重磅综述！李德仁等：中国对地观测系统的使命、愿景与应用

摘要

中国的遥感对地观测技术发展起源于20世纪70年代。经过五十年的不懈努力，已经建成较完善的对地观测体系，能够有效推动国家经济发展、保障国家安全、推进联合国可持续性发展目标（SDGs）实现。本文概述了中国对地观测系统的发展历程，还将探讨其在技术创新和应用拓展方面的最新进展，以及未来发展趋势。

Introduction /

1970年4月24日，中国成功发射首颗卫星东方红一号，成为继苏联、美国、法国和日本之后第五个将卫星送入太空的国家。五年后，中国成功研发并发射了首颗返回式遥感卫星，开启了国内遥感对地观测的先河。经过五十年的不懈努力，中国已成功研发并发射超过200颗遥感卫星，实现了从胶片成像到光电成像、从科学试验模式到业务运行模式、从单一模式成像到多模式成像的巨大飞跃。形成了陆地、海洋、气象观测三大卫星遥感系统，涵盖资源、高分、气象、测绘、商业、环境等系列星座。中国地球观测系统在各领域的广泛应用表明，它在促进社会发展和实现可持续发展目标（SDGs）方面发挥了关键作用。

中国对地观测系统倡导和平利用外层空间，秉承和平与合作利用空间资源的原则，致力于将空间资源转化为全球共享的福祉；提高中国的科技创新能力，推动遥感技术及相关领域的进步；通过为农业、城市规划等多个领域提供有价值的数据，为国家经济和社会发展做出贡献。此外，通过与全球各国的紧密合作，中国对地观测系统在气候变化、灾害管理、资源保护等全球性挑战中发挥着积极作用，为实现联合国可持续发展目标而努力。

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Development of China’s EO System /

详细介绍了气象、海洋、资源、高分、环境、商业6类卫星的技术特点、数据服务和应用实例：

1. 气象卫星：综述了风云系列气象卫星的发展现状及技术特点，以及介绍中国空间辐射基准建设、风云系列卫星在世界气象组织空间计划、数值预报中发挥的重要作用。

2. 海洋卫星: 综述了海洋系列卫星的发展现状及数据服务，包括自主海洋卫星高质量、高时空分辨率海面高度、海面风场和海表温度等融合产品。

3. 资源卫星：综述了资源系列卫星发展现状与应用实例，包括基于资源三号卫星的全球1:50000无地面控制测图、以及结合激光提升测图精度。

4. 高分卫星：综述了高分系列卫星发展现状与应用实例，重点介绍了基于高分三号卫星影像制作的全球雷达正射影像一张图、全国地表形变一张图，并回顾展望了分析就绪数据（Analysis Ready Data, ARD）在高分卫星的应用和前景。

5. 环境卫星：综述了环境系列星座、大气环境监测卫星、句芒卫星、可持续发展科学卫星1号SDGSAT-1等卫星。这些卫星的成功应用证明了中国秉承“绿水青山就是金山银山”的现代化发展理念，为实现联合国可持续发展目标不懈奋斗。

6. 商业卫星：简介了吉林一号、高景系列、北京二号、珠海一号等商业卫星星座。

表2 FY-3E卫星载荷

图1 FY-3D卫星数据生成逐日植被产品

表3 海洋卫星在轨情况（截至2023年9月26日）

图2 海洋卫星产品（图源国家卫星海洋应用中心）

表4 资源三号光学联合平差精度对比

图3 高分系列卫星发射时间轴

表5 高分七号结合激光测高数据精度对比

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Applications of China’s EO System /

五十年来，中国对地观测系统累积了大量遥感数据，广泛应用于资源管理、生态环境监测、农业监测和灾害应急响应等领域。介绍了中国对地观测数据的一些应用案例。

1、自然资源制图： 米级自然资源制图、中国土壤光谱库等。

2、农业监测：作物制图、全国大棚制图等。

3、全球土地利用/覆盖制图: 大规模国产卫星数据集GID，“一带一路“地区土地覆盖制图等。

4、灾害应急：珞珈三号卫星支持联合国地震评估，河南省特大洪涝灾情检测、森林火点在轨智能检测等。

5、集成应用：遥感专用深度学习框架LuoJiaNET、大规模遥感影像样本库LuoJiaSET等。

图4 全国大棚制图

图5 湖北及“一带一路”土地覆盖制图

图6 国产卫星土地利用制图数据集GID

图7 珞珈三号支持联合国救灾

图8 河南省洪涝灾情评估

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Future trends of China’s EO development /

1. 从对地观测卫星到对地观测脑

为了提供实时、高质量、高可靠性的空间信息，中国对地观测系统将发展为类脑智能感知的新时代，形成对地观测脑EOB（Earth Observation Brain）。EOB是集测量、定标、目标感知、认知为一体的，模拟人脑感知和认知过程的实时智能对地观测系统，利用了在轨图像处理和星地协同计算等技术，为用户提供天基空间信息网络服务。在未来，对地观测脑可以感知到什么时间、什么地点、什么对象发生了什么变化，并将这一正确信息在正确的时间、正确的地点推送给正确的人(4R service)。为推动实现EOB， 由武汉大学牵头研制的互联网智能遥感科学实验卫星“珞珈三号01星”已顺利完成智能化在轨数据处理、高效率数据压缩传输、分钟级全流程信息服务等在轨科学实验，实现了遥感信息服务时间从数小时缩短至8分钟的突破。此外，珞珈三号01星首次提供了开放式的卫星算法平台，使卫星更加智能化，为地球空间信息的实时智能服务提供保障。

2. 天基信息实时智能服务PNTRC

PNTRC是多星协同、多网互联的下一代天基信息系统，集成定位（Positioning）、导航（Navigation）、授时（Timing）、遥感（Remote sensing）和通信（Communication）功能，在全球范围内提供快速、准确、灵活的天基信息综合服务。PNTRC将由数百颗具有遥感和导航增强功能的低轨道高分辨率光学和雷达小卫星组成天基网，与高分辨率遥感、导航、通信卫星在轨网络协同工作，在天基大数据、云计算、人工智能和第五代移动通信(5G)技术的共同支撑下，为用户提供从卫星到终端的精准、智能、实时的天基信息服务。

珞珈一号配备了导航增强载荷，首次实现了低轨卫星平台的导航信号增强，验证了低轨导航增强的有效性；珞珈二号是世界上第一颗ka波段高分辨率SAR卫星，开展了全球首个低轨卫星信号信息增联合实验，探索和验证实现全球无缝、即时高精度定位服务的关键技术；珞珈三号是中国首颗互联网智能遥感卫星，将卫星与5G移动通信相结合，实现从遥感数据到手机的全球分钟级智能服务，为实现PNTRC迈出了里程碑式的一步。

为了推进中国PNTRC卫星巨型星座的建设，由武汉大学牵头的 “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，将遥感应用从专业用户和政府用户推广到全球大众用户，包括B2B、B2G、B2C。

“东方慧眼”智能遥感星座业务首发星“东方慧眼高分01星”于2024年2月3日成功发射。该卫星搭载了全自主化在轨智能处理终端，集成了北斗短报文和星间实时传输终端，独特设计了ROI标准影像在轨实时生成与分析功能，能够把用户关心区域影像进行在轨实时生成、实时传输，有效提升用户获取遥感信息的速度和效率，极大扩展在轨智能处理的应用领域。

3. 深空探测

基于遥感的制图、定位、导航技术已经在火星、探月探测等任务中证明了有效性，并将在未来的中国深空探测中发挥更重要的作用。

图9 SAR波段对比

图10 珞珈二号01星影像对比（a）谷歌影像（b-e）

珞珈二号01星影像

图11 珞珈三号01星实时智能服务示意图

表6 东方慧眼星座和部分国际主流星座对比

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Conclusion /

中国对地观测系统的设计在参考借鉴了国际其他主流观测系统的设计经验的基础上，进一步考虑了中国地形复杂、人地关系矛盾、自然灾害频发等实际情况。近年来，中国对地观测系统卫星的数量、质量和智能化水平不断提高，推动了人工智能与星载数据处理技术的融合。珞珈系列科学试验卫星为通导遥一体化卫星星座系统建设奠定了重要基础。东方慧眼智能遥感卫星星座计划将进一步加快中国天基信息实时服务系统建设进程，实现卫星遥感从服务政府、服务行业到服务大众的服务模式创新跨越。

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李德仁

李德仁院士，摄影测量与遥感学家，武汉大学教授、博导，GSIS主编。他于1991年当选中国科学院院士，1994年当选中国工程院院士。1999年当选国际欧亚科学院院士。他于1963年毕业于武汉测绘学院，1981年获该校硕士学位，1985年获联邦德国斯图加特大学博士学位。2008年获苏黎世联邦理工大学名誉博士。1988年度国家级有突出贡献专家。长期从事遥感、全球卫星定位和地理信息系统为代表的地球空间信息学的教学与研究。

王密

王密，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室教授。2001年获武汉大学博士学位。主要研究方向为高分辨率遥感卫星地面处理、摄影测量与地理信息系统的集成与快速更新。

郭昊南

郭昊南，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室博士生。2020年获得中山大学学士学位。主要研究方向为AI遥感智能解译，包括遥感大模型、全球制图、时序动态监测等。

金文杰

金文杰，武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室项目管理办公室副主任。