文 | 宋潔瓊 潘麗君 劉鵬飛

1.中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院

2.上海無(wú)線(xiàn)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(chǎng)還主要服務(wù)于軍方和政府領(lǐng)域[1]，隨著越來(lái)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(dòng)遙感衛(wèi)星市場(chǎng)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α，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(shí)，智能技術(shù)與遙感應(yīng)用也開(kāi)始快速融合，大數(shù)據(jù)、海量存儲(chǔ)、高性能計(jì)算、人工智能及云計(jì)算等新一代信息技術(shù)對(duì)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(chǎng)景被打開(kāi)。通過(guò)共享平臺(tái)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(zhuān)利的承載信息，可看出國(guó)內(nèi)外對(duì)數(shù)據(jù)反演類(lèi)型改進(jìn)和數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的專(zhuān)利申請(qǐng)量長(zhǎng)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(duì)處理技術(shù)的創(chuàng)新投入呈共促進(jìn)、同發(fā)展的趨勢(shì)。同時(shí)，在國(guó)際化浪潮與國(guó)內(nèi)政策的持續(xù)推動(dòng)下，中國(guó)也已成為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新主要來(lái)源地。

二、專(zhuān)利數(shù)據(jù)檢索與分析方法

基于廣泛收集的國(guó)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(chǔ)與處理難題，本文重點(diǎn)關(guān)注了針對(duì)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(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用三個(gè)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(shí)別、多源影像融合、數(shù)字地形模型構(gòu)建、氣象預(yù)測(cè)、環(huán)境檢測(cè)、農(nóng)業(yè)管理、傳輸與分發(fā)、存儲(chǔ)與運(yùn)營(yíng)等13 個(gè)技術(shù)分支。通過(guò)對(duì)上述分支相關(guān)的中英文關(guān)鍵詞和IPC分類(lèi)號(hào)的全面收集與匹配，在全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)1980 年至2022 年間各國(guó)創(chuàng)新成果進(jìn)行檢索，共挖掘出技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利2816 項(xiàng)。

其中，專(zhuān)利檢索使用的商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括德溫特專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)和智慧芽專(zhuān)利數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠支持160 余個(gè)國(guó)家和地區(qū)的近2 億條專(zhuān)利數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)檢索。專(zhuān)利分析部分綜合采用客觀定量、主觀定性及語(yǔ)義聚類(lèi)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(bào)、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(guò)呈現(xiàn)出的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和熱點(diǎn)應(yīng)用方向，對(duì)國(guó)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(guò)對(duì)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(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)這三大技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)各個(gè)技術(shù)分支的專(zhuān)利申請(qǐng)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(zhuān)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(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用，各國(guó)均有需求。從技術(shù)發(fā)展的支撐來(lái)看，近年來(lái)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(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理方法也日趨成熟，對(duì)自動(dòng)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(gè)，分別為數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)（專(zhuān)利143 項(xiàng)）、氣象預(yù)測(cè)技術(shù)（專(zhuān)利151 項(xiàng)）、農(nóng)業(yè)管理技術(shù)（專(zhuān)利523 項(xiàng)）、環(huán)境檢測(cè)技術(shù)（專(zhuān)利250項(xiàng)）和災(zāi)害評(píng)估技術(shù)（專(zhuān)利271項(xiàng)）。

（1）農(nóng)業(yè)管理與環(huán)境檢測(cè)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(guó)已經(jīng)開(kāi)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(guò)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(zhuān)利申請(qǐng)量最豐富的應(yīng)用方向。圍繞產(chǎn)量預(yù)測(cè)、品質(zhì)判斷、施肥管理、病蟲(chóng)害診斷、土地使用、農(nóng)企信息服務(wù)等需求，中國(guó)、美國(guó)、印度和日本幾個(gè)專(zhuān)利豐富國(guó)家均進(jìn)行了較多創(chuàng)新。近年，針對(duì)農(nóng)戶(hù)成本估算、受災(zāi)保險(xiǎn)定損、地塊估價(jià)、授信額度確認(rèn)、種植險(xiǎn)承保等的農(nóng)業(yè)金融管理業(yè)務(wù)，開(kāi)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(lèi)專(zhuān)利技術(shù)最早起源于美國(guó)，現(xiàn)今美國(guó)CIBO 科技公司都還在持續(xù)推出基于過(guò)去生長(zhǎng)情況的地塊估價(jià)和基于碳足跡檢測(cè)的地塊管理等應(yīng)用創(chuàng)新。我國(guó)在該方向上也積極嘗試，中國(guó)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(xiǎn)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(xiǎn)定損上提出了幾個(gè)專(zhuān)利方案。中國(guó)平安保險(xiǎn)和中國(guó)工商銀行也先后提出了災(zāi)情評(píng)估和理賠的具體應(yīng)用專(zhuān)利設(shè)計(jì)。通過(guò)遙感數(shù)據(jù)精確測(cè)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(xiǎn)管控提供了有效支撐。

（2）數(shù)字地形模型構(gòu)建能力推動(dòng)反演精度提升

作為多類(lèi)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(lái)的數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字柵格地圖（DRG）等承載著這個(gè)地球地理信息數(shù)字世界的底層形態(tài)框架，在測(cè)繪、水文、地貌、工程建設(shè)、通信、軍事等國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)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(zhǎng)。對(duì)于數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)的研究，前期主要由美國(guó)在支撐，其中對(duì)領(lǐng)域內(nèi)影響較大的專(zhuān)利技術(shù)，為美國(guó)DIGIMARC公司在專(zhuān)利US20020124171A1 中公開(kāi)的對(duì)衛(wèi)星等空天遙感圖像的實(shí)時(shí)管理及基于最新數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)字高程模型和地圖進(jìn)行實(shí)時(shí)更新的創(chuàng)新方案。該專(zhuān)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(guó)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(lái)，關(guān)于數(shù)字地形模型構(gòu)建的創(chuàng)新方案主要來(lái)源于中國(guó)。美國(guó)雖整體專(zhuān)利量不再突出，但其EAGLE 科技公司的專(zhuān)利產(chǎn)出較為亮眼。該公司致力于使用深度學(xué)習(xí)、語(yǔ)義檢測(cè)、深度預(yù)測(cè)、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(cè)和更新的系統(tǒng)。這代表了未來(lái)對(duì)于數(shù)字地形模型校正與應(yīng)用的一個(gè)重要方向，德國(guó)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(gè)發(fā)展方向是模型數(shù)據(jù)源獲取方式的改進(jìn)，利用無(wú)人機(jī)、激光測(cè)高儀、激光雷達(dá)、星載干涉SAR 等新的觀測(cè)工具已成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，深圳大學(xué)、中國(guó)空間技術(shù)研究院、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院、IBM 公司、德國(guó)航空航天中心、首爾大學(xué)、韓國(guó)國(guó)立山林科學(xué)院等機(jī)構(gòu)均有專(zhuān)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(duì)處理過(guò)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(guò)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(gè)，分別為噪聲抑制技術(shù)（專(zhuān)利58 項(xiàng)）、特征提取技術(shù)（專(zhuān)利172 項(xiàng)）、目標(biāo)識(shí)別技術(shù)（專(zhuān)利384 項(xiàng)）、場(chǎng)景分類(lèi)技術(shù)（專(zhuān)利291 項(xiàng)）、定標(biāo)校正技術(shù)（專(zhuān)利235 項(xiàng)）和多源影像融合技術(shù)（專(zhuān)利150 項(xiàng)）。

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

早期對(duì)智能化信息處理技術(shù)的創(chuàng)新研究主要產(chǎn)自于美國(guó)，相關(guān)專(zhuān)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(huì)發(fā)生形變，必須要先對(duì)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(shí)，各國(guó)在定標(biāo)校正技術(shù)上的創(chuàng)新投入更多。針對(duì)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(guó)國(guó)家空間研究中心（CNES）、德國(guó)航空航天中心、美國(guó)軍方、韓國(guó)電子通信研究院（ETRI），以及美國(guó)的霍尼韋爾公司、洛·馬公司、哈里斯公司均有專(zhuān)利方案陸續(xù)公開(kāi)。

（2）智能處理助力目標(biāo)識(shí)別與場(chǎng)景分類(lèi)成為近年創(chuàng)新高地

21 世紀(jì)的第一個(gè)十年之后，圍繞智能化信息處理的專(zhuān)利申請(qǐng)量開(kāi)始快速提升，中國(guó)專(zhuān)利擁有量也大幅提高。以云計(jì)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(dòng)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(shí)別和場(chǎng)景分類(lèi)兩個(gè)技術(shù)方向成為創(chuàng)新重點(diǎn)。目標(biāo)識(shí)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(guó)電子科技集團(tuán)公司第54 研究所是成果相對(duì)豐富的創(chuàng)新主體。場(chǎng)景分類(lèi)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(guó)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(shí)別和場(chǎng)景分類(lèi)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(guó)內(nèi)的高等院校。

3.海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域

對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展，造成了遙感數(shù)據(jù)體量的持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)獲取和更新周期縮短，時(shí)效性越來(lái)越強(qiáng)，衛(wèi)星遙感已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。如何有序、高效地存儲(chǔ)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(wèn)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(duì)海量遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)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(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中，關(guān)注了2 個(gè)技術(shù)分支，分別是傳輸與分發(fā)技術(shù)（專(zhuān)利58 項(xiàng)）和存儲(chǔ)與運(yùn)營(yíng)技術(shù)（專(zhuān)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(guó)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)，則主要從用戶(hù)建模、系統(tǒng)建設(shè)、分發(fā)協(xié)調(diào)幾個(gè)方面進(jìn)行了性能提升。整體上，創(chuàng)新主體以中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)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(guó)科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院在專(zhuān)利CN111309477A 中公開(kāi)了一種衛(wèi)星在軌數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，支持DSP 計(jì)算節(jié)點(diǎn)和FPGA 計(jì)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(guó)防科技大學(xué)在專(zhuān)利CN113542687A中提出了一種視頻衛(wèi)星在軌實(shí)時(shí)探測(cè)系統(tǒng)及其視頻傳輸方法，通過(guò)采用視頻圖像數(shù)據(jù)在軌實(shí)時(shí)壓縮、實(shí)時(shí)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(shí)探測(cè)提供了解決手段。該類(lèi)技術(shù)目前還較為稀缺，未來(lái)有待提升投入。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與檢索創(chuàng)新頗受關(guān)注，運(yùn)營(yíng)專(zhuān)利仍較稀缺

在對(duì)遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索與運(yùn)營(yíng)上，武漢大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院下屬院所是主要?jiǎng)?chuàng)新主體。相關(guān)專(zhuān)利主要以存儲(chǔ)和檢索為主，數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)技術(shù)涉及的專(zhuān)利極少。分布式可擴(kuò)展的存儲(chǔ)體系架構(gòu)是目前解決海量遙感影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的一種主要解決途徑，主要通過(guò)利用分布式的存儲(chǔ)系統(tǒng)滿(mǎn)足海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(jí)的動(dòng)態(tài)增量。近年來(lái)，中科星圖、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中電38 所和中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（2019年在中國(guó)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(chǔ)系統(tǒng)、基于分布式hbase 存儲(chǔ)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(lèi)樹(shù)存儲(chǔ)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(shí)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(shí)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(zhuān)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(zhuān)利CN109960737B 中半監(jiān)督深度對(duì)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(guó)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(duì)相關(guān)方式上進(jìn)行檢索搜尋，如專(zhuān)利CN107291801A 中基于格網(wǎng)補(bǔ)償?shù)膯螘r(shí)相全覆蓋遙感數(shù)據(jù)檢索方法、專(zhuān)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(gè)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(duì)比

根據(jù)專(zhuān)利優(yōu)先權(quán)國(guó)家對(duì)專(zhuān)利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(guó)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(zhuān)利主要來(lái)自于中國(guó)、美國(guó)、日本和韓國(guó)。

表1 衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)來(lái)源國(guó)分布情況

1.主要專(zhuān)利來(lái)源國(guó)申請(qǐng)量分布

衛(wèi)星遙感應(yīng)用技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)八十年代，前期創(chuàng)新以美國(guó)產(chǎn)出為主。到21 世紀(jì)初的十年間，日本開(kāi)始發(fā)力，專(zhuān)利申請(qǐng)量有了較大提升，中國(guó)則在中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)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(lái)年，由于我國(guó)的大力扶持和投入，國(guó)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(guó)內(nèi)對(duì)創(chuàng)新保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，聯(lián)合促使了我國(guó)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)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?qǐng)的最大來(lái)源國(guó)。在這期間，美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量雖也有增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度已較中國(guó)差距較大。

2.中外技術(shù)構(gòu)成分析

中國(guó)的創(chuàng)新研究中，針對(duì)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(shí)別技術(shù)最為重視，專(zhuān)利申請(qǐng)量最豐富（圖2）。其次，中國(guó)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(cè)技術(shù)、災(zāi)害評(píng)估技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)中的場(chǎng)景分類(lèi)技術(shù)、定標(biāo)校正技術(shù)。另外，中國(guó)機(jī)構(gòu)對(duì)于海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)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(chǔ)、輕分發(fā)的態(tài)勢(shì)。

圖2 中國(guó)專(zhuān)利在各分支申請(qǐng)量分布

國(guó)外的創(chuàng)新研究中，對(duì)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(zhuān)利申請(qǐng)量遠(yuǎn)超其他各細(xì)分方向，其中美國(guó)、印度和日本在該方向上均成果相對(duì)突出（圖3）。其次，國(guó)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(píng)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(guó)外專(zhuān)利在各分支申請(qǐng)量分布

由以上兩組的信息對(duì)比，可看出國(guó)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(guó)重視環(huán)境監(jiān)測(cè)、目標(biāo)識(shí)別，而國(guó)外更加重視數(shù)字地形模型構(gòu)建和災(zāi)害評(píng)估。相同的是，國(guó)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(kāi)始在地學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，長(zhǎng)期受到國(guó)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(gè)重要組成部分。中國(guó)相關(guān)專(zhuān)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(zhǎng)光衛(wèi)星技術(shù)公司、自然資源部國(guó)土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心的相關(guān)專(zhuān)利均為構(gòu)建或處理方案。其中，對(duì)于數(shù)字高程模型和數(shù)字表面模型的研制方法最多，對(duì)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(guó)數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利關(guān)鍵詞云。

圖4 中國(guó)數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利關(guān)鍵詞云

國(guó)外相關(guān)專(zhuān)利中，對(duì)數(shù)字高程模型的研制也是重點(diǎn)，方法上國(guó)外更關(guān)注系統(tǒng)中處理器和數(shù)據(jù)庫(kù)的使用與維護(hù)。對(duì)生成后數(shù)字地形模型的更新與修復(fù)也是國(guó)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(guó)外集中出現(xiàn)的新熱點(diǎn)，也代表了未來(lái)對(duì)于數(shù)字地形模型校正與應(yīng)用的一個(gè)重要方向?；谠诒磉_(dá)地面形態(tài)方面無(wú)可比擬的優(yōu)越性，國(guó)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(xiàn)路勘測(cè)設(shè)計(jì)、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(guó)外數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利關(guān)鍵詞云。

圖5 國(guó)外數(shù)字地形模型構(gòu)建技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利關(guān)鍵詞云

五、專(zhuān)利分析結(jié)論

1.中國(guó)專(zhuān)利體量?jī)?yōu)勢(shì)明顯，創(chuàng)新新興方向與市場(chǎng)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(guó)技術(shù)為主，2010 年后中國(guó)在中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的帶領(lǐng)下，專(zhuān)利申請(qǐng)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(guó)內(nèi)對(duì)衛(wèi)星遙感創(chuàng)新研究的大爆發(fā)。至今，中國(guó)已成為相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)創(chuàng)新成果最為豐富的國(guó)家，占全球?qū)＠暾?qǐng)總量的74%。

衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)與云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)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(mài)轉(zhuǎn)向分析判讀和觀測(cè)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(zhuān)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(duì)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(shì)。

2.國(guó)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(zhuān)利量最豐富，且長(zhǎng)期保持高創(chuàng)新投入狀態(tài)，共有專(zhuān)利523 項(xiàng)。近年，針對(duì)成本估算、保險(xiǎn)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(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的新應(yīng)用熱點(diǎn)。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)隨著地表、大氣觀測(cè)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(zhuān)利250 項(xiàng)。中國(guó)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(gòu)了專(zhuān)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(shí)別與分類(lèi)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(shí)別技術(shù)和場(chǎng)景分類(lèi)技術(shù)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)量提升最為顯著，分別有專(zhuān)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(guó)內(nèi)高校。但在空天地協(xié)同觀測(cè)、大場(chǎng)景高“時(shí)-空-譜”無(wú)縫觀測(cè)等需求盛行的當(dāng)下，國(guó)內(nèi)外對(duì)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(zhuān)利150 項(xiàng)，有待于進(jìn)一步加大研發(fā)。

4.數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)技術(shù)門(mén)檻高，專(zhuān)利總量尚在低位

在海量數(shù)據(jù)處理平臺(tái)設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司、中國(guó)電子科技集團(tuán)有限公司及其下屬院所的專(zhuān)利產(chǎn)量明顯突出。針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸，專(zhuān)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(duì)數(shù)據(jù)分發(fā)，則主要從用戶(hù)建模、系統(tǒng)建設(shè)、分發(fā)協(xié)調(diào)幾個(gè)方面進(jìn)行性能提升。圍繞對(duì)遙感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索與運(yùn)營(yíng)，專(zhuān)利成果主要產(chǎn)出在近五年，因技術(shù)門(mén)檻較高，專(zhuān)利總量還相對(duì)低位，其中涉及存儲(chǔ)和檢索的專(zhuān)利居多，涉及數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)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(shì)，增強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用能力

基于遙感的環(huán)境監(jiān)測(cè)已成為近年國(guó)內(nèi)專(zhuān)利布局重點(diǎn)。國(guó)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(chǎng)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(cè)規(guī)劃綱要（2020-2035）》，在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面對(duì)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(guó)科學(xué)院作為國(guó)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(kāi)始瞄準(zhǔn)“雙碳”市場(chǎng)積極投資并購(gòu)，發(fā)展相關(guān)業(yè)務(wù)。借此大力發(fā)展之勢(shì)，相關(guān)企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)投入該類(lèi)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(cè)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(guó)描繪

國(guó)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(zhuān)利占比相對(duì)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(cè)高、激光測(cè)高均是關(guān)鍵獲取方式，國(guó)內(nèi)外已做了一定量的研究。國(guó)內(nèi)部分單位針對(duì)新型載荷特點(diǎn)和應(yīng)用前景，已對(duì)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(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟DEM 產(chǎn)品，基于國(guó)產(chǎn)測(cè)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(jiàn)的形勢(shì)下，推動(dòng)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(guó)土、林業(yè)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、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(tái)系統(tǒng)服務(wù)與生產(chǎn)效能

遙感數(shù)據(jù)處理平臺(tái)因構(gòu)建技術(shù)門(mén)檻高，專(zhuān)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(tái)不斷增加，數(shù)據(jù)的空間、時(shí)間、光譜分辨率不斷提高，遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)越來(lái)越具有大數(shù)據(jù)特征?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)面向市場(chǎng)的產(chǎn)品體系設(shè)計(jì)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(tái)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(lèi)型應(yīng)用的適應(yīng)性，以更好地服務(wù)國(guó)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(guò)核心產(chǎn)品及時(shí)保護(hù)和批量化生產(chǎn)能力的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)國(guó)外市場(chǎng)融入與開(kāi)拓。