近年來，隨著航天市場的需求不斷增加，小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展越來越受到關(guān)注，小衛(wèi)星具有體積小、重量輕、性能好、研制周期短、成本低、發(fā)射方式靈活等特點，已經(jīng)在通訊、遙感、電子、偵察等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，受到航天、軍事、工業(yè)及普通研究機構(gòu)的普遍關(guān)注，成為當(dāng)前航天技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，并顯示出良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　鑒于衛(wèi)星遙感領(lǐng)域常年來受限于衛(wèi)星成本高、數(shù)據(jù)獲取周期長等因素，用戶很難及時獲取所需的數(shù)據(jù)，小衛(wèi)星在遙感行業(yè)受到了非常多的關(guān)注，國內(nèi)外都出現(xiàn)了一批先行者。

　　目前，市場普遍認(rèn)為，小衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)的市場化、開放式、融合式發(fā)展是大勢所趨。未來，小衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)從初具規(guī)模向成熟應(yīng)用的跨越，商業(yè)模式創(chuàng)新將不斷涌現(xiàn)。

　　微小衛(wèi)星的爆發(fā)式發(fā)展

　　上世紀(jì)九十年代以來，為了降低衛(wèi)星研發(fā)和制造成本、提升衛(wèi)星的性能，以美國為代表的歐美國家開始進(jìn)行小衛(wèi)星的研究工作，美國、英國、阿根廷、以色列等國都逐漸擁有小衛(wèi)星系統(tǒng)，很多發(fā)展中國家也在以合作等方式推進(jìn)小衛(wèi)星的研發(fā)和應(yīng)用。

　　早在1995年，我國就提出要自主研制低軌道數(shù)據(jù)通信小衛(wèi)星及其通信系統(tǒng)。1999年，中國空間技術(shù)研究院研發(fā)和發(fā)射的實踐五號衛(wèi)星，可視為國內(nèi)第一顆小衛(wèi)星，該系列衛(wèi)星平臺也成為后續(xù)多顆應(yīng)用型小衛(wèi)星的基礎(chǔ)。

　　自2013年起，隨著Skybox、Planet等衛(wèi)星的成功發(fā)射，微納衛(wèi)星(NanoSat)開始得到飛速發(fā)展，創(chuàng)新型企業(yè)也取代政府機構(gòu)成為航天衛(wèi)星的主角。截至2015年9月30日，全球在軌小衛(wèi)星的數(shù)量為460顆，占所有在軌衛(wèi)星數(shù)量的1/3。其中，美國共擁有189顆在軌小衛(wèi)星，排在所有國家之首，俄羅斯58顆、歐洲總計57顆。據(jù)可查資料，未來五年全球?qū)l(fā)射510顆1kg-500kg的小衛(wèi)星入軌，10kg以下的微納衛(wèi)星預(yù)計將發(fā)射300顆，是未來五年間衛(wèi)星行業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展的主要驅(qū)動力。

　　在遙感領(lǐng)域，知名度較高的小衛(wèi)星系統(tǒng)包括2014年被谷歌收購的Skybox，可提供時間分辨率較高的亞米級彩色影像和地球高清視頻;國內(nèi)由中科遙感獨家代理的美國Planet小衛(wèi)星群，是迄今為止最大的微納衛(wèi)星群，提供3-5米分辨率的可見光和近紅外數(shù)據(jù)。國內(nèi)的北京二號、吉林一號等商業(yè)衛(wèi)星星座，可提供覆蓋全球的1米左右分辨率的遙感影像，吉林一號還包括分辨率為1.12米的高分辨率視頻成像系統(tǒng)。

　　小衛(wèi)星之發(fā)展趨勢

　　我們可以從這些小衛(wèi)星的案例中看到全球小衛(wèi)星行業(yè)的幾個發(fā)展趨勢：

　　一、衛(wèi)星小型化、微型化趨勢明顯，星座規(guī)模不斷擴(kuò)大，低成本、批量化、快速制造是未來發(fā)展方向；

　　二、衛(wèi)星星座的設(shè)計理念、應(yīng)用模式和運行管理全面創(chuàng)新。采用天地一體化全鏈路設(shè)計理念，簡化星上功能，強化地面處理；注重與信息技術(shù)深度融合，面向更廣泛的非專業(yè)用戶；

　　三、衛(wèi)星星座應(yīng)用能力進(jìn)一步實用化，領(lǐng)域全面化，軌道立體化，應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步全面化，從局部應(yīng)用向全體系擴(kuò)展已成為必然趨勢；應(yīng)用軌道進(jìn)一步立體化，立足低軌、邁向中高軌發(fā)展格局已露端倪。

　　微小衛(wèi)星改變傳統(tǒng)遙感服務(wù)模式

　　根據(jù)國家出臺的《關(guān)于促進(jìn)衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的若干意見》，我國衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)預(yù)計2020年的產(chǎn)業(yè)規(guī)模可達(dá)5560億元以上，并帶動相關(guān)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值突破萬億元。我們相信，不管是基于國產(chǎn)技術(shù)自行研制、發(fā)射、運營，或基于國際合作研制、發(fā)射和運營，還是基于國內(nèi)外衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)運營和信息服務(wù)，都將會在衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域改變傳統(tǒng)的服務(wù)模式。

　　實際上，小衛(wèi)星的優(yōu)勢非常明顯，有效利用了信息、微電子技術(shù)、微機械、新材料和新能源技術(shù)等，在重量、功能密度、性價比、研制模式等方面顯著區(qū)別于傳統(tǒng)衛(wèi)星。采用標(biāo)準(zhǔn)化星體及模塊化設(shè)計技術(shù)，能夠在流水線上批量生產(chǎn)，極大地降低了衛(wèi)星研發(fā)和制造的成本、縮短了研制周期、降低了投資風(fēng)險，有利于大量生產(chǎn)和發(fā)射，形成衛(wèi)星群，提供大衛(wèi)星所不具備的超強的整體數(shù)據(jù)采集能力。

　　以Planet微納衛(wèi)星群為例，30cm*10cm*10cm的尺寸看上去更像是玩具，一次性通過火箭發(fā)射或國際空間站釋放的方式運送30余顆衛(wèi)星進(jìn)入軌道該衛(wèi)星群大多分布在約420千米高度的國際空間站軌道(ISS)和約475千米的太陽同步軌道，相比來說通信延時和信號衰減都會少一些。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，小衛(wèi)星群的快速迭代也能夠保證技術(shù)的先進(jìn)性。

　　此外，大規(guī)模的衛(wèi)星群在面臨火箭發(fā)射失敗等不可控因素時，也能夠有效控制損失。

　　其實，小衛(wèi)星群最大的優(yōu)勢就是強大的數(shù)據(jù)采集能力，通過小衛(wèi)星群每日采集海量數(shù)據(jù)的及時傳輸和接收，可以建立海量數(shù)據(jù)實時處理和服務(wù)能力。

　　Planet衛(wèi)星群目前約有50顆在拍攝狀態(tài)，其衛(wèi)星群預(yù)計2016年12月份將再發(fā)射48顆，2017年1月份發(fā)射68顆，有望形成每月全國無云覆蓋能力。如今，遙感集市平臺上發(fā)布的Planet數(shù)據(jù)對中國絕大多數(shù)地區(qū)(除云雨天氣較多的南方地區(qū)外)，已實現(xiàn)每周覆蓋一次。

　　需要指出的是，出于成本考量微納衛(wèi)星沒有經(jīng)過嚴(yán)格的測控和定標(biāo)，自動化處理也會帶來的整體的幾何誤差和拼接誤差，這也決定了微納衛(wèi)星群的用途絕非傳統(tǒng)的測繪應(yīng)用，而是發(fā)揮大規(guī)模、低成本、定期全覆蓋的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測服務(wù)。一旦形成可靠的數(shù)據(jù)保障能力和服務(wù)模式，可以進(jìn)入監(jiān)測管理類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，并開拓非傳統(tǒng)弱遙感應(yīng)用領(lǐng)域(如農(nóng)業(yè)保險、大宗商品、違章建筑、建筑垃圾等)。

　　由微納衛(wèi)星群產(chǎn)生的海量遙感數(shù)據(jù)對于傳統(tǒng)的遙感數(shù)據(jù)處理和服務(wù)也帶來了挑戰(zhàn)和機遇，催生了新型的商業(yè)模式。中科遙感進(jìn)行了新商業(yè)模式的積極探索，通過整合數(shù)據(jù)源，將鑲嵌好的影像通過API訪問的方式為GIS用戶提供實時數(shù)據(jù)服務(wù)，提供數(shù)據(jù)租賃和在線處理的服務(wù)。­­­

　　遙感數(shù)據(jù)大，并不等同于遙感大數(shù)據(jù)

　　大數(shù)據(jù)通常而言具有數(shù)據(jù)量大、類型繁多、速度快、時效強和潛在價值大等典型特征，但數(shù)據(jù)大不等于大數(shù)據(jù)。所謂“數(shù)據(jù)量大”是指數(shù)據(jù)的采集、存儲、計算量都非常大，而大數(shù)據(jù)代表著新的科學(xué)研究與思維方式。

　　首先，是它研究數(shù)據(jù)的出發(fā)點改變?yōu)橐詷颖镜扔诳傮w為基礎(chǔ);其次，放棄對精確性的追求代之以繁雜和效率的重視;同時，放棄假設(shè)模型，讓數(shù)據(jù)自己說話。遙感大數(shù)據(jù)是指以海量遙感數(shù)據(jù)集為主、綜合其他多種來源的輔助數(shù)據(jù)，運用大數(shù)據(jù)思維與手段，從海量遙感數(shù)據(jù)集中獲取價值信息的理論、方法、技術(shù)與活動的統(tǒng)稱，它并非傳統(tǒng)意義上的遙感應(yīng)用，而是要針對海量遙感數(shù)據(jù)的定期、大范圍、智能化的目標(biāo)和信息提取，形成時間序列專題指數(shù)數(shù)據(jù)庫，能夠為商業(yè)和宏觀經(jīng)濟(jì)分析提供到目前為止無法獲得的大數(shù)據(jù)信息。

　　與傳統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)挖掘相比，遙感大數(shù)據(jù)挖掘具有一定的復(fù)雜性：首先，遙感大數(shù)據(jù)海量、高維性的特點使得數(shù)據(jù)挖掘的搜索空間異常巨大，可能導(dǎo)致搜索出無意義模式的機會增加，對傳統(tǒng)的時空數(shù)據(jù)挖掘理論與方法提出巨大的挑戰(zhàn);其次，遙感大數(shù)據(jù)僅僅只有小部分維度與時空模式密切相關(guān)，其余的不相關(guān)或相關(guān)性很小的維度會產(chǎn)生大量的噪聲，從而掩蓋真實的時空模式;最后，遙感大數(shù)據(jù)所涉及的數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣，數(shù)據(jù)格式不一，結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)并存，并且由于遙感大數(shù)據(jù)信息更新頻繁，數(shù)據(jù)庫可能隨時增加、刪除或者改變變量，對時空數(shù)據(jù)挖掘所依賴的數(shù)據(jù)庫提出很高的要求。

　　因此，與遙感數(shù)據(jù)獲取能力形成鮮明對比的是遙感大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。遙感大數(shù)據(jù)的價值不在其海量，而在其對地表多粒度、多時相、多方位、多層次的全面反映，在于隱藏在遙感大數(shù)據(jù)背后的各種知識。遙感大數(shù)據(jù)的終極目標(biāo)在于對遙感大數(shù)據(jù)中隱藏知識的挖掘。因此，有必要研究適應(yīng)于遙感大數(shù)據(jù)的自動處理和數(shù)據(jù)挖掘方法，通過對數(shù)據(jù)的智能化和自動分析從遙感大數(shù)據(jù)中挖掘地球上的相關(guān)信息，實現(xiàn)從遙感數(shù)據(jù)到知識的轉(zhuǎn)變，顯著提高遙感大數(shù)據(jù)的利用效率，從而加強遙感在環(huán)境遙感、城市規(guī)劃、地形圖更新、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、智慧城市等方面的應(yīng)用效力。

　　可以說，大數(shù)據(jù)時代每天都有海量的空間數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生，但大部分沒有被有效利用，而人工智能算法開源崛起，正是以“人工智能+數(shù)據(jù)創(chuàng)造”為模式的企業(yè)的發(fā)展機遇。極?？v橫公司將機器學(xué)習(xí)應(yīng)用于遙感大數(shù)據(jù)挖掘，解決遙感大數(shù)據(jù)利用率低等問題，該公司聯(lián)合創(chuàng)始人王昊認(rèn)為，機器學(xué)習(xí)實際上是用笨辦法來實現(xiàn)識別、認(rèn)知，算法沒有了不起的變化，機器學(xué)習(xí)是因為數(shù)據(jù)多了，才有飛速的進(jìn)展，預(yù)測要靠模型。目前，極?？v橫利用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行影像識別，以深度余差卷積網(wǎng)絡(luò)作為模型進(jìn)行遙感影像分類，以深度特征+臨近搜索為模型進(jìn)行相似影像搜索，利用Facebook最新開源的deepmask模型做建筑分割，可實現(xiàn)較高的精度。這些技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于建筑圖層提取、潛在污染源搜索、停車場搜索、城市意象等領(lǐng)域，未來還將應(yīng)用于毒品種植地查找、道路數(shù)據(jù)矢量提取、監(jiān)控農(nóng)作物生長等領(lǐng)域。通過以機器學(xué)習(xí)用于遙感大數(shù)據(jù)的方式，該公司已經(jīng)建立了連通大數(shù)據(jù)與位置智能的橋梁，使用戶更簡單便捷的使用和體會地理的價值。

　　遙感大數(shù)據(jù)的商機在哪里？

　　定期全覆蓋數(shù)據(jù)為大范圍目標(biāo)的信息提取和定期統(tǒng)計提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為遙感商業(yè)大數(shù)據(jù)帶來了巨大的機會。目前，遙感商業(yè)大數(shù)據(jù)更多的應(yīng)用到水利、海洋、農(nóng)業(yè)、洪澇災(zāi)害等領(lǐng)域。

　　以農(nóng)業(yè)為例，農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)最直接的應(yīng)用是，通過衛(wèi)星可以監(jiān)測大面積土地上種的作物種類、進(jìn)而觀測作物的長勢，而這些信息是在大面積種植中，難以通過人工在地面上監(jiān)測到。數(shù)據(jù)平臺將眾多環(huán)境變量納入到計算模型中，并結(jié)合實時更新的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對農(nóng)作物進(jìn)行苗情監(jiān)測、生長監(jiān)控、病蟲害預(yù)警、產(chǎn)量評估，并以畝為單位將數(shù)據(jù)可視化，優(yōu)化管理水平，協(xié)助用戶做出合理決策，從而最大化農(nóng)作物的產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率。專門從事農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)分析的佳格天地，通過遙感技術(shù)結(jié)合氣象和地面觀測數(shù)據(jù)為農(nóng)田精準(zhǔn)化管理服務(wù)，目前平臺可以給客戶最高帶來15%的產(chǎn)量提升，同時降低生產(chǎn)成本和氣候變化帶來的風(fēng)險，而模型中基于機器學(xué)習(xí)的算法是在不斷進(jìn)化的，數(shù)據(jù)沉淀越多，模型預(yù)測的準(zhǔn)確性和精度就越高，因此未來產(chǎn)量提高的比例會更大。

　　隨著商業(yè)衛(wèi)星的增多、遙感行業(yè)的發(fā)展，越來越多的科技創(chuàng)新公司有意愿進(jìn)入遙感領(lǐng)域，將物理模型、地理信息數(shù)據(jù)、人工智能、大數(shù)據(jù)挖掘可視化等方面的信息與技術(shù)與遙感大數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，實現(xiàn)遙感產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用。以商湯科技為例，通過引領(lǐng)人工智能核心“深度學(xué)習(xí)”技術(shù)突破，構(gòu)建人工智能、大數(shù)據(jù)分析行業(yè)解決方案，并在路網(wǎng)提取與更新、機場監(jiān)測、土地利用類型分類、云/雪/水監(jiān)測、道路傷情監(jiān)測等方面得到應(yīng)用。

　　遙感大數(shù)據(jù)為人工智能領(lǐng)域提供了技術(shù)的延伸渠道，拓寬了技術(shù)的消費市場，與此同時，這些企業(yè)也為遙感產(chǎn)業(yè)注入了成熟的智能處理技術(shù)，給遙感大數(shù)據(jù)挖掘帶來了新的機遇，為遙感應(yīng)用提出了新的解決思路。

　　對遙感應(yīng)用來說，衛(wèi)星不是多了而是還不夠

　　過去兩年來，國內(nèi)小衛(wèi)星受到的關(guān)注越來越多，也有觀點認(rèn)為當(dāng)下的小衛(wèi)星的火爆超出應(yīng)有的范圍，各地投資建設(shè)的小衛(wèi)星有跟風(fēng)之嫌，并不能真正得以有效利用。然而，隨著云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)與空間技術(shù)相結(jié)合，國外涌現(xiàn)出大量小衛(wèi)星星座，發(fā)展面向消費市場的創(chuàng)新衛(wèi)星應(yīng)用模式和服務(wù)模式。特別是隨著風(fēng)投、眾籌等多元化投融資方式在航天領(lǐng)域興起，未來商用小衛(wèi)星發(fā)展將進(jìn)一步呈現(xiàn)繁榮增長趨勢。

　　通訊衛(wèi)星和遙感衛(wèi)星的業(yè)務(wù)需求和商業(yè)模式有很大不同，不宜混為一談。就遙感衛(wèi)星而言，目前恰恰是供給能力(大規(guī)模持續(xù)性數(shù)據(jù)采集保障能力)不足導(dǎo)致難以支撐日常業(yè)務(wù)應(yīng)用建立有效的商業(yè)模式，中科遙感首先提出并推動的遙感大數(shù)據(jù)云服務(wù)的商業(yè)模式，是在大力發(fā)展低成本高能力的小衛(wèi)星新時代商業(yè)服務(wù)的必然趨勢。

　　遙感產(chǎn)業(yè)化速度一直較慢的原因，是數(shù)據(jù)保障問題、產(chǎn)業(yè)化成本問題、數(shù)據(jù)服務(wù)的挖掘問題、產(chǎn)業(yè)協(xié)同問題還沒解決。

　　要解決這些問題，進(jìn)一步提高遙感大數(shù)據(jù)利用率，首先要把各種衛(wèi)星資源匯集起來，形成高分辨率、高頻次的遙感服務(wù);其次，通過大數(shù)據(jù)，形成對時空連續(xù)數(shù)據(jù)的深入分析，從而形成信息產(chǎn)品、形成知識，乃至智慧服務(wù);再次，要通過云計算、云服務(wù)的方式，提供在線服務(wù)、API接口，降低產(chǎn)業(yè)化過程中的數(shù)據(jù)使用成本，形成對數(shù)據(jù)、信息的按需使用，在線租賃;最終，要通過“互聯(lián)網(wǎng)+”形成產(chǎn)業(yè)鏈上的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境，補齊產(chǎn)業(yè)鏈的上下游缺失環(huán)節(jié)，讓所有環(huán)節(jié)都能利用一個大平臺對數(shù)據(jù)做出更多增值、服務(wù)的市場部署。

　　隨著航空航天科技、傳感器、信息技術(shù)、商業(yè)模式的高速發(fā)展，遙感大數(shù)據(jù)也將順應(yīng)大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的要求，在大數(shù)據(jù)的理論指導(dǎo)及技術(shù)支撐下，借助人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，融合各類行業(yè)和專業(yè)信息，形成綜合的預(yù)測、挖掘和分析能力，提供真正的遙感大數(shù)據(jù)服務(wù)，實現(xiàn)遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)增值，為遙感產(chǎn)業(yè)繁榮和商業(yè)化發(fā)展開辟巨大的成長空間。（文|任伏虎 肖振強）