卫星对地观测任务规划问题简明综述-计算机应用研究
对地观测卫星任务规划研究
我国航天对地观测遥感工作的若干问题浅析及对策建议
论坛F o r u m（中国科学院高技术研究与发展局北京100864）关键词航天对地观测技术，发展，问题*收稿日期：2009年7月22日肖伟刚我国航天对地观测遥感工作的若干问题浅析及对策建议*摘要本文从技术层面浅要阐述了在我国航天对地观测技术蓬勃发展中显现出来的几个主要方面的不足，这些不足点或问题是紧密关联而非孤立的，是不能回避的。
为加速我国航天对地观测技术的发展，国家需从整体和全局上科学统筹改进。
航天对地观测是利用载有传感器的空间飞行器获取有关地球（陆地、大气、海洋）的资源、环境、生态、灾害等信息，是实施对地球的观测与监测的技术体系，包括太空卫星系统、地面数据接收系统、数据处理和分析应用系统。
航天对地观测技术在国家经济建设、国防安全等方面的作用举足轻重，是国家科技实力的重要象征，已经成为全球发展最为迅猛的高技术领域之一。
1975年钱学森主持召开了第一次全国遥感规划筹备会，30多年来，我国对地观测技术从概念引进、学科布局到技术研发，很快得到了蓬勃发展。
在邓小平同志的亲自指导下，通过中美科技合作，1986年建成并运行了中国遥感卫星地面站，返回式遥感卫星、气象卫星等逐步成系列地发展起来，迄今共发射了50多颗地球观测卫星。
我国航天对地观测技术已经进入全面深入发展并正在大力推进业务化、产业化的阶段。
1我国航天对地观测技术若干问题航天对地观测技术涉及的技术学科面广、技术手段繁多、管理部门众多、系统交叉复杂、产业关联紧密，是一个很广泛的应用技术领域。
虽然我国对地观测技术取得了长足的发展和进步，但与发达国家相比，在技术发展要求和我国经济建设的现实需求方面，仍存在很大的差距。
随着国家在该领域投入的加大，使该技术体系得到迅猛发展，与此同时，不足点也更加凸显，主要表现在以下6个方面：1.1数据源问题我国自主长期稳定运行的、无缝覆盖全国乃至全球的即时数据缺乏，大部分数据来自国外，无法满足国家经济和社会发展对遥感数据的时效性需求；自主稳定的高空间分辨率遥感数据源缺乏，主要依赖国外卫星数据，从卫星遥感行业用户的业务运行技术链上，导致业务应用技术难以持续改进和开发，尚未形成良性循环。
卫星地球观测的数据分析与应用
卫星地球观测的数据分析与应用随着科技的不断发展，卫星地球观测技术的应用越来越广泛，不仅在科学研究中得到广泛应用，也成为现代社会的基础设施之一。
在这个领域，数据分析是至关重要的一环。
在这篇文章中，我们将探讨卫星地球观测的数据分析和应用。
一、卫星地球观测技术的种类卫星地球观测技术涉及面很广，包括卫星遥感、导航、通信、气象预报等等。
这些技术很多都是利用卫星从地面、海洋、大气中采集数据，再通过数据处理得到各种应用成果。
其中，卫星遥感是最为重要的一项技术。
它可以利用各种传感器获取地球表面的影像、高程、温度、湿度、气体浓度等数据，进一步分析这些数据，提取有用信息，如地形地貌、气象气候、资源分布、环境状况等。
现代遥感卫星有很高的分辨率和灵敏度，可以做到从整个地球连续、无死角地观测。
二、数据分析的基础卫星遥感数据是海量、复杂的数据，需要进行大量的数据加工和处理。
这其中，数据处理、分类、模型建立和验证等是非常重要的步骤，也是卫星地球观测成果的核心之一。
这需要用到一些数据处理软件，如ArcGIS、ENVI、ERDAS等，同时也需要基础的数学、物理和计算机科学知识作为支持。
数据分析的基本流程通常包括数据采集、数据处理、特征提取、变量分析和模型建立等环节。
其中，数据处理是最为重要的一步，它将原始数据进行预处理、校正，去除干扰和噪声等，为后续的特征提取和分析奠定基础。
三、经典应用案例卫星遥感数据的应用非常广泛，这里只介绍一些经典的案例。
1.森林砍伐监测：通过卫星遥感技术可以实时监测到全球森林覆盖的变化情况，尤其是森林砍伐的情况。
研究人员可以通过遥感图像提取出砍伐面积、时间和地点等信息，对砍伐情况进行监管、预测和控制。
2.遥感地图绘制：卫星遥感数据可以提供高分辨率的地图数据，利用数字地形模型和真实彩色遥感影像，可以绘制出非常精准的地图。
这对于地图制图和城市规划非常重要。
3.水资源管理：卫星遥感数据可以监测全球各大湖泊、河流的水量、水面积、水位线等数据，为水资源管理和防洪灾害提供宝贵的数据支持。
我国卫星应用领域的现状、问题与对策
我国卫星应用领域的现状、问题与对策【摘要】综合分析了我国卫星通信、遥感和导航定位应用领域的现状与问题，并提出了相应的发展对策。
(一)卫星通信领域转发器资源短缺，供需矛盾突出我国的卫星通信事业起步于70年代初，从1984年起，随着我国首颗地球静止轨道试验通信卫星的成功发射，我国的卫星通信开始进入实用阶段。
1985年国家为国内通信卫星空间段建设和发展提出的原则是:“租星过渡，C频段起步和适度满足需要”。
1985年，邮电部租用国际通信卫星上18MHz 带宽转发器，陆续建成北京、拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特和广州5座12m～16m的大型国内卫星通信地球站，形成了初期国内干线卫星通信网。
同期租用一个72MHz转发器，向全国传送中央电视台第一套节目(CCTV-1)，当年建成53 座6m电视单收站，以解决边远、贫困地区收看电视问题，从而开始了卫星电视业务在国内的广泛应用。
到1990年，我国从国际通信卫星组织租(购)的转发器达到9个等效36MHz的转发器。
在租星过渡的同时，国内卫星制造部门也在抓紧研制“东方红2号”甲和“东方红3号”卫星，并分别于1988年3月和1988年12月成功发射了两颗“东方红2号”甲卫星，共有8个C频段转发器，标志着我国通信卫星进入实用阶段。
1992年底，“东方红2号甲”第三颗卫星发射失利。
除“亚星1号”外，其余租用的卫星转发器1992年均已到期，两颗“东方红2号”甲卫星也分别于1992年9月和1993年6月结束设计寿命，因此，中央电视台、中央教育电视台节目传送面临中断的危险，中国通信广播卫星公司经国务院批准，在各相关部门的大力支持下，紧急从美国GTE公司采购了一颗在轨通信卫星SPACENET-1(后定名中星五号)，于1993年7月中旬在我国投入使用，避免了电视传输和通信中断局面的出现。
近年来，随着国民经济的飞速发展及我国国民经济信息化的建设，国内对卫星通信的需求猛增，为了满足用户需求，在等待我国自行研制的大容量通信卫星“东方红3号”发射的同时，又分别租用了“亚太1号”卫星9个等效36MHz转发器和“亚洲2号”5个转发器，以弥补国内空间段资源的严重不足。
卫星测量技术在土地整理中的应用方法
卫星测量技术在土地整理中的应用方法导言：在现代社会，土地整理已成为城市发展和农业生产的重要环节。
为了实现土地的合理规划和有效管理，卫星测量技术应运而生。
本文将介绍卫星测量技术在土地整理中的应用方法，以及其在提高土地利用效率和保护生态环境方面的优势。
一、卫星图像获取卫星测量技术的关键在于卫星图像的获取。
目前，常用的卫星有地球观测卫星、气象卫星和通信卫星等，其中地球观测卫星的应用最广泛。
通过卫星图像的不断更新和高精度的遥感相机，可以实现对土地的全面覆盖和高分辨率的获取，为土地整理的后续工作提供了基础数据。
二、高精度地形数据提取利用卫星测量技术获取的卫星图像，结合数字高程模型（DEM）和数字地面模型（DSM），可以实现对地形的高精度数据提取。
这些数据可以用于土地的三维展示和地形分析，为土地整理的地貌规划提供决策依据。
例如，在城市规划中，可以利用高精度地形数据进行地势分析，确定建筑物的布局和道路的修建等。
三、土地利用变动监测卫星测量技术还可以用于土地利用变动的监测。
通过对不同时间段的卫星图像进行比对和分析，可以实现对土地利用变动的追踪和评估。
这对于城市的发展规划和农田的管理都具有重要意义。
例如，在城市扩张过程中，可以利用卫星测量技术监测到新建道路的情况，从而为城市交通规划提供参考；在农田管理中，可以通过监测农作物的变化情况，及时调整农业生产策略。
四、土地承载力评估土地的承载力是指土地支撑和提供资源的能力。
卫星测量技术可以通过获取土地的空间信息和环境数据，实现对土地承载力的评估。
这对于土地整理中的土地分类和用途规划具有重要意义。
例如，在城市发展中，通过评估土地的承载力，可以明确哪些地区适合用作居住区、商业区或工业区，从而实现土地资源的合理利用。
五、土地环境监测卫星测量技术不仅可以用于土地利用变动的监测，还可以用于土地环境的监测。
通过获取土地的遥感数据，可以实现对土地的水质、土壤质量和植被覆盖等环境指标的评估。
对地观测卫星任务规划问题研究述评
了任务 需求的辅助分析过程 ， 然后 总 结 归 类 现 有 的 区域 目标 分 解 和 任 务 聚 类 的 方 法 ， 在 此基 础上 分别时 单星和 多
星 任 务 规 划模 型 及 求 解 算 法 进 行 述 评 ， 最 后 阐 述 了卫 星任 务 规 划 调 度 需 要 进 一 步研 究 的 问题 。 关 键 词 ：对 地 观 测 卫 星 ；卫 星 任 务 规 划 ； 规 划模 型 ； 规 划 求 解 算 法 中图分 类号 ： Ｖ ４ ７ ４ ． ２ ； ＴＰ ３ １ ９ 文献标志码 ： Ａ Ｄ ０Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ｏ ｏ １ ５ ０ ６ ｘ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ ． １ ３
摘 要 ：卫 星 任 务 规 划 是 卫 星 系 统 核 心 模 块 ， 其 性 能 直 接 影 响 到 卫 星 系统 的 工作 效 益 。针 对 卫 星 任 务 规 划 的 几 个 关 键 问题 对 现 有 的 一 些研 究 方 法进 行 总 结 分 析 ， 并 对 未 来 研 究 进 行 展 望 。首 先 分 析 了 多 用 户 任 务 需 求 ， 梳 理
卫星导航与地面监测技术在土地利用规划中的应用研究
卫星导航与地面监测技术在土地利用规划中的应用研究一、引言土地利用规划是指为了解决土地资源的合理利用问题，在国土空间上规定不同土地利用类型和区域空间范围的工程规划。
对于土地资源的合理利用和保护具有极为重要的作用。
但是传统的土地资源调查和规划是以手工调查为基础来分析和决策，效率较低，难以做到及时高效的管理。
而卫星导航和地面监测技术的发展和应用能够极大地提高土地利用规划的效率和准确性。
二、卫星导航在土地利用规划中的应用卫星导航是一种通过卫星发射信号来实现地球上点位定位的技术。
常见的卫星导航系统有全球定位系统（GPS）、北斗卫星导航系统、伽利略导航系统等。
利用卫星导航系统进行土地利用规划，其应用具有以下优势：1、定位数据准确性高，能准确测算土地范围和边界；2、数据获取快速，便于及时跟进土地资源状况和改变；3、检查和监测方便，实现土地资源管理的精细化。
现代化的土地资源管理系统建设中，GPS技术已经广泛应用。
利用GPS技术，可以快速测定土地的位置坐标，根据坐标信息描绘出土地的地形、实际边界等信息，圈定土地。
此外，也可以通过GPS技术对农田的管理和利用情况进行监测，并实现定期巡查。
通过卫星导航系统，不仅可以确定土地资源的准确位置，还可以精确测算土地面积、坐落城市、是属于商业用途还是居住用途等信息，从而实现土地规划的有效管理和合理利用。
三、地面监测技术在土地利用规划中的应用地面监测技术是指通过各种各样的数码化测量设备、轨迹测量仪、镜头、制图软件等工具对土地在特定时间空间内的状态、素质和利用方式的动态变化进行实时监测、记录和控制的技术。
地面监测技术可以应用于土地资源的变化监测、土地利用变化的动态监测和土地利用的质量评估等方面。
地面监测技术可以主要用于土地的分类、变化监测和质量评估。
地面监测技术与卫星导航相结合，可以在实地勘察的同时进行GPS测量，比对数据，进一步提高土地勘查、测绘的准确性。
此外，地面监测技术还可以进行维护土地信息基础数据库，记录和更新土地资源信息的变化，实现土地利用结构和规划的精细化。
对地观测卫星任务规划问题研究
第２卷 ６
第６ 期
飞 行器测 控 学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｐ ｃ ｃ ａｔＴＴ＆Ｃ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＳ ａ ｅ ｒ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
Ｖ０ ． ６ Ｎｏ ６ １２ ． Ｄ ｃ２ ｏ ｅ．０ ７
２０ ０ ７年 ｌ ２月
国的高度重 视 ， 其是 在地球 资 源 的综 合 开发利 用 和全球 环境 保护方 面起 到 了关键性 的作 用 。 尤
一
般情况下 ， 对地观测卫星是按照预定 的观测计划来实施观测的。观测计划中指定 了具体的卫星将
要执行 的观测任务， 并确定了相应 的数据采集和数据下传活动的起止时间。对地观测计划 的制订直接源 于用户的对地观测需求 。任务规划（ ｉ ｉ ｌ ｎ ｇ 是指为了实现给定 的 目 ， Ｍｓ ｏ Ｐａ ｉ ） ｓｎ ｎ ｎ 标 对所有与特定任务相关 的资 源和 活动进行 规划 与 调度 的过程 。对 地观测 卫 星任 务规 划 具体 指 ： 在综 合 考 虑 对地 观测的研究过程中尽管建模方面采用了适用范围更广的加权约束满足问题模型但由于约束满足问题本身采用的树搜索技术效率很低难以求解较大规模问题因此我们采用了加权约束满足问题模型与局部搜索算法相结合的框架探讨了禁忌搜索导引式局部搜索贪婪算法等不同的局部搜索策略的性能给出了不同场合下选择不同算法的原则使得问题求解兼具了建模方面的灵活性准确性和求解方面的高效性取得了比较满意的结果为我国卫星任务规划领域的研究探索了一条可行的道路
０ 引
言
对 地观测 是指 利用 人造卫 星 （ 或其 他飞 行器 ） 上携 带 的光 电遥感 器 或无 线 电设 备等 有效 载 荷 ， 太 空 从
轨道上捕获重要 目标信息并将信息传 回地面的手段。由于对地观测卫星具有覆盖区域广 、 持续时间长 、 观 测效果好、 不受空域国界限制、 无需考虑人员安全 问题等独特 的优势 ， 因此 自其 出现以来就受到 了世界各
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Mission planning problem for earth observing satellites: a survey
WANG Pei, TAN Yue-jin
( School of Information Systems & Management, National University of Defense & Technology, Changsha 410073 , China)
[ 4, 5]
1
卫星对地观测任务规划问题
遥感卫星通常在数百公里的轨道高度上绕地球飞行, 星载
遥感器的视场角对应于星下线 两侧对 称的带 状区域 即卫星 的 观测带。伴随地球的自转 , 观测带不断变化并能覆盖地球表面 的大部分地区。当卫星经过地面目标上空时 , 可以利用星载遥 感器采集目标数据并存储在星载存储器内 , 待卫星经过地面接 收站上空 , 再将存储的数据 回传至 地面 ; 如果 卫星在 采集目 标 数据的同时与地面接收站可见 , 也可以选择不经存储器直接将 数据回传至地面。由于卫星的成像操作需要消耗能量 , 卫星的 对地观测将受到能量的限制。此外 , 某些星载遥感器如光学相 机 , 其数据采集活动还需要在较低的云层覆盖和一定的太阳光 照条件下进行 , 在安排观测任务时必须考虑云层气象条件的限 制
划与 调度的 过程 。合 理的 任务 规划 是提高 遥感 卫星 系统 效能 的重 要手 段。为 此 , 分析 了卫 星 对地 观 测 任务 规 划 问题 的主 要特 点 , 比较 了这 一问 题的若 干常 用建 模方 法和 求 解 技术 , 并 探 讨了 卫 星 对 地 观 测 任 务规 划 技 术 的 未 来发 展趋 势。 关键 词 : 对 地观 测卫 星 ; 任 务规 划 ; 模 型 ; 算 法 中图 分类 号 : N945; V47 文献 标志 码 : A 文章 编号 : 1001- 3695( 2008) 10星对地观测是人造卫星按照既定的运行轨道 , 利用携带
卫星对地观测任务规划的 传统方 式需要 操作人 员考虑 用 户需求及卫星的各种约束 , 通过长时间的人工分析编制成像计 划。随着卫星数目的不断增多、 卫星能力的不断增强以及用户 需求复杂性的不断增加 , 这种传统的单星成像计划编制方式已 不能满足实际需求 , 卫星对地观测任务规划也正在逐渐从依赖 于地面人员手工编制走向星上自主计划生成 , 从单星自成系统 管理走向多星编队或成星座组网管理。
。
卫星对地观测任务规划是一个复杂的问题 , 其中包含了许 多与特定问题相关的实际约束, 如卫星与地面目标之间的可见 时间窗口、 卫星连续两次 观测之 间的调 整时间、 卫星 的侧视 调 整次数、 地面目标要求的特定遥感器类型、 星载存储器的容量、 气象条件等
[ 8, 9]
。
。随着 近年 来不 同 部门 对于 遥 感卫 星图 像 数
的光电遥感器或无线电设备 , 对用户感兴趣的地面目标进行成 像的过程。由于卫星对地观 测具有 覆盖区 域广、 持续 时间长、 成像效果好、 不受空域国界限制等独特优势, 已在城镇规划、 矿 产调查以及防灾减灾等众多关 系国计 民生的 领域发 挥着重 要 作用 [ 1] 。 遥感卫星 是 按 照 预 定 的成 像 计 划 进 行 对 地 观 测 的 [ 2, 3] 。 成像计划中需要指定卫星将要执行的观测任务 , 并确定观测任 务对应的数据采集活动和 数据下 传活动 的起止 时间。成像 计 划的制订直接源于对用户遥感图像需求进行任务规划的结果。 任务规划是指为了实现给定的目标 , 对所有与目标相关的资源 和任务进行规划 和调 度的 过 程
Abstract: Mission planning for earth observing satellites is defined as: in order to satisfy satellite users’ remote sensing observation requirements, scheduling earth observing satellites. Rational mission planning will improve the overall earth observing efficiency of satellites. This paper analyzed the main characteristics of the m ission planning problem for earth observing satellites, compared the related modeling methods and algorithms. At last, pointed out future research directions. Key words: earth observing satellite; m ission planning; model; algorithm 变得更加复杂 [ 10, 11] 。
[ 2, 8, 9]
。卫 星对 地 观测 任务 规 划
具体是指 : 在综合考虑遥感卫星能力和用户遥感图像需求的基 础上 , 将资源分配给相互 竞争的 多个观 测任务 , 并确 定任务 中 各具体活动的起 止时 间 , 以 排除 不 同任 务之 间 的资 源使 用 冲 突, 并最大化满足用户的需求
[ 6, 7]
第 25 卷第 10 期 2008 年 10 月
计 算 机 应 用 研 究 Application Research of Computers
Vol. 25 No. 10 Oct. 2008
卫星对地观测任务规划问题简明综述*
王 沛 , 谭跃进
( 国防 科学 技术 大学 信息 系统 与管 理学 院 , 长 沙 410073) 摘 要 : 卫 星对 地观 测任 务规 划是 为了 满足 用户的 遥感 图像 需求 , 对 遥感 卫星 系统 资源 和对 地观 测 任 务进 行 规