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卫星影像传统销售迈向自主知识产权综合遥感应用

本文阐述了中国遥感市场面临的机遇和挑战,以及国内遥感产业存在的相关问题。介绍了公司积极探索和开拓国内遥感影像市场的应用,改变卫星影像传统销售,逐步建立自主创新的技术体系。

  一、前言

  我国自1970年第一颗卫星发射以来,逐步建立了比较完整的对地观测体系。但遥感卫星影像真正的大规模市场化应用,还是得益于近年国外的5米以上的高分辨率商业影像数据的发展。1999年美国第一颗高分辨率商业卫星影像发射升空,高分辨率卫星影像数据开始的进入地理信息相关产业,高分辨率卫星影像应用逐步成为生产制造4D数字化地理信息资源以及相关产业生产、发展的崭新的、重要的技术手段。

  在5米和0.4米中高分辨率的民用卫星市场中,全球已有和将要发射的卫星就有20多颗,覆盖多个波段。如:Digital Globe的Quick Bird / WorldView1。GeoEye公司的IKONOS和GeoEye-1。日本ALOS,印度P5,以色列的EROS-B,Spot公司的Spot卫星等等。在中国“十二五”规划中也将要发射更多更高分辨率的遥感卫星。

  随着国内外高分辨率卫星的不断发射以及国内不断蓬勃发展的市场应用需求,遥感地理信息必将成为中国信息产业的支柱性产业之一。目前行业的发展如同2000年左右的卫星导航市场,未来必将迅猛发展。如何来应对这一轮即将到来的大潮,在这一轮行业发展中寻找自身企业的发展之路,是每一个遥感行业内从业人员正在认真思考的问题。

  天目创新公司成立于2005年,公司的成长伴随着整个卫星遥感产业的成长。在这个过程中,天目的创业团队一直以来代理国外卫星影像数据在中国的市场应用,逐步建立起了高分辨率市场的领先地位,也见证了整个中国遥感行业的发展。在新的一轮发展中,天目正在整装重新出发,走一条从卫星遥感影像传统代理销售迈向自主知识产权的综合遥感应用产业化发展道路。

  二、遥感市场的机遇和挑战

  (一) 遥感影像市场的发展状态

  1. 影像将是未来地理信息的主要形式,影像的应用已经渗透到商业社会的各个层面,商业化是推动影像快速发展的根本动力

  大量的遥感卫星发射,使得:地理影像的储存容量将增长到大约十亿GB(EB);国家级的影像档案在容量上多达PB(1024TB)级,每天增加1TB(1024GB)的数据;专用数据中心的地理影像也达到几百TB;数以万计的数据集已编目,但仍处于非在线状态。就容量而言,影像是地理信息的主要形式。

  依据应用的不同,一天不能访问的卫星并不是对所有的用户来说都很严重。测量员对一个地块今天成像或者6个月后成像很不在意。但是,与枯萎病作战的农民需要知道24小时内已经实施的治疗方案是否有效。边界巡逻员需要每日更新影像来监测口岸。这些案例中,航空影像不是一个可行的选择,只有卫星能做到快速更新这一点。

  商业化是推动影像快速发展的根本动力。过去,政府是遥感数据的主要供应者,这种现象正随遥感数据获取的商业化而改变。国外在高分辨率卫星的市场中,所有的卫星运营均有公司来负责。并且,这些公司都是上市公司和即将上市的公司。这些公司具备多年的卫星运营经验,不仅仅是区域内运营,是全球化运营。这些公司有成熟的影像接收、处理、管理系统甚至应用服务平台。

  美国的两家遥感卫星企业在过去的几年中,通过提供采集的0.5米高分辨率影像给商业客户,已经将影像集成到互联网在线地理信息系统中并应用到了数百个不同的行业中,包括大众应用、农业、资源调查、房地产和土地利用规划等等。资深的工业分析师认为遥感产业在2012年将超过10亿美元。

  2. 地理影像是支持决策者决策的关键依据之一,由于巨大的容量和及时的应用需求,地理影像的应用从传统离线数据获取向在线服务转变

  地震、海啸、深林火灾或者其他的自然灾害发生,需要特别及时的获取灾区或者目标区域内的灾害发生情况。卫星影像可以用于规划减灾和对该地区救灾工作人员进行指导。航空影像在很多的时候可能会因为地域限制和天气的限制而不能使用。

  在2008年的汶川地震时,决策者只能通过遥感影像的资料及时的评估出灾害造成的危害大小,因为通往震区的道路不能打开。只有评估出灾害的大小,才能正确的启动应急救援的机制,减少人员伤亡和财产的损失。2008年的我国南方的雪灾,也存在同样的需求。

  在这两个自然灾害的应急处理中,天目公司和其他一些具有提供影像资源能力的公司一样都参与影像数据的提供,深刻的认识到影像数据的及时性和准确性都将对决策形成巨大的影响。假定没有遥感卫星影像数据,我们无法想象会发生的多严重的后果。

  在Google公司提供互联网上在线的地理影像之前,商业卫星公司就已经开始考虑如何通过在线的方式及时的分发获取的海量信息。

  2007年,全球第一大遥感卫星公司Digitial Globe收购GlobeXplorer,开始大规模涉足在线提供多样化的影像服务产品市场。随着近几年的发展,这个部分的业务已经开始占据DG公司的30%的销售额度。成为仅次于军方应用的第二大应用市场。

  美国SpatialEngine公司是一家专营石油行业在线影像数据服务的公司,这个公司的业务可以通过在线服务覆盖整个世界上的60%的石油公司。

  微软公司的Terrain Server也是在几年前就提供网络在线的地理影像分发服务。同时,大部分的商业企业使用卫星数据,也都希望通过在线的方式使用。

  2006年,Google公司收购Keyhole公司,将大量的不同来源的地理影像数据、地形图数据、导航数据等等集成起来,推出了在线的Google Earth产品,已经逐步开始向美国前副总统描述的数字地球迈出了重要的一步。

  可预见的未来,最终的挑战是将不同来源的地理影像,集成为可广泛应用的数字地球表达,以支持人类的关键决策。

  3. 国产遥感卫星领域发展迅速,基于互联网和无线网络的公众应用服务正在迅猛发展,巨大的城市应用需求将促进遥感应用的发展

  目前,我国可以利用的卫星资源有:中巴资源卫星,分辨率是19.8米;最高可达2.36米的02B卫星;分辨率为4米的北京小卫星;目前可提供3米-1米,覆盖我国大部分区域,并且目前正在逐渐转换为民用资源的资源系列卫星;30米分辨率的环境一号卫星等等多颗中、高分辨率卫星资源。

  中国互联网用户已超美国,居世界第一。截止到2008年第一季度的预测,中国的互联网用户将达到2.44亿。互联网的发展带动了地理影像的网络发展,早在Google在美国提供在线地图服务前,中国已有多家互联网地图服务提供商。到2009年,我国有10多家提供互联网地图服务的网站。

  2008年,国内互联网用户量居前的sohu网站在奥运前,发布了天目创新公司提供的21个城市的影像数据。这是作为地理信息内容中重要的一个部分的地理影像数据首次由中国互联网运营商上提供。据搜狐公司提供的数据显示,这一次的影像提供使得地图服务频道的点击量上升30%。

  同时,我国拥有世界上最大的手机用户数量。有数据显示,我国有5个亿手机用户。随着3G牌照的颁发,手机平均带宽可以达到170K/秒的下载速度。在3G的增值服务中,LBS(位置信息服务)是关键的增长点。影像也是不可或缺的LBS内容资源,通过3G网络,用户可以快速、方便的获得清晰、真实的周边影像数据。

  互联网和3G网络的发展将给影像的发展带来不可估量的作用。

  随着国民经济的发展,中国的城市化管理越来越迫切的需要及时的动态的城市变化信息。而这些信息有利于进行准确的科学的城市规划管理、环境监测、公共安全、公益服务等等方面。

  遥感具有从空间和时间尺度上,对城市发展变化进行动态观测的优势,可以根据需要提供城市范围内各种地物动态信息,具有现势性强、图像直观形象、反映宏观规律性,并可节省大量人力、物力和财力等优点,对现代城市建设与管理有重要意义。遥感不仅应用于制订城市规划,城市用地现状调查,以及时掌握城市发展变化,不断更新城市土地利用图,有效监视城市发展趋势;同时在城市绿化、热岛效应、水源污染、文化考古、旅游、交通的调查、监测和管理方面,航天航空遥感已成为不可或缺的现代化手段。

  (二) 我国目前影像应用上存在的问题

  1. 生产能力不够带来的影像处理和应用的成本居高不下

  在中国,目前主要的用户群是中央政府、军队、各地方政府等具有影像增值产品的研发生产能力的大中型单位。对于不进行增值产品开发的最终用户以及普通的公众消费者来说,直接购买卫星影像数据,会投入巨大的成本。以我国某大型城市为例,建成区面积2000平方公里,原始影像经过影像处理后,形成的影像数据成果单价200元/平方公里(原始卫星影像150元/平方公里,处理费用50元/平方公里),直接购买卫星影像数据花费40万元。其他中型城市每城市相应卫星影像投入一般5-20万元之间。全国360多个主要城市,每年仅购买高分辨率影像原材料就将花费超过2000万元。高成本成为卫星影像数据应用的瓶颈。

  通过传统的原始的手工生产作业流程,我国的影像加工生产能力有限。面对巨大的需求,我们的影像数据无法得到及时的提供。同时,加工处理没有形成技术和服务性产品。大量的无技术含量的重复加工,带来了巨大的应用成本,也影响了应用的发展。

  只有通过自动化或者半自动化的基于并行处理技术的影像工厂生产模式,并形成面向不同行业的影像产品,才能从根本上打破这一个局面。将影像数据源的提供和增值服务和技术的提供分成两个产业链环节,从而降低终端用户的使用成本。

  2. 产品应用模式单一和多种需求之间的矛盾

  现在已有的国内的遥感卫星影像数据的提供商,只提供一个或者两种产品。随着遥感影像的应用深入,大量的非专业的人员需要使用影像数据。如何提供多种多样,简单方便和应用结合紧密的产品是目前产品提供面临的主要问题。

  如:互联网地图服务的企业用户,他需要在线的已经拼接、处理好,并且按照他提供的投影、切片方式的数据。

  如:手机用户就只需要他感兴趣的某个局部地区的影像,并且,希望通过互联网来传递等等。

  从目前的应用来说,应用主要集中在中央政府、军队、各地方政府的简单使用上,大量的遥感卫星数据服务企业并不知道影像数据能带来什么样的企业成本节省和更高客户满意度。越来越多的国外企业以服务的模式向最终用户提供影像增值服务应用,节约了客户的成本,又提高了卫星数据的商业价值,同时促进了影像信息的普及,对行业产生了巨大的经济和社会效益。

  3. 数据处理手段单一和快速的需求应对之间的矛盾

  我国现在的遥感影像处理方案基本是以国外遥感处理软件 + 多台台式工作站 + 大量作业员构成。传统的人工模式成本较高,效率较低,并且在最后的人工拼接整合工作中过于复杂,容易影响整体质量。

  国外目前已有多套自动化及半自动化的智能解决方案,“影像工厂”和在无人值守的情况下联合众多的计算机资源,采用分布式的方式联合处理数据,成本低,效率高,并且拥有整体颜色统一,结果标准化符合度较高的特点。

  同时,目前的需求大部分要求快速及时,特别是应急反应处理。这就要求影像具备在线服务的能力,在不同的地域不同的设备上,只要有互联网或者3G移动网络就能及时的访问数据,支持决策者做出正确的及时的判断。

  4. 国产数据应用程度不够和大量国产卫星资源之间的矛盾

  我们目前存档的影像数据资源很多,分布在不同的卫星数据部门,这些数据由于缺少中间的技术和服务提供环节,没有及时的形成产品传递到终端用户上去。形式上形成了大量的资源浪费,而我国自然灾害比较频繁,城市发展很迅速,公众对影像应用的需求也很强烈,市场上大量充斥着国外的卫星数据资源,这些卫星资源占用了我国大部分的市场。

  这个矛盾解决的关键是,需要建立产业链中负责产品和技术服务的环节。通过这个环节的建设,使得国产卫星资源能够尽快地及时的分发到用户,并形成商业效益,更加进一步的推动产业的发展。

  总体来说,我国遥感卫星应用层次低,涉及的社会范围窄,资源利用率低,卫星采集能力和技术指标低。只有通过加大产业链各个环节的商业化运作力度,重点解决天地一体化中的地(应用)的问题,加强遥感领域内自主知识产权的技术创新和市场拓展,才能更快的发展中国的遥感卫星事业。

  (三) 坚持自主创新和综合遥感应用产业化是未来发展之路

  今年来,随着地理信息产业的快速发展,国家逐年加大了对卫星遥感领域的资金支持力度。一方面,通过发改委、科技部推动技术的发展和产业化。另外一方面,也加大了卫星发射的力度,同时也提高了卫星的分辨率。这些扶持政策主要集中在对遥感应用的各个环节的国产化力度上。

  计算机技术的发展,云计算的应用,使得快速处理TB级的影像数据成为可能。计算能力和数据处理技术的提高,使得卫星数据从获取到应用的时间周期大大缩短。而这些技术的应用,国外和国内基本上在同样一个起跑线上,技术的革新使得我们有机会和国外一起来开拓新的市场。

  影像从单纯的政府应用逐步转向民用市场后,市场的应用范围扩大了。商业模式和产品也有很大的变化,只有建立自己的技术体系和创新的运用商业模式,才能在未来的市场中获得更多的市场机会和份额。中国的市场历来是一个独特的市场,虽然整体市场的发展趋势和国外是一致的,但在具体的商业模式和应用内容上国外有比较大的差异,这些都需要坚持自主创新和自主知识产权。

  在上游产业链,国家在“十二五”投入重点资金解决卫星数据资源获取能力的问题,而整个产业链发展的关键不仅仅是上游的卫星资源。我们将卫星资源比为水的话,为了让水能流到千家万户,还需要修一些渠道和管道,而这些渠道和管道就是各个行业内的卫星影像的应用。只有下游的卫星综合应用产业化做好了,才能更顺利的推动整个遥感影像行业的发展。多年的卫星影像销售的经验告诉我们,没有深层次的数据应用,不会有更强的数据的市场需求。遥感影像对很多的行业来说都是陌生的,或者从来没有接触过,而恰恰在未来,作为地理信息内容之一的遥感卫星数据将作为很多行业的地理信息支撑平台中的内容之一。开创性的探索性的建立不同行业的遥感应用会成为未来遥感企业发展的机遇。

  三、天目公司的目前工作

  (一) 坚持自主创新,建立遥感数据生产、管理、综合应用和服务完整的技术体系

  天目创新多年来一直致力于中国的卫星影像服务产业,并坚持自主开发、自主创新的道路,积累了大量的技术成果。

  天目创新在承担并完成国土资源部“第二次全国土地调查”的影像生产处理项目过程中,进行了大量的相关技术自主研发,形成了具有自主知识产权的技术体系,得到了国土资源部,国家测绘局的认可。

  2007年,天目创新承担了信息产业部电子信息产业发展基金“空间数据信息处理与服务平台及产业化”项目。在此项目的研发过程中,天目创新在数据融合、卫星影像快速浏览等方面做了深入研究,积累了一批科研成果。

  同时,为推进卫星影像在公众服务领域的普及,天目创新与搜狐公司合作,开发了自主创新的影像库,建立了影像应用服务技术体系,在搜狐的地图网站“搜狗地图”上推出了卫星遥感影像,取得了很好的社会效益。

  从2005年到2009年以来,结合国土资源部二调、信产部电子基金等项目完成相关技术的研发。建立了具有自主知识产权的影像库数据标准,制定了影像数据管理应用的规范。实现了多源数据集成、影像与矢量地图的匹配技术。开发了“易快”影像快速浏览软件。开发了“易享受”插件,使卫星影像与主流的制图工具软件无缝对接。研究影像空间信息应用服务技术,实现“图享受”卫星影像公用服务系统。开发遥感影像在线和离线服务技术,应用到手机/PND等终端媒体设备。综合应用保密技术、数字水印技术。形成了完全自主知识产权的技术体系,获得多项软件著作权。

  (二) 建立完善的卫星数据处理生产线。引进国外卫星资源,加快国产卫星资源的使用,建立国家级卫星遥感综合影像库

  在影像数据生产方面,从最开始单纯的使用ERDAS 、PCI软件,到与ESRI、PCI公司建立合伙关系,到利用合作资源、技术进行自主创新。在这个过程中,公司积极引进吸收国内外的先进技术,并在使用的过程中,逐步利用这些国内外的软件进行二次开发,加快和提高数据生产的进度和质量。如今,通过吸收并进行自主创新,实现了在诸多环节已经完全实现自主知识产权,形成了整套自动/半自动化生产工艺及平台软件系统。从2008年开始,已经形成了完整覆盖全国十余个省的区域级高分影像数据库,覆盖200余个地级以上城市的城市级高分影像库,总面积超过200万平方公里,超过300TB的影像数据量。

  这个影像库计划以每年增加100万平方公里高分数据,每年更新30%数据增长。这也是国内第一个按照数据库方式来系统的建设的一个国家级的卫星遥感综合影像库。随着国产卫星的能力和技术指标的不断提高,计划利用3年的时间,使得实现三个城市经济圈(共六省两市)区域内中分辨率卫星数据国产化率达到90%,高分辨率卫星静态数据国产化率达到50%,动态高分辨率数据国产化率达到10%。加快国产卫星的商业化应用程度,逐步替换国外卫星资源。

  (三) 研发卫星遥感综合信息服务平台并搭建运营平台,通过互联网在线提供综合影像服务

  正如前面所述,未来的数据应用将通过互联网来提供服务。因此,建设一个卫星遥感综合信息服务平台对未来的服务至关重要。

  天目卫星遥感综合信息服务平台采用四层结构,分别由数据层、引擎层、接口层和应用层,

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  同时建立“营帐系统”和“网络维护管理系统”两套辅助管理系统,用以管理用户信息和系统的维护,建立一个稳定运行的服务平台。

  同时在北京、上海、广州建立运营分支机构,架设专门的服务器,提供不同的接口,使得不同的应用通过不同的接入方式均能方便的使用影像数据。

  (四) 建设面向不同行业的示范系统,促进卫星影像的行业应用

  1. 和国家测绘局一起共建共享,建设“公益性地图服务网站”的示范应用系统,推广产业化应用受国家测绘局的委托,天目创新和国家测绘局基础地理信息中心合作,建设“公益性地图服务网站”。以空间信息库为基础内容,建立地理信息公众服务平台,把地理信息应用推向普通百姓生活,达到地理信息公众层面的共享。通过地理信息服务于公众生活,并与公众应用产生良性互动,全社会参与地理信息资源建设,从而推动地理信息资源的不断自我更新和完善。

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  在建设这个示范系统的过程中,逐步完善天目卫星影像数据库,并将这个数据库的成果应用到政府的公共信息平台中。

  2. 卫星遥感影像为国土资源调查提供底图服务

  天目创新和国家国土资源部相关部门合作,提供国土资源调查所需要的各种比例尺下的卫星底图数据,并在其中提供土地变化的一些增值应用服务。在本项目的应用示范中,将利用影像生产工具,提高生产数据的效率,同时,逐步用国产卫星替代国外卫星数据,逐步将国产卫星的利用率提高到50%以上。

  3. 卫星遥感影像在城市规划行业的应用

  天目创新将与石家庄市规划局合作,在城市规划领域采用卫星遥感影像,提高城市规划的现势性与应用的便捷性。在本行业应用中,石家庄城市规划局提供业务流程与模型,天目创新提供相关的地图服务,利用国产卫星的现势性,提高城市规划的时效。

  4. 卫星遥感影像在互联网门户网站和移动终端的应用

  天目创新将与搜狐公司合作,在搜狐公司的本地搜索网站“搜狗”地图中加入天目创新的卫星影像地图,与矢量地图叠加,搜狐网有着广泛的互联网用户,借助于搜狐的影响,可以扩大卫星遥感影像在公众的感知度,有利于遥感影像的推广和民用,促进互联网行业中卫星影像的广泛应用。同时,开展面向移动终端的卫星影像服务,将卫星影像推广到普通公众中。

  四、结束语

  作为一个拥有13亿人口、经济快速增长的3S大国,我们应该充分认识未来卫星遥感发展给我们带来的观念、技术、市场的冲击。同时,也应抓住当前人们对数字地球高度关注,数字空间信息持续升温所带来的机遇,利用这些年来积累的技术资源和市场资源,整合自己的优势力量发展自己具有知识产权技术体系,大力拓展影像在各个行业的应用,打破国外企业在目前这一领域的绝对优势,加快对国外技术的引进、消化和吸收过程,迅速实现卫星资源的国产化,实现国内市场的替代甚至占领国际市场,促进我们民族信息技术产业的发展,为我们国家的信息化建设及国民经济的快速持续发展提供强有力的信息资源支撑。(程晓阳 孙亚夫
 

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