文 | 宋潔瓊 潘麗君 劉鵬飛

1.中國航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

2.上海無線電設(shè)備研究所

一、前言

在21 世紀(jì)初期，全球遙感衛(wèi)星市場還主要服務(wù)于軍方和政府領(lǐng)域[1]，隨著越來越多商業(yè)巨頭不斷進(jìn)入，遙感數(shù)據(jù)商業(yè)應(yīng)用已逐步成為推動遙感衛(wèi)星市場發(fā)展的重要動力?，F(xiàn)階段，基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的非傳統(tǒng)應(yīng)用行業(yè)需求不斷涌現(xiàn)。同時，智能技術(shù)與遙感應(yīng)用也開始快速融合，大數(shù)據(jù)、海量存儲、高性能計算、人工智能及云計算等新一代信息技術(shù)對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域不斷滲透[2]，已成為行業(yè)服務(wù)能力提升的突破關(guān)鍵。多源數(shù)據(jù)融合和海量數(shù)據(jù)智能處理手段的日益豐富，使更多的遙感應(yīng)用場景被打開。通過共享平臺實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的數(shù)據(jù)分享，也成為衛(wèi)星遙感綜合應(yīng)用能力快速提升的有效手段[3]。根據(jù)本文檢索標(biāo)引出的近三千項(xiàng)衛(wèi)星遙感相關(guān)專利的承載信息，可看出國內(nèi)外對數(shù)據(jù)反演類型改進(jìn)和數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的專利申請量長期處于大小相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，即衛(wèi)星遙感應(yīng)用能力與范圍的拓展，與全球企業(yè)對處理技術(shù)的創(chuàng)新投入呈共促進(jìn)、同發(fā)展的趨勢。同時，在國際化浪潮與國內(nèi)政策的持續(xù)推動下，中國也已成為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新主要來源地。

二、專利數(shù)據(jù)檢索與分析方法

基于廣泛收集的國內(nèi)外衛(wèi)星遙感應(yīng)用相關(guān)技術(shù)資料，根據(jù)信息處理手段、數(shù)據(jù)應(yīng)用方向和近年面臨的存儲與處理難題，本文重點(diǎn)關(guān)注了針對衛(wèi)星遙感信息的智能化信息處理、定量化數(shù)據(jù)反演、海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計與應(yīng)用三個技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)一步在其基礎(chǔ)上又細(xì)分出了噪聲抑制、目標(biāo)識別、多源影像融合、數(shù)字地形模型構(gòu)建、氣象預(yù)測、環(huán)境檢測、農(nóng)業(yè)管理、傳輸與分發(fā)、存儲與運(yùn)營等13 個技術(shù)分支。通過對上述分支相關(guān)的中英文關(guān)鍵詞和IPC分類號的全面收集與匹配，在全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫中對1980 年至2022 年間各國創(chuàng)新成果進(jìn)行檢索，共挖掘出技術(shù)相關(guān)專利2816 項(xiàng)。

其中，專利檢索使用的商業(yè)數(shù)據(jù)庫包括德溫特專利數(shù)據(jù)庫和智慧芽專利數(shù)據(jù)庫，能夠支持160 余個國家和地區(qū)的近2 億條專利數(shù)據(jù)的專業(yè)檢索。專利分析部分綜合采用客觀定量、主觀定性及語義聚類等多維度分析方式。在不同定量維度信息梳理中，充分結(jié)合情報、技術(shù)等其他要素，力圖既突出每項(xiàng)分析主旨，也系統(tǒng)構(gòu)建出衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的宏觀影像。以期通過呈現(xiàn)出的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和熱點(diǎn)應(yīng)用方向，對國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展提供清晰有效的啟示與建議。

三、衛(wèi)星遙感應(yīng)用各領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新分布

首先通過對衛(wèi)星遙感信息的定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)、智能化信息處理技術(shù)、海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)這三大技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)各個技術(shù)分支的專利申請量進(jìn)行統(tǒng)計，梳理衛(wèi)星遙感應(yīng)用各關(guān)鍵技術(shù)上的創(chuàng)新分布情況。結(jié)果如圖1 所示。

圖1 衛(wèi)星遙感應(yīng)用各領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)專利量分布圖（單位：項(xiàng)）

1.定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)領(lǐng)域

衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)定量化產(chǎn)品及技術(shù)在全球氣象變化、農(nóng)作物估產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等方面有著廣泛的應(yīng)用，各國均有需求。從技術(shù)發(fā)展的支撐來看，近年來全球遙感衛(wèi)星載荷性能、定標(biāo)與分析技術(shù)均得到了快速的發(fā)展，地表、大氣觀測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法也日趨成熟，對自動化、高精度、高性能快速處理的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)定量化反演技術(shù)的優(yōu)化及產(chǎn)品的研制也逐步加快。本文在定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)領(lǐng)域中，關(guān)注了技術(shù)分支5 個，分別為數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)（專利143 項(xiàng)）、氣象預(yù)測技術(shù)（專利151 項(xiàng)）、農(nóng)業(yè)管理技術(shù)（專利523 項(xiàng)）、環(huán)境檢測技術(shù)（專利250項(xiàng)）和災(zāi)害評估技術(shù)（專利271項(xiàng)）。

（1）農(nóng)業(yè)管理與環(huán)境檢測是數(shù)據(jù)反演熱點(diǎn)應(yīng)用方向

20 世紀(jì)八十年代起，歐美日等多國已經(jīng)開始了農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用，經(jīng)過近四十年的發(fā)展，農(nóng)業(yè)管理已經(jīng)成為定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)領(lǐng)域中，專利申請量最豐富的應(yīng)用方向。圍繞產(chǎn)量預(yù)測、品質(zhì)判斷、施肥管理、病蟲害診斷、土地使用、農(nóng)企信息服務(wù)等需求，中國、美國、印度和日本幾個專利豐富國家均進(jìn)行了較多創(chuàng)新。近年，針對農(nóng)戶成本估算、受災(zāi)保險定損、地塊估價、授信額度確認(rèn)、種植險承保等的農(nóng)業(yè)金融管理業(yè)務(wù)，開始成為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的新應(yīng)用熱點(diǎn)。該類專利技術(shù)最早起源于美國，現(xiàn)今美國CIBO 科技公司都還在持續(xù)推出基于過去生長情況的地塊估價和基于碳足跡檢測的地塊管理等應(yīng)用創(chuàng)新。我國在該方向上也積極嘗試，中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所最早提出了將高分遙感影像應(yīng)用在農(nóng)業(yè)保險承保理賠查勘環(huán)節(jié)中的優(yōu)化方法，并支持成立了新興農(nóng)業(yè)遙感服務(wù)商——中科光啟空間信息技術(shù)公司，已在農(nóng)保承保系統(tǒng)和保險定損上提出了幾個專利方案。中國平安保險和中國工商銀行也先后提出了災(zāi)情評估和理賠的具體應(yīng)用專利設(shè)計。通過遙感數(shù)據(jù)精確測定承保標(biāo)的面積、數(shù)量、位置等信息，從宏觀上輔助了災(zāi)害總體損失情況及空間分布的可靠掌握，為承保風(fēng)險管控提供了有效支撐。

（2）數(shù)字地形模型構(gòu)建能力推動反演精度提升

作為多類遙感數(shù)據(jù)定量化反演工具的構(gòu)建基礎(chǔ)，數(shù)字地形模型（DTM）與分支數(shù)字高程模型（DEM），及其衍生出來的數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）等承載著這個地球地理信息數(shù)字世界的底層形態(tài)框架，在測繪、水文、地貌、工程建設(shè)、通信、軍事等國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，有著關(guān)鍵性的基礎(chǔ)作用，也賦能了衛(wèi)星遙感多元業(yè)務(wù)的數(shù)字化成長。對于數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)的研究，前期主要由美國在支撐，其中對領(lǐng)域內(nèi)影響較大的專利技術(shù)，為美國DIGIMARC公司在專利US20020124171A1 中公開的對衛(wèi)星等空天遙感圖像的實(shí)時管理及基于最新數(shù)據(jù)對數(shù)字高程模型和地圖進(jìn)行實(shí)時更新的創(chuàng)新方案。該專利中涉及的跟蹤用水印技術(shù)自首次提出后，被DIGIMARC公司在全球各國先后進(jìn)行了千余項(xiàng)的同族布局，也歷經(jīng)了多次技術(shù)許可。

近年來，關(guān)于數(shù)字地形模型構(gòu)建的創(chuàng)新方案主要來源于中國。美國雖整體專利量不再突出，但其EAGLE 科技公司的專利產(chǎn)出較為亮眼。該公司致力于使用深度學(xué)習(xí)、語義檢測、深度預(yù)測、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化手段在3D 地理空間模型中執(zhí)行檢測和更新的系統(tǒng)。這代表了未來對于數(shù)字地形模型校正與應(yīng)用的一個重要方向，德國航空航天中心（DLR）與華中科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、武漢大學(xué)、北京市遙感信息研究所也在陸續(xù)提出相關(guān)方案。數(shù)字地形模型構(gòu)建的另一個發(fā)展方向是模型數(shù)據(jù)源獲取方式的改進(jìn)，利用無人機(jī)、激光測高儀、激光雷達(dá)、星載干涉SAR 等新的觀測工具已成為業(yè)內(nèi)共識，深圳大學(xué)、中國空間技術(shù)研究院、中國測繪科學(xué)研究院、IBM 公司、德國航空航天中心、首爾大學(xué)、韓國國立山林科學(xué)院等機(jī)構(gòu)均有專利方案涉及到。

2.智能化信息處理技術(shù)領(lǐng)域

在衛(wèi)星遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈中，遙感影像處理環(huán)節(jié)處于承前啟后的重要位置，前端承接衛(wèi)星地面設(shè)施，后端面向農(nóng)林、氣象、自然資源等行業(yè)具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用。故對處理過程中的圖像處理精度和信息提取效率的優(yōu)化和提升，在遙感應(yīng)用過程中顯得尤為重要。本文在智能化信息處理技術(shù)領(lǐng)域中，關(guān)注了技術(shù)分支6 個，分別為噪聲抑制技術(shù)（專利58 項(xiàng)）、特征提取技術(shù)（專利172 項(xiàng)）、目標(biāo)識別技術(shù)（專利384 項(xiàng)）、場景分類技術(shù)（專利291 項(xiàng)）、定標(biāo)校正技術(shù)（專利235 項(xiàng)）和多源影像融合技術(shù)（專利150 項(xiàng)）。

（1）定標(biāo)校正技術(shù)是早期多國關(guān)注重點(diǎn)

早期對智能化信息處理技術(shù)的創(chuàng)新研究主要產(chǎn)自于美國，相關(guān)專利最多的技術(shù)方向是定標(biāo)校正技術(shù)。由于傳感器誤差、物鏡畸變、大氣折光、地球曲率、地球自轉(zhuǎn)、地形起伏等因素導(dǎo)致的綜合影響，遙感原始圖像上地物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特征會發(fā)生形變，必須要先對圖像進(jìn)行校正處理。故在深度學(xué)習(xí)等智能化手段未普及時，各國在定標(biāo)校正技術(shù)上的創(chuàng)新投入更多。針對其技術(shù)關(guān)鍵性，在該技術(shù)上參與創(chuàng)新的重點(diǎn)企業(yè)也極為豐富，法國國家空間研究中心（CNES）、德國航空航天中心、美國軍方、韓國電子通信研究院（ETRI），以及美國的霍尼韋爾公司、洛·馬公司、哈里斯公司均有專利方案陸續(xù)公開。

（2）智能處理助力目標(biāo)識別與場景分類成為近年創(chuàng)新高地

21 世紀(jì)的第一個十年之后，圍繞智能化信息處理的專利申請量開始快速提升，中國專利擁有量也大幅提高。以云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新技術(shù)為遙感圖像處理注入了新的活力，也為解決衛(wèi)星數(shù)據(jù)的大規(guī)模自動處理和智能信息提取提供了多樣化創(chuàng)新手段。該階段，目標(biāo)識別和場景分類兩個技術(shù)方向成為創(chuàng)新重點(diǎn)。目標(biāo)識別技術(shù)上，西安電子科技大學(xué)的創(chuàng)新成果量遠(yuǎn)超其他單位，成為這一方向上的佼佼者；其次，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和中國電子科技集團(tuán)公司第54 研究所是成果相對豐富的創(chuàng)新主體。場景分類技術(shù)上，以武漢大學(xué)和西安電子科技大學(xué)的創(chuàng)新量最為豐富；其次為中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、河海大學(xué)和南京信息工程大學(xué)?？梢钥闯?，以目標(biāo)識別和場景分類為創(chuàng)新代表的衛(wèi)星遙感智能化信息處理技術(shù)，現(xiàn)階段主要的研發(fā)支撐還是國內(nèi)的高等院校。

3.海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域

對地觀測技術(shù)的發(fā)展，造成了遙感數(shù)據(jù)體量的持續(xù)增長，數(shù)據(jù)獲取和更新周期縮短，時效性越來越強(qiáng)，衛(wèi)星遙感已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代。如何有序、高效地存儲管理海量遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遙感信息的快速分享已成為空間信息科學(xué)領(lǐng)域關(guān)心的重點(diǎn)問題；且出于遙感影像數(shù)據(jù)的空間性、多樣性、復(fù)雜性和海量性，使得很難對海量遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲和高效檢索，這也是目前遙感應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的難題。本文在海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中，關(guān)注了2 個技術(shù)分支，分別是傳輸與分發(fā)技術(shù)（專利58 項(xiàng)）和存儲與運(yùn)營技術(shù)（專利130 項(xiàng)）。

（1）信息傳輸與分發(fā)成果主要源自航天科技與中國電科

遙感信息傳輸與分發(fā)是衛(wèi)星遙感信息得以充分利用的重要環(huán)節(jié)。針對數(shù)據(jù)傳輸，相關(guān)單位主要從星地鏈路、數(shù)傳機(jī)制、在軌處理等方面進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)；針對數(shù)據(jù)分發(fā)，則主要從用戶建模、系統(tǒng)建設(shè)、分發(fā)協(xié)調(diào)幾個方面進(jìn)行了性能提升。整體上，創(chuàng)新主體以中國航天科技集團(tuán)有限公司、中國電子科技集團(tuán)有限公司及其下屬院所為主。在軌狀態(tài)下的處理優(yōu)化是近年隨著星上處理器性能提升后逐步出現(xiàn)的新型改進(jìn)思路。中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院在專利CN111309477A 中公開了一種衛(wèi)星在軌數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，支持DSP 計算節(jié)點(diǎn)和FPGA 計算節(jié)點(diǎn)的資源擴(kuò)展，提升了星上處理能力和可靠性，并采用SRIO 高速數(shù)據(jù)接口和SRIO 數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)提高了在軌數(shù)據(jù)處理的擴(kuò)展性和自由度。國防科技大學(xué)在專利CN113542687A中提出了一種視頻衛(wèi)星在軌實(shí)時探測系統(tǒng)及其視頻傳輸方法，通過采用視頻圖像數(shù)據(jù)在軌實(shí)時壓縮、實(shí)時路由數(shù)傳下傳等，為超大數(shù)據(jù)量視頻遙感衛(wèi)星在軌實(shí)時探測提供了解決手段。該類技術(shù)目前還較為稀缺，未來有待提升投入。

（2）數(shù)據(jù)存儲與檢索創(chuàng)新頗受關(guān)注，運(yùn)營專利仍較稀缺

在對遙感數(shù)據(jù)的存儲、檢索與運(yùn)營上，武漢大學(xué)和中國科學(xué)院下屬院所是主要創(chuàng)新主體。相關(guān)專利主要以存儲和檢索為主，數(shù)據(jù)運(yùn)營技術(shù)涉及的專利極少。分布式可擴(kuò)展的存儲體系架構(gòu)是目前解決海量遙感影像數(shù)據(jù)存儲的一種主要解決途徑，主要通過利用分布式的存儲系統(tǒng)滿足海量數(shù)據(jù)的存儲需求，利用可擴(kuò)展的體系架構(gòu)適應(yīng)遙感數(shù)據(jù)量指數(shù)級的動態(tài)增量。近年來，中科星圖、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中電38 所和中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（2019年在中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、遙感與數(shù)字地球研究所、光電研究院的基礎(chǔ)上整合組建）提出的結(jié)合Kubernetes 和Ceph 的遙感數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、基于分布式hbase 存儲的海量遙感數(shù)據(jù)組織管理、基于R tree 索引的優(yōu)化分類樹存儲模型等方案，也均具有一定的技術(shù)代表性。

遙感影像檢索上，降低檢索時所需內(nèi)存、加快檢索速度、提升檢索準(zhǔn)確度是各單位的主要追求目標(biāo)。利用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行特征識別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)再進(jìn)行影像檢索，是武漢大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、華中科技大學(xué)等高校的主流創(chuàng)新方式，如專利CN109086405B 中基于顯著性和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遙感圖像檢索方法、專利CN109960737B 中半監(jiān)督深度對抗自編碼哈希學(xué)習(xí)的遙感影像內(nèi)容檢索方法等。與高校解決方式不同，北京四維新世紀(jì)信息技術(shù)公司、航天宏圖信息技術(shù)公司、中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所等則在基于圖片內(nèi)容切分比對相關(guān)方式上進(jìn)行檢索搜尋，如專利CN107291801A 中基于格網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膯螘r相全覆蓋遙感數(shù)據(jù)檢索方法、專利CN112966164A 中用于海量遙感影像目標(biāo)提取的快速定位方法等，代表了技術(shù)創(chuàng)新中的另一個關(guān)鍵方向。

四、創(chuàng)新產(chǎn)出地域分布與中外技術(shù)投入對比

根據(jù)專利優(yōu)先權(quán)國家對專利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，可以了解衛(wèi)星遙感應(yīng)用相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)出區(qū)域分布情況，以了解各國的技術(shù)研發(fā)能力和創(chuàng)新水平分布。如表1 可以看出，本文檢索出的2816 項(xiàng)衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專利主要來自于中國、美國、日本和韓國。

表1 衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)專利申請來源國分布情況

1.主要專利來源國申請量分布

衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專利最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)八十年代，前期創(chuàng)新以美國產(chǎn)出為主。到21 世紀(jì)初的十年間，日本開始發(fā)力，專利申請量有了較大提升，中國則在中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的帶領(lǐng)下，創(chuàng)新成果量逐步超越了日本。自2010 年后的近十來年，由于我國的大力扶持和投入，國內(nèi)衛(wèi)星應(yīng)用研究機(jī)構(gòu)的研制能力逐步提高，加之于國內(nèi)對創(chuàng)新保護(hù)意識的不斷增強(qiáng)，聯(lián)合促使了我國相關(guān)專利申請量持續(xù)快速上升，逐步成為了衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域中全球?qū)＠暾埖淖畲髞碓磭?。在這期間，美國專利申請量雖也有增長，但增長幅度已較中國差距較大。

2.中外技術(shù)構(gòu)成分析

中國的創(chuàng)新研究中，針對定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)中的農(nóng)業(yè)管理技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)中的目標(biāo)識別技術(shù)最為重視，專利申請量最豐富（圖2）。其次，中國也較為重視定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)中的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)、災(zāi)害評估技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)中的場景分類技術(shù)、定標(biāo)校正技術(shù)。另外，中國機(jī)構(gòu)對于海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)的研究近年也有較大幅度的提升，具體細(xì)分方向上有著明顯的重存儲、輕分發(fā)的態(tài)勢。

圖2 中國專利在各分支申請量分布

國外的創(chuàng)新研究中，對定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)中的農(nóng)業(yè)管理技術(shù)最為關(guān)注，專利申請量遠(yuǎn)超其他各細(xì)分方向，其中美國、印度和日本在該方向上均成果相對突出（圖3）。其次，國外機(jī)構(gòu)也較為重視定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)中的數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)、災(zāi)害評估技術(shù)，以及智能化信息處理技術(shù)中的定標(biāo)校正技術(shù)。

圖3 國外專利在各分支申請量分布

由以上兩組的信息對比，可看出國內(nèi)外在衛(wèi)星遙感應(yīng)用上的關(guān)注重點(diǎn)有較大區(qū)別。中國重視環(huán)境監(jiān)測、目標(biāo)識別，而國外更加重視數(shù)字地形模型構(gòu)建和災(zāi)害評估。相同的是，國內(nèi)外均關(guān)注農(nóng)業(yè)管理的發(fā)展，也都愿意在定標(biāo)校正上進(jìn)行投入。

3.重點(diǎn)技術(shù)方向上的中外發(fā)展分析

數(shù)字地形模型，尤其是其中的數(shù)字高程模型，已開始在地學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，長期受到國外機(jī)構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注。作為一種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更作為一種數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用方法，數(shù)字地形模型已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)的一個重要組成部分。中國相關(guān)專利中，關(guān)于利用遙感影像進(jìn)行模型構(gòu)建的創(chuàng)新較為豐富，南京大學(xué)、武漢大學(xué)、長光衛(wèi)星技術(shù)公司、自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心的相關(guān)專利均為構(gòu)建或處理方案。其中，對于數(shù)字高程模型和數(shù)字表面模型的研制方法最多，對高分辨率和高精度模型的追求是產(chǎn)品研發(fā)的重點(diǎn)，使用星載干涉SAR 和激光雷達(dá)是近年的熱點(diǎn)手段。圖4 為中國數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專利關(guān)鍵詞云。

圖4 中國數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專利關(guān)鍵詞云

國外相關(guān)專利中，對數(shù)字高程模型的研制也是重點(diǎn)，方法上國外更關(guān)注系統(tǒng)中處理器和數(shù)據(jù)庫的使用與維護(hù)。對生成后數(shù)字地形模型的更新與修復(fù)也是國外創(chuàng)新的重要著力點(diǎn)。在3D 地理空間模型中采用人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)手段是近年國外集中出現(xiàn)的新熱點(diǎn)，也代表了未來對于數(shù)字地形模型校正與應(yīng)用的一個重要方向?；谠诒磉_(dá)地面形態(tài)方面無可比擬的優(yōu)越性，國外創(chuàng)新主體的參與數(shù)量與研究熱情，均體現(xiàn)出了數(shù)字地形模型及其衍生產(chǎn)品在線路勘測設(shè)計、工程規(guī)劃選址、城市規(guī)劃和土地利用等方面的需求顯著。圖5 為國外數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專利關(guān)鍵詞云。

圖5 國外數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專利關(guān)鍵詞云

五、專利分析結(jié)論

1.中國專利體量優(yōu)勢明顯，創(chuàng)新新興方向與市場緊密貼合

衛(wèi)星遙感應(yīng)用相關(guān)研究中，前期創(chuàng)新以美國技術(shù)為主，2010 年后中國在中國科學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的帶領(lǐng)下，專利申請量出現(xiàn)了快速提升。隨著政府性商業(yè)遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和深度的不斷擴(kuò)大，及多顆高分衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用，促使了國內(nèi)對衛(wèi)星遙感創(chuàng)新研究的大爆發(fā)。至今，中國已成為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新成果最為豐富的國家，占全球?qū)＠暾埧偭康?4%。

衛(wèi)星對地觀測與云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、人工智能的緊密結(jié)合，極大豐富了業(yè)務(wù)應(yīng)用和服務(wù)領(lǐng)域。遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)正在從圖像售賣轉(zhuǎn)向分析判讀和觀測數(shù)據(jù)處理與分析等業(yè)務(wù)，下游信息產(chǎn)品、處理服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)已展現(xiàn)了較大的發(fā)展空間，并演變成近年新興的專利技術(shù)方向。衛(wèi)星遙感應(yīng)用能力與范圍的拓展，與全球企業(yè)對數(shù)據(jù)處理技術(shù)的創(chuàng)新投入呈共促進(jìn)、同發(fā)展趨勢。

2.國內(nèi)外遙感數(shù)據(jù)積極服務(wù)農(nóng)業(yè)與環(huán)境應(yīng)用

定量化數(shù)據(jù)反演技術(shù)中，農(nóng)業(yè)管理相關(guān)專利量最豐富，且長期保持高創(chuàng)新投入狀態(tài)，共有專利523 項(xiàng)。近年，針對成本估算、保險定損等的農(nóng)業(yè)金融管理，成為衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在國內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的新應(yīng)用熱點(diǎn)。同時，環(huán)境監(jiān)測技術(shù)隨著地表、大氣觀測系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法的日趨成熟，也成為近年研究活躍方向，共有專利250 項(xiàng)。中國科學(xué)院等單位在遙感應(yīng)用上布局廣泛，除了自有技術(shù)積累外，還成立了農(nóng)業(yè)遙感服務(wù)商中科光啟、支持中科星圖并購了專業(yè)氣象公司，綜合強(qiáng)化農(nóng)業(yè)、環(huán)境、氣象、海洋相關(guān)業(yè)務(wù)服務(wù)能力。

3.識別與分類處理技術(shù)快速發(fā)展，多源融合有待投入

智能化信息處理上，依托于機(jī)器學(xué)習(xí)的目標(biāo)識別技術(shù)和場景分類技術(shù)相關(guān)專利申請量提升最為顯著，分別有專利384 項(xiàng)和291 項(xiàng)，其主要研發(fā)支撐是西安電子科技大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、武漢大學(xué)等國內(nèi)高校。但在空天地協(xié)同觀測、大場景高“時-空-譜”無縫觀測等需求盛行的當(dāng)下，國內(nèi)外對遙感數(shù)據(jù)中的多源影像融合研究明顯不足，僅產(chǎn)生專利150 項(xiàng)，有待于進(jìn)一步加大研發(fā)。

4.數(shù)據(jù)平臺建設(shè)技術(shù)門檻高，專利總量尚在低位

在海量數(shù)據(jù)處理平臺設(shè)計和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，中國航天科技集團(tuán)有限公司、中國電子科技集團(tuán)有限公司及其下屬院所的專利產(chǎn)量明顯突出。針對數(shù)據(jù)傳輸，專利顯示主要從星地鏈路、數(shù)傳機(jī)制、在軌處理等方面進(jìn)行改進(jìn)；針對數(shù)據(jù)分發(fā)，則主要從用戶建模、系統(tǒng)建設(shè)、分發(fā)協(xié)調(diào)幾個方面進(jìn)行性能提升。圍繞對遙感數(shù)據(jù)的存儲、檢索與運(yùn)營，專利成果主要產(chǎn)出在近五年，因技術(shù)門檻較高，專利總量還相對低位，其中涉及存儲和檢索的專利居多，涉及數(shù)據(jù)運(yùn)營的創(chuàng)新極少。

六、啟示與建議

1.乘環(huán)保與“雙碳”大力發(fā)展之勢，增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用能力

基于遙感的環(huán)境監(jiān)測已成為近年國內(nèi)專利布局重點(diǎn)。國家層面現(xiàn)高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)，衛(wèi)星遙感服務(wù)落地場景巨大而豐富。生態(tài)環(huán)境部下發(fā)《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃綱要（2020-2035）》，在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測方面對衛(wèi)星遙感提出了非常細(xì)致的要求。同期“碳中和、碳達(dá)峰”相關(guān)政策頒布，遙感技術(shù)再次被重點(diǎn)聚焦。中國科學(xué)院作為國內(nèi)遙感應(yīng)用產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍機(jī)構(gòu)，旗下企業(yè)已開始瞄準(zhǔn)“雙碳”市場積極投資并購，發(fā)展相關(guān)業(yè)務(wù)。借此大力發(fā)展之勢，相關(guān)企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)投入該類應(yīng)用方向解決方案，在現(xiàn)代化生態(tài)監(jiān)管體系與碳排碳匯空間遙感監(jiān)測體系建設(shè)中大力提升相關(guān)應(yīng)用服務(wù)能力。

2.強(qiáng)化地理模型全鏈條建設(shè)能力，高效服務(wù)數(shù)字中國描繪

國外機(jī)構(gòu)重視數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)的創(chuàng)新，專利占比相對較高。高精度DEM 是建立地理模型、實(shí)現(xiàn)實(shí)景三維的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，衛(wèi)星遙感作為獲取全球DEM 數(shù)據(jù)的主要手段，基于合成孔徑雷達(dá)、雷達(dá)測高、激光測高均是關(guān)鍵獲取方式，國內(nèi)外已做了一定量的研究。國內(nèi)部分單位針對新型載荷特點(diǎn)和應(yīng)用前景，已對星載干涉SAR 和激光雷達(dá)等新型載荷的定標(biāo)和基于DEM 衍生的定量化產(chǎn)品進(jìn)行了深入研發(fā)。建議相關(guān)企業(yè)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大關(guān)注，在國內(nèi)尚無成熟DEM 產(chǎn)品，基于國產(chǎn)測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取數(shù)字地面模型的研究還較為鮮見的形勢下，推動基于新型載荷的高精度DEM 生產(chǎn)系統(tǒng)及派生產(chǎn)品的全鏈條生產(chǎn)能力，早日在國土、林業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測、精確定位等方面得到應(yīng)用推廣。

3.增強(qiáng)遙感數(shù)據(jù)處理平臺系統(tǒng)服務(wù)與生產(chǎn)效能

遙感數(shù)據(jù)處理平臺因構(gòu)建技術(shù)門檻高，專利產(chǎn)量持續(xù)低位。近年航天、航空、臨近空間等多遙感平臺不斷增加，數(shù)據(jù)的空間、時間、光譜分辨率不斷提高，遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)越來越具有大數(shù)據(jù)特征?，F(xiàn)階段國內(nèi)面向市場的產(chǎn)品體系設(shè)計還不足，產(chǎn)品數(shù)量還較少，研發(fā)投入有待于進(jìn)一步提升。后續(xù)建議在平臺架構(gòu)、組織機(jī)制、分發(fā)模型、檢索算法等方面繼續(xù)改進(jìn)鉆研，增強(qiáng)系統(tǒng)可拓展性和多類型應(yīng)用的適應(yīng)性，以更好地服務(wù)國內(nèi)自然資源、環(huán)保、應(yīng)急等領(lǐng)域的需求。并在后續(xù)通過核心產(chǎn)品及時保護(hù)和批量化生產(chǎn)能力的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)國外市場融入與開拓。