高分衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)域，成效顯著。同時，高分專項全面部署省域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，服務(wù)國家戰(zhàn)略和地方經(jīng)濟發(fā)展。先后支持北京、新疆、廣西、西藏等 30個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）設(shè)立了省級高分數(shù)據(jù)與應(yīng)用中心。已累計向各地區(qū)分發(fā)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)138萬景，形成區(qū)域?qū)ｎ}產(chǎn)品239項，服務(wù)產(chǎn)品131項。試點了北京、新疆兩個區(qū)域應(yīng)用示范，已初步實現(xiàn)政府購買衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)的商業(yè)模式。全面部署了兩批共52個省域產(chǎn)業(yè)化示范項目，重點圍繞“四大板塊”、“三個支撐帶”和“軍民融合深度發(fā)展”等國家發(fā)展戰(zhàn)略，以全面拉動省域至縣域高分應(yīng)用，服務(wù)地方經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展為目標，進入政府綜合治理管理體系。此外，采用后補償?shù)姆桨?，培育和帶動地方衛(wèi)星應(yīng)用企業(yè)，實現(xiàn)高分專項成果轉(zhuǎn)化，推動高分應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)化。

3 高分專項取得的主要成效

在高分專項實施前，我國天地一體化高分辨率對地觀測體系尚未建立，嚴重缺乏自主高分辨率對地觀測數(shù)據(jù)。國內(nèi)優(yōu)于2m的自主高分辨率數(shù)據(jù)占比低于20%，且只在國土、測繪、環(huán)保、減災(zāi)等少部分行業(yè)開展應(yīng)用，海量遙感數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用能力不足；各行業(yè)的業(yè)務(wù)衛(wèi)星系統(tǒng)未能統(tǒng)籌發(fā)展，遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)及應(yīng)用產(chǎn)品的共享共用缺乏政策、機制、技術(shù)等保障；各區(qū)域高分辨率數(shù)據(jù)的應(yīng)用基本空白。然而，隨著高分專項的全面實施，我國對地觀測技術(shù)水平、數(shù)據(jù)保障能力、應(yīng)用的廣度和深度、產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模等均實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，有力促進了我國空間信息產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成。

（1）極大提高了對地觀測水平

高分專項推動我國低軌衛(wèi)星空間分辨率由實施前最高2.1m提高到0.8m，地球同步遙感衛(wèi)星分辨率由千米級提高到50m，低軌遙感衛(wèi)星設(shè)計壽命由3年大幅提高到8年。由高低不同軌道、具有從可見光到微波不同譜段觀測手段的多顆高分衛(wèi)星，初步構(gòu)成了我國自主高分辨率對地觀測系統(tǒng)并形成體系能力。

（2）建立了按“數(shù)據(jù)型譜”的天基數(shù)據(jù)源

已發(fā)射了“高分一號”高分寬幅、“高分二號”亞米全色、“高分三號”1m雷達、“高分四號”同步凝視、“高分五號”高光譜觀測等多顆衛(wèi)星，數(shù)據(jù)源不斷豐富，迄今為止，涵蓋不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期的高分數(shù)據(jù)體系基本形成，與其他民用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相配合，為高分遙感的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

（3）已實現(xiàn)基本替代進口、高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)自給率達80%

近幾年，由于“高分一號”、“高分二號”、“高分三號”、“高分四號”衛(wèi)星數(shù)據(jù)的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和相關(guān)數(shù)據(jù)處理服務(wù)日臻完善，國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)市場日漸萎縮，數(shù)據(jù)價格也持續(xù)下降，分辨率低于2m的國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)已基本退出國內(nèi)市場。截至當前，累計分發(fā)高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)約1 500萬景。16m數(shù)據(jù)已全部替代進口，2m/8m數(shù)據(jù)自給率80%以上，1m/4m數(shù)據(jù)部分替代進口，高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)已全面進入主要應(yīng)用領(lǐng)域。

（4）極大促進了各行業(yè)、各區(qū)域的遙感應(yīng)用水平

專項實施前，僅有國土、林業(yè)、測繪等8個行業(yè)、北京等少數(shù)幾個區(qū)域開展遙感衛(wèi)星應(yīng)用，而專項實施后至今，已有22個行業(yè)、30個省市自治區(qū)開展遙感衛(wèi)星應(yīng)用并取得了豐碩成果。同時，高分數(shù)據(jù)已經(jīng)逐漸進入各行業(yè)的主體業(yè)務(wù)，成為政府治理結(jié)構(gòu)和治理體系的重要支撐。另外，高分應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，催生了一系列新的遙感應(yīng)用方向，如扶貧、審計、旅游、海關(guān)、安全生產(chǎn)等。

（5）形成了協(xié)同融合的高分模式

高分專項在天地一體化、行業(yè)融合、信息共享等方面實現(xiàn)了機制體制創(chuàng)新，“高分模式”為后續(xù)重大專項的實施提供了良好的借鑒。專項改變了衛(wèi)星研制和應(yīng)用推廣分離管理的局面，統(tǒng)籌“天地一體化”建設(shè)，以應(yīng)用為出發(fā)點，統(tǒng)籌數(shù)據(jù)源、地面系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，按照一體化的格局分析設(shè)計實施，實現(xiàn)多用戶應(yīng)用效果最大化，大大提高衛(wèi)星綜合應(yīng)用效能。

（6）高分遙感國際合作初見成效

高分專項已成為中國國家航天局進行雙邊、多邊國際交流與合作的新名片，有力促進了中俄、中巴（西）、中埃（及）等合作協(xié)議、大綱、諒解備忘錄的簽訂和實施；為推進“一帶一路”空間信息走廊實施、構(gòu)建金磚五國遙感衛(wèi)星星座和建設(shè)亞太空間合作組織多任務(wù)小衛(wèi)星星座，奠定了堅實的基礎(chǔ)。同時，組織發(fā)布了《“高分五號”衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用的國際合作計劃》，受到了國際遙感界的廣泛關(guān)注和積極支持。

（7）創(chuàng)新投資渠道，依托高分專項設(shè)立衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)基金

為貫徹落實國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，積極探索我國衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)以市場化模式快速發(fā)展的道路，推動以傳統(tǒng)的國家財政投資模式向市場化融資模式的轉(zhuǎn)變，在國防科工局的指導(dǎo)下，依托高分專項，由中國航天科技集團公司聯(lián)合地方政府、大型金融機構(gòu)共同發(fā)起設(shè)立了國華衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)基金，重點投資衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、遙感以及衛(wèi)星技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，基金規(guī)模達200億元，首批募集資金達50億元。通過基金的設(shè)立，將進一步促進我國衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，助力空間信息產(chǎn)業(yè)鏈的快速形成。

（8）積極探索軍民融合發(fā)展的模式和方向

高分專項統(tǒng)籌軍民需求，開展一體化方案論證與系統(tǒng)設(shè)計；在組織機構(gòu)與制度建設(shè)、科研任務(wù)與保障條件、地面系統(tǒng)與基礎(chǔ)設(shè)施等方面分工協(xié)作、統(tǒng)籌實施；建立了數(shù)據(jù)交換平臺和快速響應(yīng)機制，穩(wěn)步推動信息和資源共享共用；積極探索融合應(yīng)用模式，深挖民用高分衛(wèi)星潛力，共同推動高分衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國家安全、防災(zāi)減災(zāi)、反恐維穩(wěn)、應(yīng)急響應(yīng)等方面的應(yīng)用，融合應(yīng)用成效顯著。

4 國家級綜合應(yīng)用

結(jié)合高分專項各行業(yè)和省級中心已經(jīng)形成的高分數(shù)據(jù)產(chǎn)品和服務(wù)能力，經(jīng)過綜合提煉，凝練為保障國家安全、國家全球利益維護、國家戰(zhàn)略規(guī)劃支撐及重大工程監(jiān)測、國家綜合防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)、資源調(diào)查與監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測與評價、城市精細化管理、執(zhí)法監(jiān)督、國際合作與地球系統(tǒng)科學(xué)研究等9個國家級綜合應(yīng)用領(lǐng)域。國家級綜合應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計圖如圖3所示。

比如，水利部門以高分數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，整合了3大類29種數(shù)據(jù)資源，形成水利“一張圖”，為長江經(jīng)濟帶岸線規(guī)劃和取水口規(guī)劃提供支撐，從而在2個月內(nèi)完成過去需要2年才能完成的規(guī)劃工作。水利一張圖如圖4所示。

四川災(zāi)害管理部門利用“高分二號”衛(wèi)星2017年8月9日的影像數(shù)據(jù)，基于房屋道路監(jiān)測以及傷亡人數(shù)等多元信息研判，地方及時啟動一級響應(yīng)，國家啟動三級響應(yīng)。圖5所示，顯示為九寨溝地震災(zāi)害監(jiān)測房屋受損情況，地點為九寨溝縣漳扎，紅色區(qū)域為滑坡，黃色為疑似受損房屋。

圖3 國家級綜合應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計Fig.3 Design of national integrated application fields

圖4 水利一張圖（安徽省長江流域地區(qū)）Fig.4 One map of water conservancy（Anhui province of the Yangtze River basin）

圖5 九寨溝地震災(zāi)害監(jiān)測房屋受損情況Fig.5 Damage monitoring of buildings in Jiuzhaigou earthquake

5 助力“一帶一路”建設(shè)

為積極響應(yīng)國家“一帶一路”倡議，國防科工局、國家發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快推進“一帶一路”空間信息走廊建設(shè)與應(yīng)用的指導(dǎo)意見》，旨在充分利用中國已有和規(guī)劃中的通信、遙感、導(dǎo)航衛(wèi)星，與“一帶一路”沿線國家補充共建部分通信、遙感衛(wèi)星，建設(shè)互聯(lián)互通的地面設(shè)施，促進“一帶一路”沿線國家空間信息應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我中心作為技術(shù)論證總體牽頭單位，大力推動空間信息走廊項目的深化論證和實施工作，并積極推動高分專項服務(wù)“一帶一路”沿線國家開展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、能源開發(fā)、防災(zāi)減災(zāi)、產(chǎn)業(yè)合作等領(lǐng)域應(yīng)用。

高分專項作為“天眼”工程、創(chuàng)新工程、應(yīng)用工程，堅持需求牽引、突出科技引領(lǐng)，強化應(yīng)用推廣、注重市場培育，統(tǒng)籌建設(shè)與應(yīng)用，深入貫徹國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略和軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略，為“一帶一路”倡議、國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供優(yōu)質(zhì)的空間信息服務(wù)，為建設(shè)航天強國、科技強國、數(shù)字中國做出新的貢獻。

（本文根據(jù)作者在首屆中國航天大會的主旨報告內(nèi)容編輯整理，已經(jīng)本人審閱。）