建設(shè)“直播地球”系統(tǒng)，為人類***提供中國(guó)方案

編者按：楊元喜院士在《人民政協(xié)報(bào)》（2022年12月8日）發(fā)文指出：自主創(chuàng)新是原始創(chuàng)新的根基，沒有自主創(chuàng)新就沒有原始創(chuàng)。所有新跟隨式的“微創(chuàng)新”“模仿創(chuàng)新”都不是真正意義上的自主創(chuàng)新，也不會(huì)實(shí)現(xiàn)“原始創(chuàng)新”。當(dāng)大家驚嘆于美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）“星鏈”計(jì)劃、“星盾”計(jì)劃的顛覆性創(chuàng)新,感慨人工智能的快速發(fā)展，沉浸于ChatGPT的強(qiáng)大作用時(shí)，常常疑問：中國(guó)科學(xué)家的顛覆性創(chuàng)新在哪里？難道我們只會(huì)跟在別人的后邊，循著別人指引的方向進(jìn)行研究嗎？針對(duì)國(guó)際前沿難題，中國(guó)科學(xué)家如何破解？

摘要：

就***產(chǎn)業(yè)而言，***遙感和***通信、導(dǎo)航相比，***遙感規(guī)模和產(chǎn)值微不足道。***遙感如何進(jìn)入普通人的生活，滿足全球80億人口消費(fèi)級(jí)應(yīng)用需求，成長(zhǎng)為比肩***通信和導(dǎo)航的產(chǎn)業(yè)，已成為***技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國(guó)際性難題。本文研究了***遙感的發(fā)展及瓶頸，提出了***實(shí)時(shí)直播地球系統(tǒng)的理念，闡述了系統(tǒng)建設(shè)的重大需求和現(xiàn)實(shí)意義，提出了系統(tǒng)建設(shè)簡(jiǎn)單建議，希望為***提出的人類***提供***遙感方面的中國(guó)方案。

人類正逐步走進(jìn)太空時(shí)代，早從二十世紀(jì)五十年代末，美國(guó)、前蘇聯(lián)就圍繞窺視對(duì)方導(dǎo)彈發(fā)展等任務(wù)，著手發(fā)展***遙感系統(tǒng)。六十多年過去了，相關(guān)技術(shù)不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，***遙感系統(tǒng)對(duì)各國(guó)的軍事和經(jīng)濟(jì)發(fā)揮了越來越重大的作用。但是，與***通信、導(dǎo)航相比，***遙感離百姓應(yīng)用的最后一公里問題還沒有解決，普通老百姓日常生活還不能直接應(yīng)用。***遙感還處于傳統(tǒng)初級(jí)階段，即，靜態(tài)的***遙感1.0時(shí)代。產(chǎn)業(yè)方面，和***其他領(lǐng)域相比，***遙感規(guī)模和產(chǎn)值微不足道。據(jù)美國(guó)***產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的2019年《***產(chǎn)業(yè)報(bào)告》，三大***產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值共2774億美元。其中，***通信1646億美元，占59%；定位導(dǎo)航1091億美元，占39%；***遙感37億美元，只占1.3%。

***遙感如何進(jìn)入普通人的生活，滿足全球80億人口消費(fèi)級(jí)應(yīng)用需求，成長(zhǎng)為比肩***通信和導(dǎo)航的產(chǎn)業(yè)，已成為***技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的國(guó)際性難題。解決這一難題的思路是，建設(shè)全新一代遙感系統(tǒng)，以技術(shù)創(chuàng)新突破時(shí)效性差和建設(shè)成本高的瓶頸，以模式創(chuàng)新促進(jìn)市場(chǎng)繁榮，讓***遙感進(jìn)入動(dòng)態(tài)的2.0時(shí)代，服務(wù)全球，為人類***提供中國(guó)方案。

當(dāng)今居于大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)已成為與石油、煤炭、太陽能一樣資源。主席指出：大數(shù)據(jù)是工業(yè)社會(huì)的自由資源，誰掌握了數(shù)據(jù)，誰就掌握了主動(dòng)權(quán)。IT（信息技術(shù)）在向DT（數(shù)據(jù)技術(shù)）轉(zhuǎn)型。技術(shù)方面，5G技術(shù)為大數(shù)據(jù)應(yīng)用打通了通道，云計(jì)算、人工智能為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供了工具；***方面，近期***機(jī)構(gòu)改革也要成立國(guó)家數(shù)據(jù)局，大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在騰飛。***遙感系統(tǒng)作為地理空間大數(shù)據(jù)的重要組成部分，已經(jīng)成為大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。

一、全球***遙感系統(tǒng)的現(xiàn)狀及問題

遙感技術(shù)蓬勃發(fā)展，2022年9月14日，我國(guó)教育部發(fā)布新版學(xué)科專業(yè)目錄，遙感科學(xué)與技術(shù)上升成為一級(jí)學(xué)科，標(biāo)志著遙感科學(xué)與技術(shù)學(xué)科建設(shè)的重大突破。從遙感***在軌數(shù)量，也可看出全球***遙感發(fā)展較快。截止到2021年4月底，全球在軌活躍遙感***960顆，美國(guó)擁有的數(shù)量排名第一，數(shù)量為442顆；其次為中國(guó)，數(shù)量215顆；第三為日本，數(shù)量為35顆；俄羅斯、印度、歐盟數(shù)量都在15顆以上。遙感數(shù)據(jù)的需求和數(shù)量呈“爆炸式”增長(zhǎng)，用戶數(shù)量急劇增加。但是，***遙感服務(wù)于大眾的最后一公里還沒有打通，主要表現(xiàn)為：系統(tǒng)時(shí)效性差，應(yīng)急響應(yīng)不及時(shí)，無法滿足突發(fā)事件發(fā)生后，第一時(shí)間快速獲取現(xiàn)場(chǎng)信息的需要；缺乏大規(guī)模***星座，沒有服務(wù)全球的能力；缺乏高效的共享平臺(tái)和應(yīng)用模式，大量潛在的政府、企業(yè)和大眾用戶還得不到有效的***空間信息服務(wù)；商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展處于初步階段。急需建設(shè)全新一代系統(tǒng)，讓***遙感從傳統(tǒng)的靜態(tài)1.0時(shí)代，進(jìn)入服務(wù)全民的***遙感2.0時(shí)代。

2022年12月2日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）官網(wǎng)更新了最新的“星盾計(jì)劃（Starshield）”，最大特點(diǎn)是緊貼美軍作戰(zhàn)需求，將對(duì)地觀測(cè)作為主要任務(wù)之一，幫助美軍實(shí)現(xiàn)近乎全天候不間斷的偵察和監(jiān)視，強(qiáng)化美軍“非對(duì)稱”偵察監(jiān)視技術(shù)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建“透明”戰(zhàn)場(chǎng)，打贏未來戰(zhàn)爭(zhēng)。俄羅斯《觀點(diǎn)報(bào)》網(wǎng)站2023年2月7日?qǐng)?bào)道稱，俄版“星鏈”也在積極啟動(dòng)。俄拉沃奇金科研生產(chǎn)聯(lián)合公司將為俄軍將打造全天候***偵察系統(tǒng)，以提高太空偵察能力，逆轉(zhuǎn)俄太空偵察困境。

二、“直播地球”系統(tǒng)理念

直播地球系統(tǒng)：使用由1000顆成像遙感***組成的巨型***星座，將地球上發(fā)生的自然和人為活動(dòng)，進(jìn)行24小時(shí)全天候直播。該系統(tǒng)可以滿足個(gè)人、商業(yè)機(jī)構(gòu)、國(guó)家經(jīng)濟(jì)、國(guó)防軍事的不同需求，服務(wù)于智慧生活、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市等領(lǐng)域，改變?nèi)祟惖纳罘绞胶凸ぷ髂Ｊ健＠纾罕O(jiān)視全球地物和目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，探測(cè)相關(guān)活動(dòng)；監(jiān)視路網(wǎng)車流人流動(dòng)態(tài)，檢測(cè)海上和空中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)非法捕魚漁船或飛行器工作情況；監(jiān)視污染物（海洋油污染、大氣污染等）擴(kuò)散情況，進(jìn)行******；檢測(cè)云的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，監(jiān)視臺(tái)風(fēng)的形成，進(jìn)行精細(xì)氣象預(yù)報(bào)。

該系統(tǒng)突破時(shí)效性和建設(shè)成本兩大技術(shù)瓶頸，建成真正具備直播地球功能的新一代***遙感系統(tǒng)。按照任務(wù)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)重構(gòu)、按需服務(wù)、智能自主的要求，充分應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）、人工智能（AI）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR/AR）、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，建設(shè)以***提供的天基信息為主，融合多源信息的全球地理空間信息實(shí)時(shí)智能服務(wù)系統(tǒng)，提供全球、全天時(shí)、全天候的實(shí)時(shí)服務(wù)，滿足各類用戶的共性與個(gè)性化需求，服務(wù)全人類。

該系統(tǒng)匯集天基和地基各類信息資源，實(shí)時(shí)在線生成各類信息產(chǎn)品，讓***遙感數(shù)據(jù)服務(wù)像GPS一樣普及，為政府、行業(yè)和商業(yè)等領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)應(yīng)用和信息服務(wù)。系統(tǒng)增加了連續(xù)的時(shí)間維，可以記錄整個(gè)地球人類和自然活動(dòng)的完整歷史，主要特點(diǎn)包括：

***數(shù)量劇增，從傳統(tǒng)星座幾顆、幾十顆增加到1000顆巨型組網(wǎng)；

核心技術(shù)從靜態(tài)遙感躍升為動(dòng)態(tài)遙感，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)實(shí)時(shí)觀測(cè)地球；

服務(wù)范圍從局部到全球；

應(yīng)用對(duì)象從國(guó)防、政府部門到服務(wù)全民，大眾級(jí)消費(fèi)；

系統(tǒng)建設(shè)從以***系統(tǒng)為核心到海量用戶云服務(wù)為核心，每顆***只是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)傳感器探測(cè)端；

地面系統(tǒng)完全不同于傳統(tǒng)的***地面應(yīng)用系統(tǒng)。量體裁衣，不同特點(diǎn)的用戶應(yīng)用各自的APP，其設(shè)計(jì)參照大眾應(yīng)用的***導(dǎo)航軟件。

運(yùn)營(yíng)模式從公益到完全市場(chǎng)化；

技術(shù)創(chuàng)新從跟跑、追趕到完全自主性技術(shù)引領(lǐng)。

三、重大需求和現(xiàn)實(shí)意義

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類活動(dòng)的范圍不斷擴(kuò)展，從陸地逐步發(fā)展到海洋、空中乃至外層空間，太空已經(jīng)成為事關(guān)國(guó)家安全的高邊疆，也是世界大國(guó)在科學(xué)技術(shù)、國(guó)防、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域競(jìng)逐優(yōu)勢(shì)的新戰(zhàn)場(chǎng)。***指出：“必須推動(dòng)空間科學(xué)、空間技術(shù)、空間應(yīng)用全面發(fā)展?！毙乱淮?**遙感系統(tǒng)定位于“體現(xiàn)國(guó)家意志，實(shí)現(xiàn)國(guó)家使命，代表國(guó)家水平”，為構(gòu)建人類***提供“中國(guó)方案”。這既是我國(guó)搶占太空資源，占領(lǐng)太空高邊疆，競(jìng)逐國(guó)際戰(zhàn)略制高點(diǎn)的重大機(jī)遇，也是我國(guó)航天事業(yè)做大做強(qiáng)，推進(jìn)大眾化應(yīng)用的迫切需求。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，為構(gòu)建人類***提供“中國(guó)方案”。該系統(tǒng)是一個(gè)全球地理空間信息系統(tǒng)，服務(wù)全人類，提供全球全天時(shí)全天候廣域?qū)崟r(shí)服務(wù)，滿足各類用戶的共性與個(gè)性化需求。該系統(tǒng)具備智能化服務(wù)的功能，為人類更好地了解和管理地球提供根本性、全局性、長(zhǎng)期性的技術(shù)保障。該系統(tǒng)向全球免費(fèi)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，可以拓展中國(guó)***，為***從“***”到“人類***”的戰(zhàn)略構(gòu)想提供技術(shù)和資源保障。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，確保國(guó)家戰(zhàn)略安全。當(dāng)今，國(guó)家邊疆的概念在戰(zhàn)略上已經(jīng)從陸地延伸到遠(yuǎn)海、深空，太空已經(jīng)成為事關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略安全的關(guān)鍵疆域，在太空軌道上運(yùn)行的各類***已成為國(guó)家的重要戰(zhàn)略資產(chǎn)和安全屏障。2015年，我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)軍事戰(zhàn)略國(guó)防白皮書》，將太空列入到四項(xiàng)安全戰(zhàn)略之一。國(guó)家領(lǐng)土、領(lǐng)海和領(lǐng)空的安全需要全球?qū)崟r(shí)天基信息的支持。要想保障我國(guó)戰(zhàn)略安全，首先必須掌握戰(zhàn)略制高點(diǎn)，即制信息權(quán)，勢(shì)迫切需要我國(guó)建設(shè)完善全球?qū)崟r(shí)天基智能信息系統(tǒng)。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，搶占太空資源和太空技術(shù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。近年來，太空資源已經(jīng)成為大國(guó)國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)的前沿，太空資源的爭(zhēng)奪非常激烈。按照國(guó)際電聯(lián)的規(guī)則，先占先登，誰先占據(jù)，誰先注冊(cè)，誰就可以先登上，先登記，先占領(lǐng)。美國(guó)已經(jīng)搶先占領(lǐng)了大量的太空資源，目前一些中小國(guó)家也參與進(jìn)來，搶占太空資源。僅就美國(guó)而言，SpaceX的星鏈星座計(jì)劃準(zhǔn)備將總計(jì)42000顆***送入近地軌道；OneWeb計(jì)劃發(fā)射648顆***。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，打通天基遙感信息服務(wù)大眾的最后一公里。目前，從全球來看，盡管商業(yè)航天的旅程已經(jīng)開啟，但是天基遙感信息只是服務(wù)于政府、國(guó)防以及企業(yè)，服務(wù)大眾的最后一公里還沒有打通，消費(fèi)級(jí)應(yīng)用等瓶頸問題仍未解決。目前，低成本高性能***量產(chǎn)能力依然有限，巨型星座部署尚未全面開啟，部分商業(yè)模式仍需市場(chǎng)驗(yàn)證，面向天地一體化應(yīng)用場(chǎng)景的解決方案有待普及。

建設(shè)新一代全球***遙感系統(tǒng)，推動(dòng)形成我國(guó)天基信息商業(yè)化大眾服務(wù)格局是當(dāng)前需要解決的核心問題。該系統(tǒng)遵循“融入人民生活，推動(dòng)文明進(jìn)步”的理念，采用巨型***星座和完全創(chuàng)新的地面設(shè)計(jì)，將是人類歷史上的第一次真正的直播地球。同時(shí)，為中國(guó)自己的數(shù)字地球提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

四、系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)建議

在當(dāng)今的國(guó)際環(huán)境下，對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)具有較高航天技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，在國(guó)際和本地區(qū)擁有重大安全利益和責(zé)任的大國(guó)，發(fā)展巨型遙感***星座系統(tǒng)需求迫切。這既是維護(hù)國(guó)家安全、確保太空競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、占領(lǐng)技術(shù)制高點(diǎn)、提升國(guó)防和經(jīng)濟(jì)社會(huì)綜合實(shí)力的國(guó)家重大戰(zhàn)略，也是我們?yōu)槿蛉祟愖龀龅闹卮筘暙I(xiàn)。

時(shí)不我待，只爭(zhēng)朝夕。美國(guó)SPACE-X公司在商業(yè)上的巨大成功，以及其“星鏈計(jì)劃”4.2萬顆***的逐步實(shí)施，標(biāo)志著一個(gè)新的航天時(shí)代的來臨。美國(guó)雄厚的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，政府部門軍隊(duì)的支持，疊加商業(yè)的靈活和金融的加持，SPACE-X這一創(chuàng)新的列車，已經(jīng)飛馳。時(shí)間緊迫，我們必須抓住機(jī)會(huì)，只爭(zhēng)朝夕，盡快行動(dòng)，爭(zhēng)取讓我們的數(shù)據(jù)和產(chǎn)品盡早全球應(yīng)用，占據(jù)同類服務(wù)的領(lǐng)先位置，取得先機(jī)。

政府引導(dǎo)，專項(xiàng)推進(jìn)。政府有政策引導(dǎo)，商業(yè)公司就會(huì)跟進(jìn)，資本也會(huì)以跟進(jìn)，將會(huì)形成航天工業(yè)和航天技術(shù)發(fā)展的正循環(huán)。希望國(guó)家建立專門機(jī)構(gòu)，專項(xiàng)推進(jìn)，有效統(tǒng)領(lǐng)研制建設(shè)工作。具體工作包括：開展技術(shù)、政策、***機(jī)制、商業(yè)模式等方面的研究，既能應(yīng)用全球先進(jìn)技術(shù)成果，又可打破現(xiàn)有***機(jī)制禁錮，使系統(tǒng)可持續(xù)良性發(fā)展；開展直播地球和***規(guī)模生產(chǎn)等關(guān)鍵技術(shù)研究，做出引領(lǐng)性、原創(chuàng)性的科學(xué)貢獻(xiàn)。

科學(xué)規(guī)劃，循序漸進(jìn)。第一步，2024-2026年，投入50億元人民幣，發(fā)射100顆低軌遙感光學(xué)***，服務(wù)中國(guó)及“***”需求，在我國(guó)周邊能實(shí)現(xiàn)10分鐘的重訪時(shí)間。第二步，2027-2030年，投入150億元人民幣，全球組網(wǎng)。發(fā)射900顆遙感***，其中光學(xué)***800顆，雷達(dá)***100顆，可以準(zhǔn)實(shí)時(shí)對(duì)全球進(jìn)行觀測(cè)，直播地球，為全球提供免費(fèi)數(shù)據(jù)，為全球80億人提供服務(wù)，為我國(guó)創(chuàng)造萬億元以上的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，也為中國(guó)地理信息企業(yè)走出去創(chuàng)造平臺(tái)。

***創(chuàng)新，合作共贏。積極借鑒國(guó)內(nèi)外商業(yè)公司（特別是SPACE-X）的成功經(jīng)驗(yàn)，打造一個(gè)創(chuàng)新性商業(yè)平臺(tái)。在政府的主導(dǎo)和推動(dòng)下，適時(shí)調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)權(quán)和管理結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新運(yùn)行模式，最終通過***融資實(shí)現(xiàn)自主可持續(xù)發(fā)展。