本文优先出版于中国工程院院刊《中国工程科学》2021年第6期
作者：赵文波，李帅，李博，卫征，侯宇葵，申志强，闫伟，于龙江，龚燃，陈虎，戚发轫
来源：新一代体系效能型对地观测体系发展战略研究[J].中国工程科学,2021,23(6).
编者按
对地观测（遥感卫星）系统是空间基础设施的重要组成部分，作为国家信息基础设施在空间的延伸，在显著提高自主对地观测信息获取能力，有力掌控信息资源主导权，及时把握全球经济、资源、环境、社会发展态势等方面具有重要作用。目前，我国基本建立了陆地、海洋、大气三大系列遥感卫星系统，但也存在重卫星工程、轻数据应用、数据服务不到位等突出问题，为此，需要对照未来对地观测高质量、高效益、高效率的发展要求，开展体系效能型对地观测体系发展战略研究，为未来我国对地观测体系高质量发展提供基础参考。
中国工程院院刊《中国工程科学》2021年第6期将发表中国工程院戚发轫院士科研团队的《新一代体系效能型对地观测体系发展战略研究》一文。文章在研判对地观测卫星系统的国际发展态势、总结我国领域发展现状的基础上，阐述体系效能型对地观测体系的建设需求，剖析我国领域发展面临的挑战，据此提出了以“体系效能”为特征的新一代对地观测体系发展目标、体系构成、重点任务。文章认为，为实现我国遥感卫星应用服务体系与服务能力的现代化，由业务服务型向体系效能型的跨越转变，应基于顶层设计指引，以“高分天目计划”重大项目为抓手，构建天地一体化的感知骨干网、管控数传工具网，实施重大应用示范工程，建强国家型谱化数据源、各类定量应用库、云产业生态平台，以此由卫星工程向卫星应用工程转型升级，构建内涵完整的国家民用空间基础设施。
一、前言
建设现代化经济体系，形成新发展格局，推进国家治理体系和治理能力现代化，对我国对地观测体系提出了新的更高要求。对地观测体系作为航天强国的核心建设内容、国家战略科技力量的重要构成，需要科学规划顶层设计，提高体系综合应用效能，从而融入国家发展大局、支撑重大战略实施、赋能各类传统业务。对地观测（遥感卫星）系统是空间基础设施的重要组成部分，作为国家信息基础设施在空间的延伸，在显著提高自主对地观测信息获取能力，有力掌控信息资源主导权，及时把握全球经济、资源、环境、社会发展态势等方面具有重要作用。例如，对地观测系统是辅助解决全球气候变化、粮食安全、资源能源安全、环境保护、大气污染防治、防灾减灾等重大经济社会问题的必要手段，同时能够驱动产业升级换代，催生新兴产业集群。
当前，国际卫星遥感发展进入了“精致为用”能力的新阶段，新型探测手段不断涌现，人工智能（AI）、大数据、云计算等前沿技术与遥感技术深度融合，“软件+ 服务”正在颠覆传统应用模式，引领卫星遥感体系全面革新。在学术研究层面，完成了对地观测系统发展趋势、遥感技术和产业发展回顾、新型卫星遥感系统发展路径、遥感卫星地面站与地面系统建设方向等内容探讨。也要注意到，我国未来对地观测系统体系化研究有待开展，统筹空间系统、地面系统、应用系统以及未来产业发展的战略研判有所缺乏。针对于此，本文开展对地观测卫星系统的国际发展态势及我国发展现状梳理，研判体系建设需求与面临挑战，提出体系总体发展思路、重点建设任务，以期为未来我国对地观测体系高质量发展提供基础参考。
二、对地观测卫星系统国际发展态势与我国发展现状
（一）国际发展态势
1. 体系化部署对地观测系统以提升效能
发达国家高度重视空间系统的顶层设计，保持空间对地观测系统规模与能力的快速发展。美国计划发展WorldView Legion 星座（由6 颗卫星构成）并与在轨服役的WorldView-3 卫星组成观测体系，旨在发挥包括多星组网、多轨道配合、高重访、高定位精度等在内的整体效能。美国的行星公司、黑天全球公司等新兴企业，持续部署光学、合成孔径雷达（SAR）、视频等小卫星星座，成为美国对地观测能力体系的有效补充，不断增强体系的弹性、应用范围与效能，在全球变化、资源利用等方面体现出价值。
2. 对地观测体系发展注重“精致为用”
有效载荷技术的不断发展，推动了遥感数据向高空间分辨率、高光谱分辨率、精细化精准化观测发展。例如，从可见光、红外到激光、微波，数据精度越来越高，空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率不断提升；辨识能力显著增强，直接带动了遥感应用越来越“精致”，相应广度和深度不断延伸。在应用中衍生出的新需求和精致化应用，又转变为驱动地观测技术持续创新的主导力量。未来遥感应用将更多地面向定量化、高精度应用场景，面向产业深层次需求，也将促进空间信息产业链的不断完善与纵深发展。
3. 遥感应用向“云+端”智能服务转变
以“哨兵计划”（由欧洲航天局主导）天地一体、云端一体、全球公共服务为代表的信息化服务模式极大促进了应用发展。美国、欧洲积极开展AI、新型网络技术在空间设施的应用探索研究，如天地一体云操作系统、空间大数据、软件定义网络等为遥感应用生态注入了活力。未来遥感应用将以数据共享平台为核心，以网络安全技术为保障，便于用户迅速获取数据，通过加载应用软件来动态定义所需的服务等级。“云+ 端”是打破信息“烟囱”“壁垒”的可行手段，显著提升信息获取、处理、传输、分发效率，将是未来空间综合信息智能服务的基础。
（二）我国发展现状
从1966 年开始研制第一颗陆地遥感卫星开始，到高分辨率对地观测系统（简称“高分专项”）、国家民用空间基础设施规划的实施，我国对地观测发展可划分为4 个阶段。
1. 单星试验应用阶段（1966—2005 年）
随着1970 年4 月24 日“东方红一号”卫星的升空，我国成为世界上第五个能够自主发射卫星的国家；但受限于技术、经济等条件，在此阶段卫星研制周期长，“十年一星”是常态。1999 年“资源一号”卫星发射后获得了大量的观测数据，却面临着没人用、不会用、不好用的尴尬局面；为此在谋划“资源一号”02 星立项时，相关管理机构提出没人用、没有效益的遥感卫星不建议立项。与此同时，国内陆地卫星用户年需耗费上亿美元经费采购国外的卫星数据。
2. 单星天地一体化业务服务阶段（2005—2010 年）
随着遥感卫星应用的深入，各行业提出了发展本行业“部门应用卫星”的迫切需求。各部门都意图建立类似于气象、海洋系列的地面应用系统，导致我国对地观测卫星系统出现“烟囱林立”的重复建设局面。这一阶段的主要特征是单颗卫星工程采取6 大系统“纵向”论证立项的模式：主用户参与论证和研制全过程，承担应用关键技术攻关研发，参与卫星发射后在轨测试相关工作；地面系统、应用系统建设另行立项办理。这一模式初步解决了卫星研制与地面、应用脱节，陆地遥感卫星标准数据源统筹接收处理与分发等问题，但也导致在轨卫星任务规划、卫星数据调度权分散，整体效率和效益相对不高。
3. 多星天地一体化业务服务阶段（2010—2020 年）
“高分专项”标志着我国遥感行业进入第三阶段。特别是在2015 年，为了消除科技与产业之间的鸿沟，专项数据应用总体在“形成空间信息产业链”方面采取切实举措，研究形成了包括数据源系统、地面系统建设及运行、应用系统、软环境系统、“高分专项”数据应用总体部署在内的“五位一体”总体布局；研究形成了应用推广“十要素”理论架构总体方案，涵盖国家治理、地方发展、国际合作、技术体系、产业体系、政策措施、标准规范、共享平台、产业联盟、众创空间。
在政策、标准、平台层面积极开展论证和实施工作，如《高分辨率对地观测系统重大专项数据应用推广指导意见》《高分辨率对地观测系统重大专项卫星遥感数据管理暂行办法》《高分数据应用产品分级标准》（简称7 级产品标准）等103 项标准，据此推进遥感应用快速走向产品化、工程化；创建“高分应用综合信息服务共享平台”，发布系列“中国高分卫星应用国家报告”；为履行航天大国责任，提高国家形象力、贡献力、话语权，发布了中国首个国际数据政策，创建了“中国国家航天局高分卫星16 m 数据共享服务平台（CNSA-GEO平台）”，获得国际遥感界的积极使用和评价。“高分专项”通过布局遥感化、产品化、标准化、工程化、业务化、产业化、生态化、国际化，明确了由科技到产业的发展路径，基本实现由“星多用少”（“倒三角形”）向打开应用局面、扩大应用规模（“正三角形”）的创新跨越。
4. 有待开展的体系效能型发展阶段
《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025 年）》的发布实施，极大增强了遥感行业发展的信心和动力。率先将“高分专项”卫星后续业务星立项实施，有效缓解了行业牵头主用户、其他主用户的主体业务对数据源长期、连续、稳定运行的迫切需求；后续，卫星数据源将极大丰富，新型载荷谱系将不断拓展，卫星技术水平及数据产出将持续提升。
未来新一代体系效能型对地观测系统的发展，旨在适应遥感系统供给侧结构性改革的需要，着眼产业链全局并聚焦以下5 个方面：天基遥感骨干网体系布局、数传测控工具网天地高效匹配、数据应用产业化国际化、全产业链自主可控、应用基础库及软件工程化定型。以质量、覆盖、时效、产业等体系效能提升为核心目标，积极采用大数据、AI 等新一代信息技术，构建满足日常、应急两类需求的体系效能型对地观测新体系，同步强化软环境系统建设。通过持续努力，从传统的“遥感卫星工程”转型升级为“遥感卫星应用工程”，加速推进从现阶段的“形成空间信息产业链”到2035 年的“建强空间信息产业链”，力求新增产业价值、壮大产业规模。
三、我国体系效能型对地观测体系建设需求与面临挑战
（一）需求分析
1. 着眼全球环境变化，提升话语权和贡献力
气候变化、重大灾害、生态环境、碳排放、冰川融化、水资源短缺等全球性问题，事关人类可持续发展。面对激烈的国际竞争与博弈，我国需要采取有力的科技手段，为粮食安全、能源安全等提供保障，尽可能准确及时地获取全球农业产量与分布、能源储备与运输等关键信息。“一带一路”、人类命运共同体等重大倡议，是我国积极承担大国责任的体现；国家利益向全球延伸，亟需全面、系统、精细地获取地球系统信息并据此深化认知。对地观测可在地球系统科学，粮食、能源、冰川、水等资源的全球监测方面发挥关键作用，支持应对碳达峰、碳中和，全球气候变化，重大灾害，生态环境保护与治理等重大挑战。在这些方面应当严谨科学地发出中国声音、提出中国方案、贡献中国力量。
2. 支撑国家治理体系和治理能力现代化
在“高分专项”的支持下，对地观测在国家部委、省级政府层面基本实现了工程化、业务化应用，为各级政府部门的政务信息化建设提供了有力支持。后续，对地观测需紧密结合资源资产产权制度改革、要素市场化配置等国家重大政策，各部委“三定”方案规定的主要职责，各省份重大需求及基础特色，更好与相关主体业务加强融合并深化应用，对自然资源、农业、水资源、电力、能源等经济命脉要素实施精准监测并提供及时保障。例如，对地观测将是助力长江经济带建设等重大区域战略，海洋、交通等强国战略实施的核心数据来源与关键技术手段；《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》更是要求运用物联网、卫星遥感、无人机等技术手段，强化对水文、气象、地灾、雨情、凌情、旱情等状况的动态监测和科学分析，建设“智慧黄河”。
3. 服务三次产业高质量发展
在转入高质量发展阶段的时代背景下，我国的三次产业都面临提质、增效、升级的迫切需求。第一产业肩负粮食安全、乡村振兴等重要任务，对地观测可为现代农业、新农村建设等提供有力支撑，对农业信贷、期货、保险、普惠金融等提供技术与情报支持。第二产业肩负信息化和工业化融合、深化实施《中国制造2025》等重要任务，对地观测具有良好的产业链延伸性，可对高端装备制造业产生良好的促进、牵引作用。第三产业肩负推进产业数字化、数字产业化（尤其是数据增值服务）等重要任务，对地观测作为新型大数据、新型信息服务的源头，可助力诸多业务在信息化、智能化、精细化处置与管理方面的能力提升。
4. 引领技术进步，占据创新制高点
针对全球治理、国家治理、数字经济、产业发展等需求，遥感系统仍面临卫星探测精度、数据反演精度、数据一致性等技术挑战，在定量化、地面真值、监测精度、共性产品研发、工程化/ 产品化定型等方面存在短板。为此需加强遥感卫星应用工程颠覆性技术创新，如“遥、通、导”融合，多源、多尺度遥感数据融合处理等；发展全球、全天候、全天时、全谱段的感知与信息探测处理服务，形成实时化、集成化、智能化，天地资源功能、控制、数据协同共享的对地观测系统；构建兼具高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的空间信息探测能力，形成多源空间信息在同一时空基准框架下的整合能力；提取地球空间、自然界、人类社会的各类要素信息，搭建全息虚拟地球平台，实现地球环境的数字孪生、全球变化虚拟实验场，为各类应用提供全域无缝覆盖、全维均衡服务的信息保障。
（二）面临挑战
1. 对地观测系统体系化设计薄弱
目前我国的遥感卫星型号多样，缺少落实体系化设计、以应用为驱动的国家工程总体；卫星布局不够合理，既有重复又有空白，如光学遥感卫星较多在上午10:30 过境，SAR 卫星主要在早晚6:30 过境，对特定区域的重访时间间隔分布不平衡；数据型谱不够完善，数据质量参差不齐。这些薄弱环节制约了对地观测系统应用效能的充分发挥，不能全面满足日常应用与应急需求。
2. 管理政策滞后，解放数据源力度不够
在我国，对地观测领域的主要矛盾已转变为各类用户日益增长的旺盛需求与数据应用服务之间的不平衡、不充分，需求和供给、公平与效率的矛盾突出。遥感数据的生产、分配、流通、消费等诸多环节不畅，数据共享政策滞后或执行不到位；尚未解放数据源以提供充分的公共服务，数据获取渠道不畅、目标数据获取难仍是制约产业化发展的政策瓶颈；数据挖潜不够与数据资源浪费严重现象并存，重要应用成果不足，管理问题大于技术问题。此外，陆地卫星数据“国库”与商业界限不清，公益服务质量效率不能完全满足社会需求。
3. 数传匹配和测控时效性差距较大
我国当前在轨的高数据率卫星效能发挥不到30%，存在卫星在轨空转、未能在全球、全时段开机工作等资源浪费现象。天地测控分工不合理、数传不匹配问题频发，致使遥感卫星的综合应用效能偏低、数据时效性大打折扣，也就使得对地观测系统的应用规模长期得不到提升，不利于甚至制约了综合应用效能发挥。
4. 定量化、产业化应用“地基不牢”
在国家层面未有稳定的渠道来支持建设定量化应用亟需的光谱数据库等基础库、标准库，也缺少鼓励改用国产软件的引导性政策。行业的基础软件工具水平不高，高校教材案例库大多是国外的卫星数据、算法模型和软件，导致国产专业软件推广应用极为困难，产业生态面临以基础性软件“卡脖子”为代表的一系列问题。若国外供应商禁售或限制遥感软件进口，可能面临与芯片发展类似的产业风险。
四、 新一代体系效能型对地观测体系总体发展思路
（一）发展目标
到2035 年，建成新一代体系效能型对地观测体系。以体系效能型公共服务新理念为导向，以满足应急需求为底线思维，支撑建设内涵完整的国家民用空间基础设施，形成由创新链、产品链、供给链、服务链、价值链、政策链、人才链构成的空间信息产业链全链条发展格局，实现卫星工程向卫星应用工程转型升级、卫星应用服务体系与服务能力现代化、卫星应用由业务服务型向体系效能型的重大跨越。
以“高分天目计划”为核心，构建日常观测和应急观测骨干网。沿用“高分专项”模式构建日常观测网，以应急思维为底线构建应急观测网；在高、中、低轨道上部署适度数量的数据型谱；与海洋、大气观测等卫星系统结合，同步部署天地匹配的测控数传工具网、应用系统、软环境系统，形成“五位一体”的遥感卫星应用工程（见图1）。
强化顶层设计，统筹“遥、通、导”卫星综合应用。“十四五”时期，通过优化配置构建日常观测天级、应急观测2 小时级的重访能力；2035 年建成日常观测天级、应急观测分钟级的重访能力。在动态、弹性的发展理念下，构筑未来对地观测体系。根据不同阶段的应用需求、针对实施过程中出现的新问题、新技术以及颠覆性技术，优化调整“高分天目计划”实施内容，支持建设内涵完整，“天、地、用”一体的空间基础设施。
（二）体系构成与主要特征
1. 体系构成
新一代体系效能型对地观测体系以应用共性产品体系、专题产品体系先行为驱动，构建数据型谱并据此牵引有效载荷工程。针对应急、日常两种不同性质的需求，优化布局时空协调的对地观测骨干网、天地匹配的测控数传工具网。建设云生态平台、政策标准软环境，保障公共服务及软件系统的自主可控。打造“以用领建”的遥感卫星应用工程，涵盖应用工程总体、应用系统、数据源骨干网、地面系统及工具网、软环境系统（见图2）。
2. 主要特征
对地观测体系具备“新一代”、体系化、效能型等重大特征。着眼未来十五年的发展背景与应用需求，跳出传统发展模式，按照高效、集约、适用、好用、用好的原则，贯彻体系效能新理念并制定优化配套政策，带动新技术突破，形成产业链全新发展格局。充分提升对地观测体系的整体效能，在应对全球变化、提升国家治理能力、促进经济社会发展、引领科技进步等诸多方面再上新台阶。
一是对地观测体系为构建内涵完整的空间基础设施确立关键基础。贯彻“五位一体”总体发展思路，在真值数据库、政策与标准制定等方面加大建设力度，补足空间基础设施体系设计方面的短板，形成空间基础设施的遥感能力基本框架。提供未来十五年空间基础设施发展所需的遥感能力演进与发展路线图，着力解决应用“地基不牢”的问题，明确空间基础设施后续发展的重点方向，为空间基础设施内涵的丰富完善提供解决方案。
二是对地观测体系沿用“高分专项”的“十要素”架构来开展顶层设计和工程建设。把握十类要素，做好顶层部署，实施战略布局；借鉴“高分专项”三年论证、十年实施的宝贵经验，合理反映体系效能型对地观测体系的特色、特征，全面发力“建强空间信息产业链”，尽快消除从科技到产业的鸿沟。
三是对地观测体系按照数据型谱来构建天地一体化的遥感卫星骨干网。数据是连接应用系统、卫星系统、地面系统的纽带，未来发展“围绕数据说话”，合理体现数据在研究、论证、规划、设计等环节的权重。革新当前以卫星设计及研制为核心的规划方式，瞄准数据、产品、服务等关键问题，以系统理念、体系思维通盘考虑，形成并运用好包括遥感需求分析统筹、体系效能优化、载荷/ 卫星可靠设计在内的完整论证框架。
四是对地观测体系突出软环境系统的作用。政策和标准“双轮”驱动体系效能的充分发挥，推进卫星应用从业务服务型转向具有公共服务性质的体系效能型；解放数据源，为产业发展注入强劲动力，引导社会资本、商业航天有序高效地向应用端投入。采用方法、标准体系一体化的形式，系统并规范地解决需求统筹不足、数据标准不统一、载荷布局欠优化等发展瓶颈问题。
五、 新一代体系效能型对地观测体系重点建设任务
（一）智能化卫星应用工程总体能力建设
注重并优化顶层设计，构建新一代体系效能型对地观测体系的“四梁八柱”。建设天地一体化感知骨干网、管控数传工具网，实施“四个面向”（面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康）重大应用示范工程，建强型谱化数据源、共性应用产品体系、定量应用相关库、云产业生态平台；由卫星工程转型升级为卫星应用工程，支撑内涵完整的国家民用空间基础设施建设。到2035 年，形成应急需求分钟级、日常需求天级的重访能力以及配套的地面系统运控能力，实现卫星应用服务体系和服务能力现代化。
开展新一代体系效能型对地观测体系的工程总体建设，全面提升天地一体化大系统论证仿真、骨干网综合指挥调度及应急“一键任务规划”、数据调度与监管、应用产品真实性检验及质量评测、定型共性产品与软件自主可控生产能力、资源共享与服务平台运维等能力。以公共服务新理念为导向，实施需求侧管理、供给侧结构性改革，统筹“遥、通、导”卫星综合应用，形成链条完整的空间信息产业。
在近期，“高分天目计划”重大专项/ 重大工程实施方案论证择机启动，涉及7 个环节的顶层设计。
①科学统筹应急、日常两类数据型谱，创新实施有效载荷工程，注重载荷间的谱段一致性设计，超前部署应用共性产品体系，开展数据应用处理颠覆性技术研发；
②根据应急、日常两类需求下的数据型谱、重访时效性，开展卫星观测骨干网轨道布局的体系化设计；
③为解决数传和测控实效性问题，开展民商协同的测控与数传工具网匹配化设计，提升星上智能处理、存储、数传能力，解决当前高数据率卫星效能不到30% 的低效问题，使得遥感卫星工程实现100% 的效能设计；
④实现骨干网指挥调度、数据管理平台的层级化，如重大应急机制启动时，由国家级“一键任务规划系统”统筹调度民商资源及决策支撑，分层级调度相关资源以精准实施保障；
⑤一体化布局技术体系和产业体系，加强定量化、产业化应用相关的数据库及原创算法软件工程化定型服务，增强国家数据中心、应用技术中心、国际服务中心的基础能力；
⑥融合“遥、通、导”卫星应用，创新应用场景，实施应用示范工程，发展提供公共服务的遥感卫星数据应用云产业生态平台，实现云化、活化、进化的可持续发展格局；
⑦持续加强制度化的软环境系统建设，实现坚实有效的政策标准、体制机制创新引领。
（二）生态化遥感卫星数据应用共享云平台
依托新一代信息技术，实施国家遥感数据云工程，建设国家级遥感数据应用共享服务云生态平台、国家时空数字地球系统。建立完备的数据接收、处理、分发、应用能力，在云生态平台上集聚有望形成产品和服务的民商数据源及各类资源，通过数据应用全方位创造价值。
开展代表性的遥感应用示范工程建设，实现关联软件应用的工程化、业务化、产业化、国际化；在长江流域、黄河流域、世界第三极、黑土地保护等典型遥感应用方面取得突破性进展，全面提升包括自然灾害防御在内的综合应急服务能力。开展共性应用支撑平台建设，建立覆盖全国、辐射全球、军民商共用的遥感卫星国家定标与真实性检验场体系；建设自主可控、世界领先的遥感应用软件产品体系，为遥感空间信息产业高质量发展、规范化运行、常态化监管提供关键支撑。
在近期，重点完善涵盖定量化应用库和自主可控软件工程的应用系统，主要包括6 个方面：
①盘活现有数据资源，在“高分专项”共享服务云平台的基础上，发展国家遥感卫星应用服务云生态平台，最大化公共服务能力；
②加强遥感应用系统的基础设施建设，包括与精准化公共服务相关的地物光谱库、AI 子样库、真实性检验数据库、原创算法库、共性产品软件库等；
③实施标志性重大应用示范工程，“由一拓三”，支撑国内行业治理与数字经济发展，体现国际话语权与贡献力；
④实施自主可控原创算法应用软件替代行动，推动国产数据和软件成为高校教材；
⑤在中国文昌国际航天城，做强做优CNSA-GEO 国际服务平台、国际首席科学家创新实验室，使之成为遥感应用国际中心；
⑥高质量发布相关数据政策和应用标准，促进遥感卫星数据应用的生产力发展。
（三）科学化数据型谱和应用共性产品体系
建设并完善“高分天目计划”数据型谱，满足日常、应急、国家安全的监测需求。针对填补要素探测空白、提升要素性能指标的目标建设高分型谱，围绕均衡轨道布局、提升观测效能的目标建设天目网数据型谱。
开展应用共性产品关键技术攻关和工程化研制，在有效载荷工程研制的同时，部署应用共性产品3~5 级研制及国家真实性检验系统；实施遥感数据应用全产业链软件的自主自强可控定型，显著降低应用门槛，充分发挥数据潜质。
（四）体系化卫星骨干网设计
基于在轨卫星、空基规划卫星，以满足应急和日常需求的体系效能最优为目标，深度融合日常监测与应急监测卫星来构成骨干网体系。突破骨干网优化设计关键技术，构建大系统天基轨道布局仿真能力、天地一体化效能最优的仿真平台能力；优化布局沿长江流域、黄河流域等倾斜轨道运行的卫星体系，显著提高流域监测的时效性。
发展着力点从传统的“卫星工程”模式调整为“五位一体”的“卫星应用工程”模式，重点将“高分专项”的7 级产品标准上升为国家标准（0~2 级标准对应数据型谱化，3~5 级标准对应共性产品工程化，6~7 级标准对于专题产品规模化），以此为基础构建遥感空间信息产业链的技术体系和产业体系。针对新要素探测需求、轨道均衡布局要求开展新型卫星论证，优化布局卫星轨位，体现高效能、集约化发展特征，显著提升观测体系的效率和效益。
（五）效能化遥感卫星工程与有效载荷工程
积极调整以往观测与应用服务脱节的成像做法，而以应用为牵引，以成像数量、成像质量等效能性指标来考核卫星的寿命及价值，据此开展单个卫星工程的指标体系设计。对标国家高分型谱，围绕填补探测要素空白并提升卫星性能指标的要求，开展新型遥感卫星技术体系梳理和关键技术攻关；对标天目网型谱，围绕轨道均衡布局、2 h 观测间隔的目标，开展卫星系统架构设计及总体方案研制。开展新一代信息技术与卫星平台技术相融合的关键技术研究，提升在轨机动能力与智能化水平。
按照国家高分型谱要求，开展新型探测要素载荷、先进有效载荷的关键技术研究；依据天目网型谱，开展光学弱光探测、雷达高效率天线的机电热一体化设计等载荷关键技术研究。通过关键技术突破，提升均衡部署轨道的技术能力，满足应急需求的数据质量需求。
（六）匹配化测控与数传工具网
适应任务规划智能化的发展趋势，针对卫星骨干网和蓬勃发展的商业遥感需求，建立民商测控能力。统筹利用商业测控网，与应急体系建设相适应，充分挖掘卫星使用效能；突破测控新体制关键技术，综合提升测控能力。
适应大数据量民用遥感卫星数传的发展趋势，突破激光高速数传关键技术，形成微波、激光数传链路标准配置，规划建设激光数传通信地面接收站网。发展星上智能化、高存储能力，与应急体系建设相适应，提升全球数据获取能力；突破数传新技术体制，显著提升数传能力。
优化布局沿长江流域、黄河流域的倾斜轨道运行卫星体系，增强流域监测的时效性。“十四五”时期，通过优化配置实现应急需求的2 小时级重访；配置星上智能处理，将星上自动提取的变化检测“小数据量”产品经由中继卫星测控数传，再以广播形式传输到移动“用户端”。日常监测所需数据保持在天级重访能力，沿用现行模式，将遥感载荷直接获取的“大数据量”产品经由地面接收站下传至数据中心，再由地面系统处理后分发应用。
（七）层级化骨干网综合指挥调度平台
建设体系效能仿真与综合评估系统，突出面向应用需求，实现对地观测的全要素、全链条、多任务仿真能力。结合实际运行状态，常态化开展体系效能的分析、对比、评估、优化。
建设国家遥感综合指挥调度日常分层级和应急“一键式”任务规划系统，提升对卫星骨干网的综合指挥调度与任务规划能力，全面解决卫星载荷统筹调度、数据快速获取等问题。完善系统运行机制，实现应用驱动、基于效能的卫星任务规划管控能力。
（八）制度化软环境系统建设
继承“高分专项”从科技到产业“形成空间信息产业链”的“十要素”理论等软环境建设成果，以增量带存量，从顶层着手开展对地观测体系天地一体化运行机制、政策、标准等的优化设计。适时调整民用空间基础设施的建设目标和着力点，对于国家公益卫星数据源，从仅免费服务行业主用户的调整为在安全可控并优先保障行业主用户的基础上向全社会免费提供公共服务。通过软环境优化，驱动数据资源高质量、高效率共享，明显降低应用门槛，促进相关产业活力发展，保持对地观测体系良性运转。
科学制定数据分配政策，充分释放数据源的活力。公平高效分配数据并保持有序流通，在做强、做大卫星应用产业的同时，引导商业航天、社会资本规范有序地开展空间信息产业链中下游薄弱环节的发展布局；努力形成民商协调共筑技术链、创新链、产业链、供给链、价值链、金融链、政策链、人才链的发展格局，使社会成本最低、综合效益最优。
六、对策建议
（一）完善体制机制，加强组织体系建设
新一代体系效能型对地观测体系必然是极其复杂的系统工程，涉及增量配置与现有格局的调整、投资渠道科目的科学配置、管理与工程部门的利益、体制机制的改革创新。建议抓牢顶层设计，采取强有力的领导与跨部门的体制机制创新，在继承“高分专项”管理经验模式的基础上做好“全国一盘棋”。面向体系、追求效能，优化组织体系建设，完善组织管理制度；科学制定实施路线图，合理分解任务目标并明确职责分工，尤其是体系应用效能应由一个具体部门负责到底。加强体系实施的跟踪评估与监督管理，确保规划目标和任务全面落实，尤其是体系建成后的效能目标应完成到位；对参与组织的考核应与体系整体效能直接挂钩。
（二）完善政策标准，推动遥感应用深化
针对遥感产业全链条发展存在的不足和问题，建议紧扣市场需求，出台包括国家遥感、商业遥感、数据与应用、国家服务采购、遥感产品出口、国际化发展在内的政策体系。明确与对地观测体系相关的决策、监管、激励管理机构和组织流程，形成分类分级的数据开放与共享机制。推动国产遥感数据公益性服务、商业服务、国际市场服务协调发展，实现遥感产业能力升级和效益提升。
针对遥感卫星应用数据产品分类、分级标准不统一，数据产品应用条块分割、互不兼容、难以协同等问题，建议遵循具有一致性的原则和方法，按照标准体系框架来制定一致性及复合测试的具体内容；构建我国自主遥感卫星数据产品与服务技术的标准体系，据此推动卫星遥感数据与服务向业务化、标准化加速转变。
加强国产卫星数据的国内共享服务，同时推进国产境外数据的国际市场推广与服务。建设国家级空间数据中心，推动“中国资源卫星中心”政企资源的分离与改革（将公益属性和市场属性分离）；加强遥感共性信息产品的共享服务能力，合理降低应用门槛，培育和壮大遥感数据的社会化应用。
（三）强化天地一体化顶层设计，注重前沿技术运用
针对当前对地观测卫星应用面临的“多星组网、多网协同”能力不足等问题，加强天地一体大总体设计能力；以数据型谱为中心，形成覆盖需求统筹，遥感载荷/ 卫星研制，数据接收、处理、存储，遥感信息获取，数据与信息的交换、共享、管理，应用实施的全流程监管能力。按需设立总体设计与标准规范的实施主体，统领规划与管理标准的制定工作，优化对地观测“标准– 技术–产品– 应用”全产业链的保障能力，支持体系应用效能全面提升。
针对日常和应急两类应用需求，实现对地观测卫星系统的星座化、稳定化发展。加强算法模型、基础数据库、应用软件研发，积极运用新一代信息技术赋能遥感应用，实现传统遥感数据接收、处理、分发、使用等诸多环节的重大革新。通过天地一体协同发展和技术进步，持续提升对地观测卫星的体系效能。
注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。
作者介绍
强化顶层设计，统筹“遥、通、导”卫星综合应用。“十四五”时期，通过优化配置构建日常观测天级、应急观测2 小时级的重访能力；2035 年建成日常观测天级、应急观测分钟级的重访能力。在动态、弹性的发展理念下，构筑未来对地观测体系。根据不同阶段的应用需求、针对实施过程中出现的新问题、新技术以及颠覆性技术，优化调整“高分天目计划”实施内容，支持建设内涵完整，“天、地、用”一体的空间基础设施。
（二）体系构成与主要特征
1. 体系构成
新一代体系效能型对地观测体系以应用共性产品体系、专题产品体系先行为驱动，构建数据型谱并据此牵引有效载荷工程。针对应急、日常两种不同性质的需求，优化布局时空协调的对地观测骨干网、天地匹配的测控数传工具网。建设云生态平台、政策标准软环境，保障公共服务及软件系统的自主可控。打造“以用领建”的遥感卫星应用工程，涵盖应用工程总体、应用系统、数据源骨干网、地面系统及工具网、软环境系统（见图2）。
2. 主要特征
对地观测体系具备“新一代”、体系化、效能型等重大特征。着眼未来十五年的发展背景与应用需求，跳出传统发展模式，按照高效、集约、适用、好用、用好的原则，贯彻体系效能新理念并制定优化配套政策，带动新技术突破，形成产业链全新发展格局。充分提升对地观测体系的整体效能，在应对全球变化、提升国家治理能力、促进经济社会发展、引领科技进步等诸多方面再上新台阶。
一是对地观测体系为构建内涵完整的空间基础设施确立关键基础。贯彻“五位一体”总体发展思路，在真值数据库、政策与标准制定等方面加大建设力度，补足空间基础设施体系设计方面的短板，形成空间基础设施的遥感能力基本框架。提供未来十五年空间基础设施发展所需的遥感能力演进与发展路线图，着力解决应用“地基不牢”的问题，明确空间基础设施后续发展的重点方向，为空间基础设施内涵的丰富完善提供解决方案。
二是对地观测体系沿用“高分专项”的“十要素”架构来开展顶层设计和工程建设。把握十类要素，做好顶层部署，实施战略布局；借鉴“高分专项”三年论证、十年实施的宝贵经验，合理反映体系效能型对地观测体系的特色、特征，全面发力“建强空间信息产业链”，尽快消除从科技到产业的鸿沟。
三是对地观测体系按照数据型谱来构建天地一体化的遥感卫星骨干网。数据是连接应用系统、卫星系统、地面系统的纽带，未来发展“围绕数据说话”，合理体现数据在研究、论证、规划、设计等环节的权重。革新当前以卫星设计及研制为核心的规划方式，瞄准数据、产品、服务等关键问题，以系统理念、体系思维通盘考虑，形成并运用好包括遥感需求分析统筹、体系效能优化、载荷/ 卫星可靠设计在内的完整论证框架。
四是对地观测体系突出软环境系统的作用。政策和标准“双轮”驱动体系效能的充分发挥，推进卫星应用从业务服务型转向具有公共服务性质的体系效能型；解放数据源，为产业发展注入强劲动力，引导社会资本、商业航天有序高效地向应用端投入。采用方法、标准体系一体化的形式，系统并规范地解决需求统筹不足、数据标准不统一、载荷布局欠优化等发展瓶颈问题。
五、 新一代体系效能型对地观测体系重点建设任务
（一）智能化卫星应用工程总体能力建设
注重并优化顶层设计，构建新一代体系效能型对地观测体系的“四梁八柱”。建设天地一体化感知骨干网、管控数传工具网，实施“四个面向”（面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康）重大应用示范工程，建强型谱化数据源、共性应用产品体系、定量应用相关库、云产业生态平台；由卫星工程转型升级为卫星应用工程，支撑内涵完整的国家民用空间基础设施建设。到2035 年，形成应急需求分钟级、日常需求天级的重访能力以及配套的地面系统运控能力，实现卫星应用服务体系和服务能力现代化。
开展新一代体系效能型对地观测体系的工程总体建设，全面提升天地一体化大系统论证仿真、骨干网综合指挥调度及应急“一键任务规划”、数据调度与监管、应用产品真实性检验及质量评测、定型共性产品与软件自主可控生产能力、资源共享与服务平台运维等能力。以公共服务新理念为导向，实施需求侧管理、供给侧结构性改革，统筹“遥、通、导”卫星综合应用，形成链条完整的空间信息产业。
在近期，“高分天目计划”重大专项/ 重大工程实施方案论证择机启动，涉及7 个环节的顶层设计。
①科学统筹应急、日常两类数据型谱，创新实施有效载荷工程，注重载荷间的谱段一致性设计，超前部署应用共性产品体系，开展数据应用处理颠覆性技术研发；
②根据应急、日常两类需求下的数据型谱、重访时效性，开展卫星观测骨干网轨道布局的体系化设计；
③为解决数传和测控实效性问题，开展民商协同的测控与数传工具网匹配化设计，提升星上智能处理、存储、数传能力，解决当前高数据率卫星效能不到30% 的低效问题，使得遥感卫星工程实现100% 的效能设计；
④实现骨干网指挥调度、数据管理平台的层级化，如重大应急机制启动时，由国家级“一键任务规划系统”统筹调度民商资源及决策支撑，分层级调度相关资源以精准实施保障；
⑤一体化布局技术体系和产业体系，加强定量化、产业化应用相关的数据库及原创算法软件工程化定型服务，增强国家数据中心、应用技术中心、国际服务中心的基础能力；
⑥融合“遥、通、导”卫星应用，创新应用场景，实施应用示范工程，发展提供公共服务的遥感卫星数据应用云产业生态平台，实现云化、活化、进化的可持续发展格局；
⑦持续加强制度化的软环境系统建设，实现坚实有效的政策标准、体制机制创新引领。
（二）生态化遥感卫星数据应用共享云平台
依托新一代信息技术，实施国家遥感数据云工程，建设国家级遥感数据应用共享服务云生态平台、国家时空数字地球系统。建立完备的数据接收、处理、分发、应用能力，在云生态平台上集聚有望形成产品和服务的民商数据源及各类资源，通过数据应用全方位创造价值。
开展代表性的遥感应用示范工程建设，实现关联软件应用的工程化、业务化、产业化、国际化；在长江流域、黄河流域、世界第三极、黑土地保护等典型遥感应用方面取得突破性进展，全面提升包括自然灾害防御在内的综合应急服务能力。开展共性应用支撑平台建设，建立覆盖全国、辐射全球、军民商共用的遥感卫星国家定标与真实性检验场体系；建设自主可控、世界领先的遥感应用软件产品体系，为遥感空间信息产业高质量发展、规范化运行、常态化监管提供关键支撑。
在近期，重点完善涵盖定量化应用库和自主可控软件工程的应用系统，主要包括6 个方面：
①盘活现有数据资源，在“高分专项”共享服务云平台的基础上，发展国家遥感卫星应用服务云生态平台，最大化公共服务能力；
②加强遥感应用系统的基础设施建设，包括与精准化公共服务相关的地物光谱库、AI 子样库、真实性检验数据库、原创算法库、共性产品软件库等；
③实施标志性重大应用示范工程，“由一拓三”，支撑国内行业治理与数字经济发展，体现国际话语权与贡献力；
④实施自主可控原创算法应用软件替代行动，推动国产数据和软件成为高校教材；
⑤在中国文昌国际航天城，做强做优CNSA-GEO 国际服务平台、国际首席科学家创新实验室，使之成为遥感应用国际中心；
⑥高质量发布相关数据政策和应用标准，促进遥感卫星数据应用的生产力发展。
（三）科学化数据型谱和应用共性产品体系
建设并完善“高分天目计划”数据型谱，满足日常、应急、国家安全的监测需求。针对填补要素探测空白、提升要素性能指标的目标建设高分型谱，围绕均衡轨道布局、提升观测效能的目标建设天目网数据型谱。
开展应用共性产品关键技术攻关和工程化研制，在有效载荷工程研制的同时，部署应用共性产品3~5 级研制及国家真实性检验系统；实施遥感数据应用全产业链软件的自主自强可控定型，显著降低应用门槛，充分发挥数据潜质。
（四）体系化卫星骨干网设计
基于在轨卫星、空基规划卫星，以满足应急和日常需求的体系效能最优为目标，深度融合日常监测与应急监测卫星来构成骨干网体系。突破骨干网优化设计关键技术，构建大系统天基轨道布局仿真能力、天地一体化效能最优的仿真平台能力；优化布局沿长江流域、黄河流域等倾斜轨道运行的卫星体系，显著提高流域监测的时效性。
发展着力点从传统的“卫星工程”模式调整为“五位一体”的“卫星应用工程”模式，重点将“高分专项”的7 级产品标准上升为国家标准（0~2 级标准对应数据型谱化，3~5 级标准对应共性产品工程化，6~7 级标准对于专题产品规模化），以此为基础构建遥感空间信息产业链的技术体系和产业体系。针对新要素探测需求、轨道均衡布局要求开展新型卫星论证，优化布局卫星轨位，体现高效能、集约化发展特征，显著提升观测体系的效率和效益。
（五）效能化遥感卫星工程与有效载荷工程
积极调整以往观测与应用服务脱节的成像做法，而以应用为牵引，以成像数量、成像质量等效能性指标来考核卫星的寿命及价值，据此开展单个卫星工程的指标体系设计。对标国家高分型谱，围绕填补探测要素空白并提升卫星性能指标的要求，开展新型遥感卫星技术体系梳理和关键技术攻关；对标天目网型谱，围绕轨道均衡布局、2 h 观测间隔的目标，开展卫星系统架构设计及总体方案研制。开展新一代信息技术与卫星平台技术相融合的关键技术研究，提升在轨机动能力与智能化水平。
按照国家高分型谱要求，开展新型探测要素载荷、先进有效载荷的关键技术研究；依据天目网型谱，开展光学弱光探测、雷达高效率天线的机电热一体化设计等载荷关键技术研究。通过关键技术突破，提升均衡部署轨道的技术能力，满足应急需求的数据质量需求。
（六）匹配化测控与数传工具网
适应任务规划智能化的发展趋势，针对卫星骨干网和蓬勃发展的商业遥感需求，建立民商测控能力。统筹利用商业测控网，与应急体系建设相适应，充分挖掘卫星使用效能；突破测控新体制关键技术，综合提升测控能力。
适应大数据量民用遥感卫星数传的发展趋势，突破激光高速数传关键技术，形成微波、激光数传链路标准配置，规划建设激光数传通信地面接收站网。发展星上智能化、高存储能力，与应急体系建设相适应，提升全球数据获取能力；突破数传新技术体制，显著提升数传能力。
优化布局沿长江流域、黄河流域的倾斜轨道运行卫星体系，增强流域监测的时效性。“十四五”时期，通过优化配置实现应急需求的2 小时级重访；配置星上智能处理，将星上自动提取的变化检测“小数据量”产品经由中继卫星测控数传，再以广播形式传输到移动“用户端”。日常监测所需数据保持在天级重访能力，沿用现行模式，将遥感载荷直接获取的“大数据量”产品经由地面接收站下传至数据中心，再由地面系统处理后分发应用。
（七）层级化骨干网综合指挥调度平台
建设体系效能仿真与综合评估系统，突出面向应用需求，实现对地观测的全要素、全链条、多任务仿真能力。结合实际运行状态，常态化开展体系效能的分析、对比、评估、优化。
建设国家遥感综合指挥调度日常分层级和应急“一键式”任务规划系统，提升对卫星骨干网的综合指挥调度与任务规划能力，全面解决卫星载荷统筹调度、数据快速获取等问题。完善系统运行机制，实现应用驱动、基于效能的卫星任务规划管控能力。
（八）制度化软环境系统建设
继承“高分专项”从科技到产业“形成空间信息产业链”的“十要素”理论等软环境建设成果，以增量带存量，从顶层着手开展对地观测体系天地一体化运行机制、政策、标准等的优化设计。适时调整民用空间基础设施的建设目标和着力点，对于国家公益卫星数据源，从仅免费服务行业主用户的调整为在安全可控并优先保障行业主用户的基础上向全社会免费提供公共服务。通过软环境优化，驱动数据资源高质量、高效率共享，明显降低应用门槛，促进相关产业活力发展，保持对地观测体系良性运转。
科学制定数据分配政策，充分释放数据源的活力。公平高效分配数据并保持有序流通，在做强、做大卫星应用产业的同时，引导商业航天、社会资本规范有序地开展空间信息产业链中下游薄弱环节的发展布局；努力形成民商协调共筑技术链、创新链、产业链、供给链、价值链、金融链、政策链、人才链的发展格局，使社会成本最低、综合效益最优。
六、对策建议
（一）完善体制机制，加强组织体系建设
新一代体系效能型对地观测体系必然是极其复杂的系统工程，涉及增量配置与现有格局的调整、投资渠道科目的科学配置、管理与工程部门的利益、体制机制的改革创新。建议抓牢顶层设计，采取强有力的领导与跨部门的体制机制创新，在继承“高分专项”管理经验模式的基础上做好“全国一盘棋”。面向体系、追求效能，优化组织体系建设，完善组织管理制度；科学制定实施路线图，合理分解任务目标并明确职责分工，尤其是体系应用效能应由一个具体部门负责到底。加强体系实施的跟踪评估与监督管理，确保规划目标和任务全面落实，尤其是体系建成后的效能目标应完成到位；对参与组织的考核应与体系整体效能直接挂钩。
（二）完善政策标准，推动遥感应用深化
针对遥感产业全链条发展存在的不足和问题，建议紧扣市场需求，出台包括国家遥感、商业遥感、数据与应用、国家服务采购、遥感产品出口、国际化发展在内的政策体系。明确与对地观测体系相关的决策、监管、激励管理机构和组织流程，形成分类分级的数据开放与共享机制。推动国产遥感数据公益性服务、商业服务、国际市场服务协调发展，实现遥感产业能力升级和效益提升。
针对遥感卫星应用数据产品分类、分级标准不统一，数据产品应用条块分割、互不兼容、难以协同等问题，建议遵循具有一致性的原则和方法，按照标准体系框架来制定一致性及复合测试的具体内容；构建我国自主遥感卫星数据产品与服务技术的标准体系，据此推动卫星遥感数据与服务向业务化、标准化加速转变。
加强国产卫星数据的国内共享服务，同时推进国产境外数据的国际市场推广与服务。建设国家级空间数据中心，推动“中国资源卫星中心”政企资源的分离与改革（将公益属性和市场属性分离）；加强遥感共性信息产品的共享服务能力，合理降低应用门槛，培育和壮大遥感数据的社会化应用。
（三）强化天地一体化顶层设计，注重前沿技术运用
针对当前对地观测卫星应用面临的“多星组网、多网协同”能力不足等问题，加强天地一体大总体设计能力；以数据型谱为中心，形成覆盖需求统筹，遥感载荷/ 卫星研制，数据接收、处理、存储，遥感信息获取，数据与信息的交换、共享、管理，应用实施的全流程监管能力。按需设立总体设计与标准规范的实施主体，统领规划与管理标准的制定工作，优化对地观测“标准– 技术–产品– 应用”全产业链的保障能力，支持体系应用效能全面提升。
针对日常和应急两类应用需求，实现对地观测卫星系统的星座化、稳定化发展。加强算法模型、基础数据库、应用软件研发，积极运用新一代信息技术赋能遥感应用，实现传统遥感数据接收、处理、分发、使用等诸多环节的重大革新。通过天地一体协同发展和技术进步，持续提升对地观测卫星的体系效能。
注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。
作者介绍
戚发轫，空间技术专家，中国工程院院士。
在主持“东方红一号”（中国第一颗人造卫星）研制工作时，提出完整的地面实验方案，为保证发射成功做出贡献。在主持“东方红二号”通信卫星研制工作时，提出并建立了卫星可靠性设计规范，为提高卫星可靠性做出了有益的工作。在主持“东方红三号”第二代通信广播卫星时采用公用平台和模块化设计原则和多项新技术，不仅使中国通信卫星上了一个新台阶，并为后续卫星研制提供一个技术成熟的公用平台。在主持“神舟”号飞船时制定了具有中国特色、符合中国实际情况的总体方案，“神舟”五号飞船完成了中国首次载人飞行。作为总设计师在解决卫星和飞船研制过程中的重大工程技术问题上发挥了指导和决策作用，做出了系统的、创造性的成就和贡献。
