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李德仁院士:天地互联网的智能遥感卫星
作者:向鹏 发表时间:2023年09月28日
 

2023820~22日,第二十二届中国遥感大会在江苏常州举行。来自全国遥感科技界近2000名专家学者、行业人士出席了此次大会。大会以全 球变化与区域响应为主题,会议期间进行了开幕式、高分专项应用交流、第十一届中国青年遥感辩论会、空天信息产业发展等18个论坛、学术论文交流以及展览展示等活动。


大会首次签订了长三角遥感数据共享合作协议,长三角地区由此成为我国第一个区域性遥感数据开放共享的地区。大会打造了全国遥感领域集学术交流、技术展览、成果推广于一体的权威平台,极大促进了我国遥感事业和空间信息产业发展,为助力经济和社会发展提供了新动能。


中国科学院院士、中国工程院院士李德仁在会上作了“天地互联的智能遥感卫星”主旨报告。他指出,当前全球低轨星座的竞争非常激烈,结合习近平总书记“必须推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展”的指示部署,应充分抓应用、促发展,按照“体现国家意志,实现国家使命,代表国家水平”的定位,产出一批原创性、战略性、集成性成果,将我国从航天大国发展为航天强国。建设天基信息实时服务系统PNTRC(定位、导航、授时、遥感、通信),通过天基卫星一星多用、多星组网,实现天地网络的多网融合、实现智能信息服务,是我国航天事业做大做强,推进大众化应用的迫切需求。


「我国空间基础设施的建设现状与问题」


目前,我国空间基础设施发展已基本建成完整配套的航天工业体系,卫星研制与发射能力步入世界先进行列,资源、海洋、气象、环境减灾等遥感卫星已具备一定的业务化服务能力,固定通信广播等卫星通信基本保障体系已建成,北斗卫星导航系统已提供区域服务,卫星应用成为国家创新管理、保护资源环境、提升减灾能力、提供普遍信息服务及培育新兴产业不可或缺的手段。


“过去10年,我国遥感卫星已经实现了从的跨越式发展,逐步实现了业务化、商业化和国际出口,李德仁院士说,我国正积极推进空间基础设施建设,这是从航天大国迈向航天强国的必要条件。如何从航天大国走向航天强国?当前还面临一系列问题。现有的遥感、导航、通信卫星系统各成体系、军民孤立、信息分离、服务滞后。遥感卫星需要过境或通过中继卫星向地面站下传数据,无星间链路和组网,数据下传瓶颈严重制约信息获取效率;北斗导航卫星具有短报文通信能力,但不具备宽带数据传输能力;通信卫星尚无自主的业务化卫星移动通信系统,对遥感、导航等天基信息的传输保障能力受限;且在服务模式方面主要面向专业用户,尚未服务大众。”


李德仁强调,一是需要研究如何一星多用、多星组网、天地互连、多网融合,让系统联通起来;二是需要研究统一基准、关联表征、数据挖掘、知识发现,实现时空融合 ;三是需要研究星地协同、组网传输、智能处理、按需服务,让服务畅通。


“到目前为止,全世界尚没有一个国家形成共识要发展类似PNTRC的智能通导遥一体化天基信息实时服务系统,这是我国抢占国际竞争制高点的重大机遇。基于当前现状,亟需按照钱学森系统工程的思想建设通导遥一体化天基信息实时服务系统(PNTRC),引进人工智能、云计算等新技术,推动空间信息从现在的专业应用走向军民应用和大众服务,让老百姓的手机也能实现全球无缝高速通信、能使用实时遥感图像、实现最好的定位精度。李德仁说。


此外,他还强调要注重商业遥感卫星发展:一是要明确定位,将商业遥感卫星定位为遥感卫星系统的重要补充,形成B2BB2GB2C的完整遥感信息快准灵信息服务系统;二是要遵循商业化运营法则,以保障可持续发展;三是要坚持 独立自主创新原则,实现一星多用、多星组网、天地融合、智能服务 ;四是要在铆定专业用户的同时开拓大众用户;五是要在抓好国内市场的同时开拓国际市场,为全球七十二亿人提供服务,创造万亿元以上的高新技术产业。


「聚焦珞珈系列科学卫星」

地球空间信息国家协同创新中心先后策划了洛珈一号、珞珈二号、珞珈三号等系列卫星,主要验证通导遥一体化智能遥感卫星技术。


201862日,珞珈一号01星在酒泉卫星发射场成功上天,是当年的中国遥感十大事件之一。珞珈一号是全球首颗专业夜光遥感卫星,由武汉大学领衔,联合长光卫星技术有限公司研制。这是武汉大学珞珈一号科学试验卫星工程的第一颗卫星,主要用于试验验证国内处于空白的夜光遥感技术和国家急需的低轨卫星导航增强等技术,通过夜光遥感技术获取了5900多幅影像,向3000多个用户提供了免费服务,在地震、森林火灾、难民营救中得到应用,分辨率为130米,理想条件下可在15天内绘制完成全球夜光影像,提供我国及全球GDP指数、碳排放指数、城市住房空置率指数等专题产品,动态监测中国和全球宏观经济运行情况,为政府决策提供客观依据;通过低轨卫星导航增强,解决全球的高精度北斗增强。


2023115日,首颗互联网智能遥感科学实验卫星珞珈三号01星在太原卫星发射场成功升空。这也是为了应对万物互联时代的地球空间信息产业服务需求、将遥感技术从孤立的遥感卫星发展为空天地信息网络的必然趋势。珞珈三号01星是武汉大学联合航天东方红卫星有限公司等单位联合研制的一颗光学智能遥感卫星,具有亚米级多模式彩色成像、星上自主任务规划、在轨开放式智能处理平台以及星地双向通信等功能,总重量约245公斤,星下点空间分辨率达0.7米,可实现视频、推帧和推扫多种成像模式。卫星具备星上开放式在轨处理软硬件平台,通过应用程序APP动态部署开展遥感数据在轨处理与实时传输的科学实验,通过与地面互联网和5G集成,实现用户终端的遥感信息实时智能服务。


珞珈三号01星具备四大核心特点:一是多模。轻小型遥感相机具有高清视频、多角度立体、连续区域成像多种模式成像的特点,可以满足不同应用场景的观测需求;二是智能。突破性地实现了卫星在轨实时处理技术,将传统星下处理分析任务转换到星上,可有效提升卫星服务的智能化和时效性;三是互联。创新性地打通了卫星与手机的双向链路,支持向普通大众提供数据获取端到移动终端的遥感信息实时智 能服务;四是开放。首次提供了开放式的卫星在轨处理算法验证平台,在轨预装了目标检测、变化检测、图像压缩等九款APP,用户可根据不同的任务需求对星上智能APP算法进行灵活地上注、更新与记载。未来,珞珈三号01星还将作为国家自然科学基金委双清一号科学实验卫星平台,向全国科研单位提供开放式卫星在轨实验验证环境;同时面向大众用户提供基于手机APP的智能遥感服务,推动卫星遥感从传统的专业数据服务向大众化、智能化和实时化遥感信息服务的技术跨越式发展;该星还将作为烟台东方航天港立项建设的东方慧眼星座工程首颗实验验证卫星,为后续东方慧眼星座工程的建设提供技术支撑。珞珈三号01星遥测和数传则以武汉大学卫星地面站为主,同时兼顾使用境内外其他的地面站,与后续数据处理等能力相结合,形成了完备的卫星数据接收、处理、分发与应用体系。


2023521日,珞珈二号01星在酒泉卫星发射场成功升空。珞珈二号01是全球首颗Ka频段高分辨率SAR(合成孔径雷达)卫星,满足目标识别级的遥感感知的高分辨率等多种探测需求。Ka频段是更接近可见光的高频段,高频Ka频段遥感同时具有光学和微波的优点,细节刻画能力突出,珞珈二号01星最高分辨率能达到0.5米。这是一颗用于科学试验的卫星,将在轨验证多项新模式、新体制雷达成像技术以及其他新技术,其性能指标高,极具先进性和创新性。例如,它可以用多角度三维立体信息获取技术对同一区域进行方位向多角度观测,克服陡峭的山区雷达阴影、叠掩等几何畸变严重制约,有希望成为困难地区测图“数据处理难”问题的有效解决办法;还将利用毫米波SAR卫星开展视频成像的试验验证,全天候对运动目标开展检测和跟踪,实现从拍图片拍视频的跨越;开展低轨卫星信号增强和信息增强联合实验,担当导航卫星的信号放大器。通过珞珈二号01星,无论是水体、沙漠、森林、田地、矿坑、信号塔……在各种场景下,Ka波段的图像信息量都比光学信息量更大、更丰富,更适合目视解析和理解。


「建设东方慧眼星座」

424日是今年的中国航天日,武汉大学在这一天宣布正式启动东方慧眼智能遥感星座项目。李德仁介绍道,“‘东方慧眼星座是武汉大学与烟台市人民政府于202210月签署战略合作协议并共同建设的中国卫星工程项目,计划在2027年到2030年建成全球服务系统,届时整个星座预计有200颗卫星在轨,这些卫星包括光学遥感卫星和雷达卫星。


据悉这200颗卫星的组成,除了珞珈三号01这样的光学遥感卫星,还需要一定数量的雷达卫星。目前,太空只有一颗遥感科学实验卫星——“珞珈三号01,它也是东方慧眼星座的首颗遥感科学实验卫星,发出指令8分钟后,手机就能收到这颗卫星拍摄的视频。不久的将来,几乎每个人的头顶上都会有一颗东方慧眼星座卫星,普通人可以用手机调用头顶的卫星,3-5分钟内就能看到自己想看到的图片或者视频,届时,东方慧眼将帮助普通老百姓实现从人人玩微信到人人玩卫星的跨时代转变。李德仁说。


他强调,在国际形势日益复杂、数字化建设方兴未艾的当下,建设“东方慧眼”智能遥感星座系统具有重要意义。针对当前我国卫星遥感存在“成本高、效率低、不稳定、应用少”等诸多问题,“东方慧眼”智能遥感卫星星座计划通过卫星星座组网观测、全球稳定覆盖 + 超高空间分辨率组合、智能规划与观测、场景需求分析等措施,提高卫星观测效率、时效性和准确度,拓展产业应用范围,实现看得快、看得清、看得准、看得全、看得懂的目标。东方慧眼智能遥感星座建设规模大,可有力推动烟台航天产业发展,全面构建重大配套、星箭制造、海上发射和空间信息服务的航天全产业链生态圈。


(本文未经报告人审核)


李德仁

193912月生于 泰州姜堰溱潼镇,祖籍江苏镇江,中共党员。武汉大学教授、博士生导师,摄影测量与遥感学家。中国当代地球空间信息学的领军人物、3S集成创新的开拓者、 高分辨率对地观测技术的战略科学家。

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