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天下武功，唯快不破 | “即时遥感” 服务的春天不远了？
文 | 李刚 天基对地观测服务无法及时满足地面用户的要求，一直是卫星应用产业的一大痛点。
遥感服务自上世纪70年代发展至今，有着将近50年的进程，却一直没能达到“即时遥感”的标准——在分钟级的时间周期内，完成从接收用户指令到遥感成像、数据处理、遥感产品交付的服务全流程。
第一个遇到此类问题的，并不是民间用户，甚至不是应急救灾单位，而是伊拉克战场上的美国陆军。 ORS为何输给“捕食者”？
ORS，即快速响应航天计划。美国军方始终关注航天的快速响应解决方案，2007年，美国国防部正式设立ORS办公室。ORS办公室同时兼顾快速制造、快速发射、快速应用。其应用目标为：
“对美军联合作战指挥官的战术需求快速响应，最终目标是在数天甚至数小时内，以较低廉的成本，发射战场指挥官所需的战术卫星。达到作战需求的效果由几天甚至目前的几个小时缩短到能够实时支持作战。”
为此，ORS办公室先后通过有效载荷搭载、发射小型卫星等方式，实施了六次空间飞行任务，取得了部分成果。然而，直到2021年从阿富汗撤军，ORS还是没能满足美军的需求。
虽然主要的失败在于快速响应发射没能实现，但卫星本身的拍摄和图像交付周期也没有得到有效改善，依然是要用天来计算，这对于战术层次上的应用来说，几乎没有什么价值。
在实际应用中，解决美军情报信息需求的是另外一种方案——无人机。从2005年开始，美军就在伊拉克战场上使用MQ-1捕食者无人机，经过多年演化，如今充当主角的是MQ-9无人机。
无人机的优点是可以部署在战场附近，携带高分辨率敏感器在战区上空长时间观察。天气晴朗的时候可以使用光电或者红外敏感器，夜间和天气恶劣的时候，可以换装合成孔径雷达敏感器。无人机最重要的竞争力是对时间敏感目标的发现、识别和跟踪能力。
对这种能力，2016年Raindog Films公司出品的电影《天空之眼》，有非常到位的刻画。这是ORS项目到今天也依然望尘莫及的。 电影《天空之眼》中展示了当时美军最先进的无人机装备
换言之，在第一场赛跑中，无人机已经遥遥领先ORS，即卫星。但鉴于卫星遥感覆盖面广，不受国界限制，无续航问题等优势，如果能够有效提升响应速度，第二场赛跑，输赢尚未见分晓。
那么，卫星对地观测的周期，现在是个什么情况呢? 没有最慢，只有更慢
民用卫星遥感图像的用户需求一般没有军方那么急迫，所以，能够享受到的交付流程远远不止“几个小时甚至几天”。
一家代理商表示，0.5m高分辨率卫星历史存档数据交付周期“一般3-5天，快的话也有2天交付的。最新编程采集数据，如果是国外卫星，接受的是全球订单，需要排档，不保证具体哪天交付。不过，着急的用户可选加急存档生产，价格会提高，保证48小时内交付数据。”
还有一家代理商表示，常规存档影像数据项目平均3-5个工作日交付，加急模式可以实现1-3天交付。一般规模的项目成功下单后，大约5-10个工作日完成交付，项目偏大(大于1000平方公里)或者要求特别复杂(比如矢量化或者需要大量文字图形标记)则需要3-4周的时间，甚至更长。
这家代理商还特意提醒：“很多时候客户希望付款后立即拿到数据，这是不现实的，客户购买前最好预留出足够的时间。”
习惯了当今实时在线信息服务的人们，或许对这样的交付周期不甚满意。然而在卫星资源较少，时间分辨率不高的情况下，数据接收后，还需要经过辐射校正、几何校正后才能提供给用户。这就导致了这样的现实——哪怕是历史存档数据，用户也需要好几天时间才能拿到手里。
对于传统土地管理和城市规划等领域的常规操作来说，对这样的交付周期已经“逆来顺受”。但是，总有那么一些应用，是无法接受漫长交付周期的，包括与人类安全相关的环境监测，电力、石油基础设施监测，期货大数据等。
因此，也可以从一个侧面说明，时间滞后性的服务体验，严重制约了卫星遥感产业的扩张。 被搁浅的遥感服务刚需
1999年，在中国第一颗民用传输型遥感卫星——中巴地球资源卫星一号上天后不久，有关单位组织了全国范围内的行业应用示范。
虽然卫星和示范工程是一个非盈利项目，但是在很大程度上启蒙了各行业对国产卫星数据的应用。包括农业、土地规划、环境、林业、环保、考古等在内的多个行业，为此投入了一定的人力物力。
当时的商业模式是资源卫星应用中心和各地遥感应用中心把图像处理成各级产品，提供给用户，由用户自行开发应用模式。这也是多年来国内遥感产业的惯例，至今未变。
用户单位为了能够把遥感图像用起来，一般要建立自己的内设机构。例如农业农村部、自然资源部的林业和草原局都建立了遥感应用中心。
应该说，在部局级的层次上，有足够的资源来建立遥感专门机构，但是到了更为基层的单位，就不一定具备这样的资源条件。
例如不发达地区的区县级政府，本身对卫星遥感有着强烈的需求。无论应急响应，还是土地执法，基层单位都处在第一线，需要第一时间获得真正有用的专业化遥感数据成果，而并非简单预处理的遥感数据，从而保障第一时间支撑决策。
按照当今遥感服务的模式，他们未必用得上真正有用的卫星图像，更谈不上用得好。
如果我们的遥感星座运营商或卫星数据服务商能够提供一种分级化的灵活服务模式，第一时间把从遥感图像提取及加工的有效信息提供给用户，是不是一切都会从此发生改变？ 通导遥一体化智能卫星星座带来的曙光
在卫星遥感服务的现实操作中，往往是按照下述流程进行的：
卫星运营商接到用户的拍摄需求后，需要安排卫星拍摄任务，把指令上行给卫星。但是，目标区域不一定有卫星正好过顶或即将过顶，即使卫星用侧摆方式拍摄，也需要等待一个比较长的周期。
卫星拍摄到图像后，如果正好处在地面站覆盖范围内，可以立刻下行传输数据。否则，就必须等待卫星继续绕地球飞行，回到地面站覆盖范围之内，才能下行传输数据。
地面系统接收完卫星数据后，运营商根据用户需求，进入数据生产过程，包括辐射校正、几何校正、标定以及专业数据加工等工作，然后通过硬盘或者专线网络等方式提供给用户。 卫星遥感服务流程示意图
可以看出，有两个要素影响了遥感服务的响应速度和数据交付时间。 首先是在轨卫星数量不足，无法实时安排空间段资源；其次是从拍摄到下行以及地面数据加工的周期太长。 第一个问题可以用星座化的方式来缓解。美国行星实验室公司的“鸽群”星座目前在轨超过200颗卫星，已经为行业带来了曙光。 但第二个问题有些棘手，从用户需求到调度卫星的过程中，依靠人力执行的成分过多，周期难以压缩到满足即时响应的数据交付需求。 对此，有学者提出了人工智能星上处理。武汉大学教授王密等在《智能遥感卫星与遥感影像实时服务》中设想： "星上智能处理单元实时对数据进行处理，最后通过地面网络进行实时分发，从而实现分钟级的遥感智能信息服务。" 但在实践中，下行条件的制约，决定了仅仅有人工智能星上处理，是做不到即时服务的。 为了真正实现即时遥感服务，遥感界一直都在尝试新的解决方案，例如“地面传感器触发+星上智能处理模式”。 椭圆时空科技有限公司推出了“星池计划”星座，致力于在工程和应用层次上，实现这个模式。 椭圆时空“星池计划”示意图
据悉，这类模式的卫星星座需要具备三种特点： 在这种模式下，用户可以在星上预置或后续上注属于自己的拍摄策略，即触发何种条件，将自动进行怎样的拍摄。
卫星本身具有厘米级导航定位能力，能够与分析识别的结果进行融合，形成更有价值的数据产品。
举例来说，在电力输电线路通道监测时，在线或地面传感器探测到异常时，可以自动向卫星发出请求，处在相应位置的卫星就可以立即响应并拍摄，通过星座资源进行智能分析处理和下传。
过去，这种情况往往需要等星座中的下一颗过顶卫星来承担这项工作，进而导致错过最佳预警时期，甚至晚于其他报警模式，从而影响卫星遥感的应用推广和用户黏度。
利用“地面传感器自动触发卫星拍摄模式”，过顶卫星拍摄完成后，可以通过星上人工智能图像处理，形成必要的文字和数据，直接下行，分别提供给不同类型的用户。
根据仿真计算和在轨实验，在这种模式下，平均可以在8.8分钟内完成从卫星任务请求到数据交付至客户的全过程。在卫星覆盖数量较为密集的中高纬度地区，周期还可以进一步缩短乃至实时响应。
可以发现，具备这样能力的星座系统，其实可以真正满足用户的即时需求，也为智慧化系统建设提供了多维的、关联的数据资源。所谓“天下武功，唯快不破”，够快，就具备足够的竞争力。
此外，卫星通信能力，以及卫星遥感天生具备的广域监视能力，正是那些需要对无信号地区进行大范围宏观监测项目的最优解决方案，例如自然保护地生物多样性监测，电力、石油基础设施监测，环保溯源，智慧水利等。
从技术和应用发展的角度来说，通导遥一体化智能卫星星座是大势所趋，是为满足实际应用场景的即时响应式感知需求而生。遥感技术和遥感产业，也必然会朝着这个方向不断发展。
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