资源一号02C卫星地质矿产与地质灾害环境应用模式及关键技术研究
成果简介
项目“资源一号02C卫星地质矿产与地质灾害环境应用模式及关键技术研究”为国土资源部公益性行业科研专项经费项目，项目编号201311036，执行周期为2013年1月-2015年12月。
资源一号02C卫星(简称02C卫星)于2011年12月22日11时26分在中国太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射，02C卫星是根据国土资源主体业务定制的第一颗国产高分辨率业务卫星，标志着我国遥感卫星从科研试验型向业务应用型的转变。02C卫星的成功发射对地质矿产、地质灾害环境等应用既是机遇，也是挑战，它缓解了地质资源环境领域对2米、5米左右空间分辨率遥感数据的紧迫需求。但在没有经验可循的条件下如何用好这颗业务卫星、保证卫星业务可持续地支撑地矿业务等是面临的主要问题。
为此，项目主要综合首颗业务卫星的时空特性，构建了02C卫星综合产品指标体系，研建了产品的生产技术流程，建立了在轨卫星数据质量监测指标体系和监测方法，建立了资源一号02C卫星应用模式，支撑了业务卫星应用、研制及业务系统的开发。建立了02C卫星采集与分发模式，发展了海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术，开发了海量数据管理与服务系统，综合检索效率提升10倍，支撑实现了对02C卫星数据的有效管理和应用。发展了基于检校的02C卫星数据几何和辐射处理方法，开展总计31期数据质量监测工作，研发了多层次多尺度的地质解译技术，建立了多源数据协同找矿综合应用模式，实现了卫星数据地质调查和找矿的规模化应用。发展了02C卫星数据地质灾害解译方法，探索了数据同化技术在地质灾害分析与敏感性评价应用，建立了资源一号02C卫星数据地质灾害应用模式。
项目研发了数据服务系统1套，申请软件著作权1项，发表论文4篇，培养技术骨干5名，研究生2名，并建立了内蒙北山遥感地质找矿、云南东川遥感地质灾害监测、新疆哈密卫星数据质量评价等三个典型示范区，开展了02C卫星矿产资源评价关键技术、地质灾害编录及敏感性评价关键技术和卫星数据质量持续监测与应用效果综合评价技术示范应用，编制了北山系列地质图件、圈定成矿远景5处、成矿有利区2处；编制了东川四期地质灾害监测与危险性区划图件。
通过开展02C卫星业务推广会，将项目部分技术和流程向行业用户进行了推广和宣传，推动了卫星应用标准化及使用效果的提升。项目的相关成果已在遥感地质调查业务基础产品生产、产品服务、遥感地质调查等中得到深入及其规模化应用，有力地促进了调查监测的效率和信息综合能力，逐步摆脱了对国外遥感技术的依赖局面；实现国土资源领域2米左右卫星数据国产化替代比例95%，使国产卫星成为国土资源各主体业务的主力数据源，服务资源环境重大战略任务，并对支撑后续卫星业务应用系统立项与开发、业务卫星论证与立项发挥重要作用，其中涉及的技术在多光谱国产卫星数据应用中得到了使用，在“陆海观测卫星应用系统建设”等国土资源卫星业务应用系统的设计和立项中，有重要的指导意义。
资源一号02C卫星(简称02C卫星)于2011年12月22日11时26分在中国太原卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射，02C卫星是根据国土资源主体业务定制的第一颗国产高分辨率业务卫星，标志着我国遥感卫星从科研试验型向业务应用型的转变。02C卫星的成功发射对地质矿产、地质灾害环境等应用既是机遇，也是挑战，它缓解了地质资源环境领域对2米、5米左右空间分辨率遥感数据的紧迫需求。但在没有经验可循的条件下如何用好这颗业务卫星、保证卫星业务可持续地支撑地矿业务等是面临的主要问题。
为此，项目主要综合首颗业务卫星的时空特性，构建了02C卫星综合产品指标体系，研建了产品的生产技术流程，建立了在轨卫星数据质量监测指标体系和监测方法，建立了资源一号02C卫星应用模式，支撑了业务卫星应用、研制及业务系统的开发。建立了02C卫星采集与分发模式，发展了海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术，开发了海量数据管理与服务系统，综合检索效率提升10倍，支撑实现了对02C卫星数据的有效管理和应用。发展了基于检校的02C卫星数据几何和辐射处理方法，开展总计31期数据质量监测工作，研发了多层次多尺度的地质解译技术，建立了多源数据协同找矿综合应用模式，实现了卫星数据地质调查和找矿的规模化应用。发展了02C卫星数据地质灾害解译方法，探索了数据同化技术在地质灾害分析与敏感性评价应用，建立了资源一号02C卫星数据地质灾害应用模式。
项目研发了数据服务系统1套，申请软件著作权1项，发表论文4篇，培养技术骨干5名，研究生2名，并建立了内蒙北山遥感地质找矿、云南东川遥感地质灾害监测、新疆哈密卫星数据质量评价等三个典型示范区，开展了02C卫星矿产资源评价关键技术、地质灾害编录及敏感性评价关键技术和卫星数据质量持续监测与应用效果综合评价技术示范应用，编制了北山系列地质图件、圈定成矿远景5处、成矿有利区2处；编制了东川四期地质灾害监测与危险性区划图件。
通过开展02C卫星业务推广会，将项目部分技术和流程向行业用户进行了推广和宣传，推动了卫星应用标准化及使用效果的提升。项目的相关成果已在遥感地质调查业务基础产品生产、产品服务、遥感地质调查等中得到深入及其规模化应用，有力地促进了调查监测的效率和信息综合能力，逐步摆脱了对国外遥感技术的依赖局面；实现国土资源领域2米左右卫星数据国产化替代比例95%，使国产卫星成为国土资源各主体业务的主力数据源，服务资源环境重大战略任务，并对支撑后续卫星业务应用系统立项与开发、业务卫星论证与立项发挥重要作用，其中涉及的技术在多光谱国产卫星数据应用中得到了使用，在“陆海观测卫星应用系统建设”等国土资源卫星业务应用系统的设计和立项中，有重要的指导意义。
技术状况
创新性
独占性
盈利性
持续性
先进性
成熟度
项目主要技术创新体现在产品综合体系构成、卫星质量持续监测与应用效果综合评价技术、海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术、地质灾害分析的数据同化技术等，研发了数据服务系统1套，申请软件著作权1项，发表论文4篇。
1.产品综合体系构成。
从1999年成功发射资源一号01星以来，因受多方面的限制，至今没有建立起我国资源类卫星的应用模式，尤其是业务卫星的应用模式，以及其产品的体系构建、相关定义等。项目针对地矿领域和国产卫星面临无相关的应用产品体系的应用瓶颈，针对02C星的数据特点、数据覆盖能力和数据质量，制定出既能满足业务需要，又能兼顾02C星特征的综合产品与指标体系，这本身就是一项先进性的工作。项目从产品规格，产品的多样性，产品生产的全过程性、可操作性、可推广性出发，构建了由共性基础产品2类、业务基础产品5类、业务专题及综合产品7类的综合产品体系，使国产卫星数据地矿应用产品有规格可依。目前对中国地质调查局提供的国产卫星数据产品基本上是按照这个产品体系进行产品生产和服务，促进了卫星的规模化应用。总体而言，这在我国资源类陆地卫星业务化发展具有重要意义。
2.卫星质量持续监测与应用效果综合评价技术。
随着卫星在轨持续运行，卫星平台状态和传感器载荷参数会有一定程度上的改变，目前通用的做法是定期开展辐射校正工作，调整传感器增益等成像参数。但这样的做法无法有效评估卫星质量的持续变化特征。并且就地质矿产核心应用而言，持续针对矿产资源勘查、矿产资源开发调查与监测以及地质灾害调查与监测业务开展特定的02C星应用效果综合评价更具实际意义。本项内容的开展可为后续卫星系统研建提供有意义的监测数据，同时进一步明确数据质量的变化与季节、气候等年季，月季规律性变化之间的关系以及对地矿核心业务应用效果的影像，以此指导数据有效应用。
对卫星质量持续监测与应用效果综合评价，目前也没有一套完整的综合监测评价技术方法，更多地是在卫星相关载荷故障的基础之上进行卫星在轨健康监视。这里主要从图像数据发生异常/变化的角度，评判卫星运行异常对数据质量的影响，由质量到对应用的影响。同时目前因大量地使用的是国外的卫星数据，对于数据质量变化对应用的影响还很少涉及。作为国土资源部首颗业务卫星，正好有机会有能力开展此项工作。通过以持续监测02C星的质量变化，分析其对矿产资源开发、地质灾害环境调查与监测等应用的影响。
3.海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术。
由于卫星数据每天不间断下传，数据量大，需要海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术。集中的数据管理，使数据大规模聚合、多应用共享的同时，数据应用性能问题凸显出来，为了确保数据库环境下02C数据的实战能力，项目所开展的海量数据高效索引方法及策略研究，指导了相关应用系统充分集成存储资源，并以此建立了具有稳定性能支持、运行维护能力强的各数据库实体；针对大规模应用后影像文件、过程数据等非结构化数据所面对多种处理事务场景下的数据并发访问、多种更新入口等应用调度环节遇到的挑战，开展了基于内容管理的相关技术研究，形成了有效的数据调度策略。高效索引技术以优选成熟索引技术为基础，对检索进行第一步优化：选用B-tree索引对结构化的元数据属性信息进行优化，并选用空间格网索引对02C空间分布图层进行优化，经验证均有效地提升了属性及空间检索的效率；然后根据空间图层查询效率存在随数据量增大而线性降低的情况，并在数据量增大后导致检索性能降低的条件下，研究了基于K-V型主存数据库的海量数据高效空间检索技术，以进一步提升空间检索效率。在综合评价多种质检方案的速度、稳定性以及实现难度等因素之后，建立了以人工判读为主，自动判读为辅的技术流程体系对02C数据进行质量检查。通过开发专门的人工判读软件模块，简化了流程及操作方法，提高了质量检查的效率。
4.地质灾害分析的数据同化技术。
从卫星数据的时间特性出发，探索开展地质灾害分析的数据同化技术。本项目所探索引入数据同化技术，通过对同一位置不同时间、不同获取方式、不同表达方式的数据进行同化处理，将其快速、合理的转化为具有时空一致性和物理一致性的信息，为在统一的时空框架下开展动态监测提供地质灾害敏感性分析模型。多时相02C数据并联合其他遥感数据开展灾害分析可充分利用遥感不同遥感平台多谱段多成像方式等特点，包含丰富的地物信息为灾害解译提供了丰富的信息资源。项目选取信息量模型实现多类型数据的同化，通过用地质灾害发生过程中熵的减少来表征地质灾害事件产生的可能性。其研究本身具有先进性。
项目将相关技术研究成果在解决关键技术、构建规范性的产品体系、形成高效的应用与服务模式等方面具有创新性。
1.产品综合体系构成。
从1999年成功发射资源一号01星以来，因受多方面的限制，至今没有建立起我国资源类卫星的应用模式，尤其是业务卫星的应用模式，以及其产品的体系构建、相关定义等。项目针对地矿领域和国产卫星面临无相关的应用产品体系的应用瓶颈，针对02C星的数据特点、数据覆盖能力和数据质量，制定出既能满足业务需要，又能兼顾02C星特征的综合产品与指标体系，这本身就是一项先进性的工作。项目从产品规格，产品的多样性，产品生产的全过程性、可操作性、可推广性出发，构建了由共性基础产品2类、业务基础产品5类、业务专题及综合产品7类的综合产品体系，使国产卫星数据地矿应用产品有规格可依。目前对中国地质调查局提供的国产卫星数据产品基本上是按照这个产品体系进行产品生产和服务，促进了卫星的规模化应用。总体而言，这在我国资源类陆地卫星业务化发展具有重要意义。
2.卫星质量持续监测与应用效果综合评价技术。
随着卫星在轨持续运行，卫星平台状态和传感器载荷参数会有一定程度上的改变，目前通用的做法是定期开展辐射校正工作，调整传感器增益等成像参数。但这样的做法无法有效评估卫星质量的持续变化特征。并且就地质矿产核心应用而言，持续针对矿产资源勘查、矿产资源开发调查与监测以及地质灾害调查与监测业务开展特定的02C星应用效果综合评价更具实际意义。本项内容的开展可为后续卫星系统研建提供有意义的监测数据，同时进一步明确数据质量的变化与季节、气候等年季，月季规律性变化之间的关系以及对地矿核心业务应用效果的影像，以此指导数据有效应用。
对卫星质量持续监测与应用效果综合评价，目前也没有一套完整的综合监测评价技术方法，更多地是在卫星相关载荷故障的基础之上进行卫星在轨健康监视。这里主要从图像数据发生异常/变化的角度，评判卫星运行异常对数据质量的影响，由质量到对应用的影响。同时目前因大量地使用的是国外的卫星数据，对于数据质量变化对应用的影响还很少涉及。作为国土资源部首颗业务卫星，正好有机会有能力开展此项工作。通过以持续监测02C星的质量变化，分析其对矿产资源开发、地质灾害环境调查与监测等应用的影响。
3.海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术。
由于卫星数据每天不间断下传，数据量大，需要海量数据高效索引以及面向任务的数据调度技术。集中的数据管理，使数据大规模聚合、多应用共享的同时，数据应用性能问题凸显出来，为了确保数据库环境下02C数据的实战能力，项目所开展的海量数据高效索引方法及策略研究，指导了相关应用系统充分集成存储资源，并以此建立了具有稳定性能支持、运行维护能力强的各数据库实体；针对大规模应用后影像文件、过程数据等非结构化数据所面对多种处理事务场景下的数据并发访问、多种更新入口等应用调度环节遇到的挑战，开展了基于内容管理的相关技术研究，形成了有效的数据调度策略。高效索引技术以优选成熟索引技术为基础，对检索进行第一步优化：选用B-tree索引对结构化的元数据属性信息进行优化，并选用空间格网索引对02C空间分布图层进行优化，经验证均有效地提升了属性及空间检索的效率；然后根据空间图层查询效率存在随数据量增大而线性降低的情况，并在数据量增大后导致检索性能降低的条件下，研究了基于K-V型主存数据库的海量数据高效空间检索技术，以进一步提升空间检索效率。在综合评价多种质检方案的速度、稳定性以及实现难度等因素之后，建立了以人工判读为主，自动判读为辅的技术流程体系对02C数据进行质量检查。通过开发专门的人工判读软件模块，简化了流程及操作方法，提高了质量检查的效率。
4.地质灾害分析的数据同化技术。
从卫星数据的时间特性出发，探索开展地质灾害分析的数据同化技术。本项目所探索引入数据同化技术，通过对同一位置不同时间、不同获取方式、不同表达方式的数据进行同化处理，将其快速、合理的转化为具有时空一致性和物理一致性的信息，为在统一的时空框架下开展动态监测提供地质灾害敏感性分析模型。多时相02C数据并联合其他遥感数据开展灾害分析可充分利用遥感不同遥感平台多谱段多成像方式等特点，包含丰富的地物信息为灾害解译提供了丰富的信息资源。项目选取信息量模型实现多类型数据的同化，通过用地质灾害发生过程中熵的减少来表征地质灾害事件产生的可能性。其研究本身具有先进性。
项目将相关技术研究成果在解决关键技术、构建规范性的产品体系、形成高效的应用与服务模式等方面具有创新性。
市场状况
市场分析
商业模式
营销状况
项目在卫星应用综合应用模式、应用技术关键、地质矿产资源与地质灾害等业务应用方面取得一些成果，已经应用于当前遥感地质资源环境调查主体业务中，推动利用业务卫星解决资源环境重大问题，并将可创新国土资源调查和管理/监管模式。项目的研究成果支撑了卫星业务应用系统、2米/8米卫星（3颗）工程、5米光学卫星工程的立项论证。项目的成果解决了国产业务卫星的深入应用面临的一系列问题，对我国业务卫星的可持续发展奠定了技术和应用模式基础，将对利用国产卫星解决资源环境问题、推进遥感科技的进步、创新国土资源调查监管模式等产生深远影响。
转化需求状况
拟采取的转化方式：
合作研发
资金需求额：
1000万元
应用推广已投入情况：
869万元
融资用途：
产品研发
管理团队状况
公司治理结构
公司管理结构
财务状况
评价机构
评价意见
评价机构：
国土资源部科技与国际合作司
评价方式：
评价日期：
2017-07-10
推荐单位
- 单位名称:
- 自然资源部
完成单位
- 单位名称:
- 中国自然资源航空物探遥感中心
- 单位性质:
- 科研院所
联系方式
- 联系电话:
- 010 - 64444088
- 电子邮件:
- cgdj@tech110.cn
所属领域
- 所属新兴产业领域:
- 新一代信息技术
- 所属高新技术领域:
- 地球、空间与海洋
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