为每个人提供的卫星图像

每天，在头顶上盘旋的卫星捕捉到数万亿像素的高分辨率地表图像。在过去，这种信息主要是留给政府或军队的专家分析的。但是现在，几乎任何人都可以使用它。

这是因为将有效载荷，包括成像卫星，送入轨道的成本已经大幅下降。过去花费数万美元的高分辨率卫星图像，现在只需一杯奶茶的价格就可以得到。

更重要的是，随着最近人工智能的发展，公司可以更容易地从巨大的数字数据集中提取他们需要的信息，包括由卫星图像组成的数据。使用这种图像在飞行中做出商业决策可能看起来像科幻小说，但它现在已经在一些行业内开始蓬勃发展。

这些水下沙丘装饰着巴哈马的安德罗斯岛和埃克苏马岛之间的海底。右边的绿松石反映了一个浅的碳酸盐库，而左边的深蓝色标志着当地一个叫做Tongue of the Ocean的深海的边缘。这张图片是在2020年4月使用美国宇航局Terra卫星上的中分辨率成像光谱仪拍摄的。

这里简要介绍一下，你也可以获得这种信息并将其用于你具有优势的领域。但在你能够有效地做到这一点之前，你需要了解一下现代卫星图像的工作原理。

对地观测卫星的轨道通常分为两类之一。GEO和LEO。前者是地球同步赤道轨道的简称。地球同步轨道卫星大约位于赤道上空36,000公里处，它们在那里与地球的自转同步运行。从地面上看，这些卫星似乎是静止的，即它们的方位和高度保持不变。这就是为什么GEO被说成是地球静止轨道。

当然，这样的轨道对于通信中继来说是很好的。它使人们能够以固定的方向在他们的房子上安装卫星电视天线。但是，当你想通过捕捉一段时间的图像来监测地球的某个区域时，地球同步轨道卫星也很合适。因为这些卫星是如此之高，所以图像的分辨率也相当粗糙。因此，这些轨道主要用于观测卫星跟踪广泛地区的天气状况变化。

相对于地球静止意味着地球同步轨道卫星总是在下行站的范围内，因此它们可以在几分钟内将数据发回地球。这使它们能够几乎实时地提醒人们注意天气的变化。这类数据的大部分是由美国国家海洋和大气管理局免费提供的。

2021年3月，集装箱船Ever Given号搁浅，阻断苏伊士运河6天。这张使用合成孔径雷达获得的现场卫星图像，显示了这种技术所能达到的那种分辨率。

另一个选择是LEO，它是低地球轨道的意思。置于低地球轨道的卫星离地面更近，这使它们能够获得更高分辨率的图像。而且你能走得越低，你能得到的分辨率就越高。例如，星球（Planet）公司将其最近完成的卫星群SkySat的分辨率从每像素72厘米提高到仅50厘米。这是一个令人难以置信的进步：通过将其卫星的轨道从500公里降低到450公里并改进图像处理。

商业上可用的最好的光学图像空间分辨率是25厘米，这意味着一个像素代表了地面上25乘25厘米的区域。大约是你的笔记本电脑的大小。少数公司以25厘米到1米的分辨率采集数据，这在这个行业中被认为是高到非常高的分辨率。其中一些公司还提供1至5米分辨率的数据，被认为是中等至高分辨率。最后，一些政府项目通过开放数据项目免费提供10、15、30和250米分辨率的光学数据。这些项目包括NASA/美国地质调查局的Landsat、NASA MODIS（中分辨率成像光谱仪）和ESA Copernicus。这种图像被认为是低分辨率的。

因为提供最高分辨率图像的卫星是在最低的轨道上，它们一次感知的区域较少。为了覆盖整个地球，可以将卫星置于极地轨道，使其从一极到另一极。当它旅行时，地球在它下面旋转，所以在它的下一次经过时，它将在地球的不同部分之上。

不过，这些卫星中有许多并不直接经过两极。相反，它们被放置在一个接近极地的轨道上，这个轨道是专门为利用一个微妙的物理学而设计的。旋转的地球在赤道上稍微向外凸起。这个额外的质量导致不在极地轨道上的卫星的轨道发生移动，或者（技术上讲）发生前冲。卫星运营商经常利用这一现象，将卫星置于所谓的太阳同步轨道。这样的轨道允许卫星在一天中的同一时间内重复经过某一特定地点。在两次经过之间，阴影的模式不会发生变化，这有助于使用这些图像的人检测其中的变化。

今年1月15日，一场威力巨大的火山爆发震撼了南太平洋上一个被称为Hunga Tonga-Hunga Ha'apai的无人居住的岛屿[上图]。这次大规模的喷发产生了深远的影响，被NOAA的地球静止业务环境卫星17号所捕捉。

极地轨道上的卫星通常需要24小时才能勘察整个地球表面。为了更频繁地对整个世界进行成像，卫星公司使用了多颗卫星，所有卫星都配备了相同的传感器，并遵循不同的轨道模式运行。通过这种方式，这些公司可以更频繁地提供某一特定地点的最新图像。例如，去年发射的Maxar的Worldview Legion星座，这个星座包括六颗卫星。

在卫星捕捉到一定数量的图像后，所有这些数据都需要下发到地球并进行处理。下发数据这方面所需的时间各不相同。

DigitalGlobe(数字地球)（Maxar在2017年收购的公司）最近宣布，它已经成功地将数据从卫星下传到地面站，然后在不到一分钟的时间内将其存储在云端。上述传输方式是可能发生的，因为发回的图像是地面站的停车场，所以卫星不必在收集点和它必须去的地方之间进行数据 "转储"。

一般来说，低地轨道上的地球观测卫星不会一直捕捉图像。它们只在处于特别感兴趣的区域上方时才会这样做。这是因为这些卫星在同一时间能发送多少数据是有限的。通常情况下，在离开地面站的范围之前，它们只能传输10分钟左右的数据。而且它们不会记录比它们有时间转储的更多数据。

目前，地面站大多位于两极附近，这是极地轨道中访问量最大的区域。但是我们很快就可以预计到离最近的地面站的距离会缩短，因为亚马逊和微软都已经宣布打算建立位于世界各地的大型地面站网络。事实证明，托管每天收集的数兆字节的卫星数据对这些公司来说是大生意，它们向卫星运营商出售其云服务（亚马逊网络服务AWS和微软的Azure）。

目前，如果你正在寻找远离地面站的地区的图像，预计在捕获和传输数据之间会有很大的延迟，可能是基本中，也可能几个小时。然后，数据将不得不被处理，这将增加更多的时间。目前，最快的供应商在捕获后48小时内提供他们的数据，但不是所有的供应商都能做到。虽然在理想的天气条件下，商业实体或者公司有可能要求进行新的采集，并在同一周内得到它所需要的数据，但这样的快速周转时间仍然被认为是最先进的。

商业上最好的空间分辨率是25厘米的光学图像，这意味着一个像素代表的东西大约是你的笔记本电脑大小。

技术人员一直在使用 "图像 "这个词，主要原因是卫星捕捉图像的方式与普通相机不一样。卫星上的光学传感器被校准为测量电磁波谱特定波段的反射率。这可能意味着它们记录了从地面不同部分反射的红、绿、蓝光的数量。然后，卫星操作员将应用各种调整来纠正颜色，将这些颜色结合相邻的图像，同时会考虑视差，形成所谓的真彩色合成图像，这看起来很像你期望从一个漂浮在高空中并直接向下的好相机中得到的东西。

成像卫星也可以捕获可见光光谱以外的数据。例如，近红外波段被广泛用于农业，因为这些图像可以帮助农民衡量他们的农作物的健康。这个波段还可以用来检测土壤湿度和其他各种地面特征，否则很难确定。

较长波长的 "热 "红外线能很好地穿透烟雾并捕捉到热源，使其在野火监测中的作用非常大。我在下面详细讨论的合成孔径雷达卫星，这个检测的作用正变得越来越普遍，因为它们产生的图像不受云层的影响，也不需要太阳的照射。

你可能会问，空中图像，比如来自无人机的图像，是不是至少可以和卫星数据一样好用。确切地说有时它可以。但在许多情况下，使用卫星是更好的策略。例如，卫星可以在那些因为偏远而难以进入的地区捕获图像。因为有些所关注的地区可能在冲突地区，在私人土地上，或在飞机或无人机无法飞越的其他地方，这些卫星就可以大显身手。

因此，有了卫星，各组织可以很容易地监测在各个遥远的地方发生的变化。例如，卫星图像使管道运营商能够快速识别侵入其路权区的行为。然后，公司可以采取措施防止灾难性事件的发生，例如有人在附近施工时刺破了天然气管道。

这张天空卫星（SkySat）图像显示了2020年12月30日发生的一场毁灭性的山体滑坡的影响。那次山体滑坡产生的碎片摧毁了挪威Ask村的建筑物，并造成10人死亡。

将存档的图像与最近获得的数据进行对比，这一能力对各种行业都有帮助。例如，保险公司有时会使用卫星数据来检测欺诈性索赔（"看起来你的房子在买的时候就有一个损坏的屋顶......"）。金融投资公司使用卫星图像来评估诸如零售商根据停车场的满载情况而获得的未来利润，或者在农民报告他们当季的产量之前预测作物价格。

卫星图像提供了一种特别有用的方法来寻找或监测未公开的特征或活动的位置。例如，阿拉巴马大学的Sarah Parcak利用卫星图像来定位感兴趣的考古地点。52Impact是荷兰的一家咨询公司，它通过训练一种算法来识别其明显的光谱特征，从而确定未公开的废物倾倒地点。卫星图像还帮助识别非法捕鱼活动，打击人口贩运，监测石油泄漏，获得关于COVID-19死亡的准确报告。所有这些情况下都不能相信主要行为者能准确报告正在发生的事情。

尽管有这么多的成功，调查记者和非政府组织还没有经常使用卫星数据，也许是因为即使是图像的小成本也是一种阻碍。值得庆幸的是，某些种类的低分辨率卫星数据可以免费获得。

寻找免费卫星图像的第一个地方是哥白尼开放存取中心和地球探测者（EarthExplorer）。两者都提供免费访问广泛的开放数据。这些图像的分辨率比你可以购买的低，但如果有限的分辨率能满足你的需求，为什么要花钱呢？

如果你需要中等或高分辨率的数据，你也许可以直接从相关的卫星运营商那里购买。这个领域最近经历了一个兼并和收购的时期，只剩下少数几个供应商，西方的三大供应商是美国的Maxar和Planet以及德国的Airbus。还有一些大型的亚洲供应商，如韩国的SI Imaging Services和新加坡的Twenty First Century Aerospace Technology。大多数供应商都有一个商业分支，但他们主要针对政府买家。而且他们往往要求大量的最低购买量，这对希望监测数百个或更少地点的公司来说是无益的。

预计到最近的地面站的距离会缩短，因为亚马逊和微软都已经宣布打算建立位于世界各地的大型地面站网络。

幸运的是，接近卫星运营商并不是唯一的选择。在过去的五年里，一个由顾问和当地转售商组成的山寨产业已经兴起，他们拥有为某个市场提供服务的独家交易。聚集商和转售商花费数年时间与多个供应商谈判合同，以便他们能够以更有吸引力的价格向客户提供数据集，有时每张图片只需几美元。一些提供地理信息系统的公司：这其中包括Esri、L3Harris和Safe Software，也与卫星图像供应商谈判达成了转售协议。

传统的经销商是中间人，他们会把你和销售人员联系起来，讨论你的需求，代表你从供应商那里获得报价，并就价格和图像采集的优先时间表进行谈判，有时还就数据的处理进行谈判。阿波罗测绘公司、欧洲空间成像公司、地理中心（Geocento）公司、土地信息（LandInfo）公司、卫星成像公司等都是这种情况。更有创意的经销商会让你进入数字平台，在那里你可以检查你需要的图像是否可以从某个档案馆获得，然后对这些档案进行订购。例子包括EOS公司的土地预览器（LandViewer）和阿波罗地图公司（Apollo Mapping）的图像猎取器（Image Hunter）。

最近，一批新的聚合者开始为客户提供以编程方式访问地球观测数据集的能力。这些公司最适合那些希望将这些数据整合到他们自己的应用程序或工作流程中的人使用。这些公司包括天空观察（SkyWatch）公司，它提供这样的服务，称为EarthCache。其他的例子有空中客车公司的UP42和Sinergise公司的Sentinel Hub。

虽然你仍然需要与销售代表交谈以激活你的账户：最常见的是验证方式是你使用数据的方式是否符合该公司的服务条款和许可协议，一旦你被授予访问他们的应用程序的权限，你将能够以编程方式从一个或多个供应商处订购存档数据。然而，这些公司包括天空观察（SkyWatch）公司是唯一允许用户以编程方式要求收集未来数据的聚合器（"给卫星下达任务"）。

虽然今天的卫星图像非常丰富，而且很容易获得，但有两个变化正在酝酿之中，将进一步扩大你可以利用卫星数据的范围：更快的重访和更多地使用合成孔径雷达（SAR）。

这些快速发展的卫星图像应用并不令人惊讶。随着更多的地球观测卫星被送入轨道，更多的图像将被拍摄，更频繁。因此，卫星对某一特定区域的成像频率将会增加。现在，这通常是每周两到三次。预计重访率很快会变成一天几次。这不会完全解决云层遮挡你想看的东西的挑战，但它会有所帮助。

有些卫星图像发展是更微妙的。来自欧洲航天局 "哨兵一号 "合成孔径雷达任务的两颗卫星的数据可以免费获得，在过去的几年里，这使得各公司能够涉足合成孔径雷达。

通过合成孔径雷达，卫星将无线电波发射出去，并测量从表面反弹的返回信号。它不断地这样做，并通过巧妙的处理将数据变成图像。无线电的使用使这些卫星能够穿透云层，并在白天和晚上收集测量数据。根据所采用的雷达波段，合成孔径雷达图像可用于判断材料特性、水分含量、精确运动和海拔高度。

随着越来越多的公司熟悉这种数据集，对卫星合成孔径雷达图像的需求无疑会越来越大，自20世纪70年代以来，这种图像已被军队广泛使用。但它现在才开始出现在商业产品中。不过，你可以预期这些产品会急剧增长。

事实上，目前投资于这个行业的大部分资金都用于资助大型合成孔径雷达星座，包括Capella Space、Iceye、Synspective、XpressSAR和其他的公司。市场将迅速变得拥挤，这对客户来说是个好消息。这意味着他们将能够获得他们感兴趣的地方的高分辨率合成孔径雷达图像，每小时（或更少）拍摄一次，无论白天还是晚上，无论阴天还是晴天。

人们无疑会想出美妙的新方法来利用这些信息，所以有机会获得这些信息的人越多，就越好。这就是那些提供卫星图像公司深信不疑的，这也是为什么这些公司把帮助获取卫星图像的福利化作为使命。

在不太遥远的将来，地球观测卫星数据可能会像GPS一样无处不在，而GPS是另一项最初只由军队使用的卫星技术。想象一下，例如，能够拿出你的手机并说："给我看看今天早上我们高中的土壤湿度地图；我想看看足球场是否仍然湿漉漉的。"

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