資源三號測繪衛星信息化與應急應用

+ 付興科 國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心

資源三號測繪衛星是中國首顆民用高分辨率光學傳輸型立體測圖衛星。經過在軌測試、試運行、衛星交付等多階段的運行和應用情況表明，資源三號測繪衛星相關技術指標達到了國際先進水平，其突出的信息化能力和應急保障能力在國民經濟建設的諸多行業以及防災救災等領域發揮了重要的基礎保障作用。

圖1 資源三號測繪衛星第一軌真彩色測繪融合影像產品

作為中國首個高分辨率光學傳輸型立體測繪衛星工程，資源三號測繪衛星將為國家基礎地理信息系統建設、維護和更新提供數據源，滿足1:5萬所要求原始影像地面分辨率及其相應的平面和高程的精度要求，同時兼顧更大比例尺地區修測及資源、環境、水利、交通、城市建設、災害評估和國家安全、寓軍于民等方面的需求。自發射以來，資源三號測繪衛星已在全國1:5萬數據庫更新任務、“天地圖”、927工程等國家重大測繪任務，省級基礎測繪，以及國土資源監測、防災減災等領域開展了廣泛的應用，已面向國內外各應用行業的近400家單位提供了資源三號測繪衛星數據產品及服務，提供數據量1.9萬余景，取得了顯著的應用效果。資源三號測繪衛星的信息化能力得以顯現，測繪應急保障能力得到快速提升。

一、資源三號衛星工程概述

2012年1月9日11時17分，中國首顆民用高分辨率光學立體測圖衛星——資源三號測繪衛星成功發射，開啟了中國高精度衛星立體測繪的新紀元；1月11日，資源三號成功傳回第一軌影像；1月12日，應用系統順利生產出第一批測繪產品，見圖1。2012年4月20日，資源三號完成在軌測試。2012年7月30日，資源三號測繪衛星正式交付給用戶國家測繪地理信息局。衛星在軌測試和試運行表明，資源三號衛星工程相關指標全面滿足甚至優于研制要求，遙感衛星產品質量得以大幅提高。

資源三號測繪衛星搭載四臺線陣推掃式光學相機，其中三臺全色相機按照前視22度、正視和后視22度設計安裝，正視相機地面分辨率優于2.1米，前視、后視相機地面分辨率優于3.5米，構成了三線陣立體測圖相機；另一臺多光譜相機包含紅、綠、藍和紅外四個譜段，地面分辨率優于5.8米。四臺相機的配備使得資源三號衛星具有突出的多角度、多光譜綜合立體成像能力，相機性能的提升使得資源三號測繪衛星影像的目視解譯能力、清晰度、對比度、地物識別能力、地物定位精度、地物細節分辨能力等指標在國內外同類衛星中達到先進水平，立體影像質量得到國內各用戶部門的廣泛好評，基本替代了SPOT-5、P5、ALOS等國外同類衛星在國內的市場。

資源三號測繪衛星地面接收站設在北京密云、喀什和三亞，接收范圍基本上可以覆蓋中國全境，如圖2所示，并首次實現超高碼速率遙感數據傳輸，數據傳輸能力由2×150Mbit/s提高到了2×450Mbit/s，達到了國際領先水平。資源三號測繪衛星應用系統建設、運行和測繪產品分發應用由資源三號測繪衛星用戶－國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心承擔。目前，已經形成了完善成熟的測繪產品生產體系，構建了國產衛星4D產品高精度高效率綜合處理平臺，為資源三號測繪衛星產品行業應用和推廣打下了堅實的基礎。

二、資源三號測繪衛星的高精度信息化能力

2007年，《國務院關于加強測繪工作的意見》對今后一個時期的測繪工作進行了總體部署：建設信息化測繪體系，構建數字地理空間框架，提供測繪公共服務，發展地理信息產業。測繪信息化離不開最基本的數據源，即遙感影像的支持。資源三號可以長期、穩定、高效地將高分辨率衛星影像轉化為高質量的基礎地理信息產品，從而為測繪信息化建設提供了強有力的支撐。

資源三號測繪衛星的信息化能力可從以下六個方面體現：

1、 三線陣立體測圖能力

不同于以往的衛星，資源三號測繪衛星是三線陣衛星，可以高效地向用戶提供高質量的立體影像產品。單線陣衛星受天氣條件限制，異軌立體成像立體影像獲取效率低；同軌立體像對需要線陣擺動成像構成，衛星姿控系統技術難度大，姿態穩定度較低，影響衛星的測圖精度。三線陣衛星立體成像只需推掃即可使得測繪衛星具備了獲取大范圍立體影像的能力，同時顯著改善立體成像的影像質量；三線陣成像具備同軌立體、三重立體等穩定靈活的立體構成、理想的基高比、立體影像的時間一致性等優點。

2、高穩定性多光譜成像能力

資源三號測繪衛星具有高穩定性的多光譜成像能力，其搭載的多光譜相機具有藍、綠、紅和近紅外四個譜段。多光譜相機與高精度三線陣相機的有效組合，使得影像測圖精度和光譜信息達到了有機的結合。

圖3 資源三號標準產品分類

3、大范圍、短周期覆蓋能力

資源三號測繪衛星采用505km的太陽同步軌道，可實現地球南北緯84度以內地區無縫影像覆蓋，衛星回歸周期為59天，重訪周期為5天。衛星每日圍繞地球飛行15圈，平均每天有3軌白天經過中國上空，3軌夜里經過中國上空。在地面站接收范圍內，降軌可以做實傳模式拍攝，升軌可以回放境外/境內記錄模式的數據。這均確保了資源三號測繪衛星具有大范圍、短周期的覆蓋能力。

4、高精度高分辨率信息化測圖能力

為了滿足高精度測量的要求，除了高光學性能相機外，資源三號測繪衛星配備了高精度的恒星敏感器、雙頻GPS及高精度陀螺，地面定位精度首次達到國際先進水平，實現了無控制點條件下國產衛星原有的幾百米的目標定位精度提高到米級，并能保持長期穩定。資源三號應用系統突破了高精度幾何檢校、計算機輔助的多目立體測圖等制約我國測繪衛星高精度幾何處理的系列關鍵技術，形成了完善成熟的測繪產品生產體系，首次構建了國產衛星4D產品高精度高效率綜合處理平臺，為資源三號測繪衛星影像產品的高精度處理、生產和應用奠定了技術和精度基礎。

在高精度信息化服務方面，資源三號測圖精度可以發揮顯著作用。從衛星數據上看，在全球不加任何控制的情況下，就可以實現10m左右的定位精度。利用少量控制點經過三線陣平差以后，平面精度優于3m，高程精度優于2m。例如，2500平方千米范圍內只需要3~4個控制點數據就可以實現平面2m左右的精度。

5、標準化的測繪衛星產品信息化服務能力

資源三號測繪衛星標準產品主要包含測繪遙感影像產品和數字地形產品。測繪遙感影像產品包括幾何精糾正產品、正射糾正產品和數字正射影像產品三種高級產品。數字地形產品分為立體產品和4D產品兩大類，前者包括核線影像產品、立體影像產品和精糾正立體影像產品，后者包括數字表面模型、數字高程模型、數字線劃圖和數字柵格圖等，如圖3所示。

圖4 資源三號專題產品分類

此外，為服務于不同行業，資源三號衛星應用系統具備行業專題產品的信息化服務能力，包括融合影像、三維可視化產品、坡度圖、坡向圖等基礎專題產品和各種地物的地表覆蓋圖、水資源分布圖、交通要素圖等行業專題產品等，如圖4所示。

測繪產品和專題產品體系的完善和多樣化提升了資源三號測繪衛星信息化服務的廣泛性和定制化水平。

6 、長壽命確保信息化測圖的長期、穩定

資源三號測繪衛星突破了能源安全管理技術、電源系統延壽技術、長壽命陀螺技術、長壽命轉動天線等多項關鍵技術，首次實現了中國遙感衛星五年長壽命設計。通過增強衛星系統的可靠性，大幅提高了中國對地觀測衛星的應用效益，為未來低軌遙感衛星長壽命設計奠定了堅實基礎，確保了信息化測圖的長期和穩定。

圖5 資源三號4D產品

三、資源三號的應急測繪能力

資源三號測繪衛星的軌道高度為505千米太陽同步軌道，這使其具有優良的短周期重訪能力，回歸周期59天，重訪周期5天；幅寬方面，單景有效覆蓋寬度和立體有效覆蓋寬度均大于50千米；資源三號衛星還具有±32度側擺能力，對應315千米地面垂軌距離。這種短周期重訪能力與大角度側擺能力的結合可實現特定區域3天左右的應急保障能力。

資源三號已具備快速、高效、穩定的應急測繪能力，其體現在：

（1）根據測量業務需要，提供常規模式和應急模式.應急測繪模式下，30分鐘之內完成應急拍攝計劃，30景數據處理時間小于24小時；

（2）高效、完善的應急測繪生產體系，具備數字地形產品、專題產品等應急測繪產品的快速生產能力；

（3）影像產品具有高精度高分辨率特點，可為防災救災中的交通恢復、物資運送、現場救援等提供強有力支持。

資源三號應用系統可以快速生產的產品包括數字正射模型（DOM）、數字表面模型（DSM）、數字高程模型（DEM）和數字線劃圖（DLG）等4D產品，如圖5所示，以及針對不同行業應用的地表覆蓋圖、水資源分布圖、交通要素圖等專題產品，甚至可以在此基礎上做一些被洪水淹沒的模擬場景，或在影像的基礎上形成城市規劃模擬的場景圖，可為水利、交通等與地形有關的決策提供支持。

此外，國家測繪地理信息局良好的數據資源基礎，通過測繪專用網絡及各個地方局的數據資源，可以提供快速的數據、信息支持，這為資源三號測繪衛星應急保障能力的發揮起到了重要的幫助。應用系統在第一時間獲取衛星數據后就能及時處理，特別是數字表面模型，只要獲取了影像數據，就可以按照自動化生產的模式，在0.5～1小時內提供產品，這保證了在最短時間內將受災區域的立體信息反饋到指揮或決策部門。

四、資源三號測繪衛星信息化和應急應用情況

資源三號測繪衛星發射至今，其信息化服務能力和應急測繪能力已得到初步體現。

截至2012年底，資源三號測繪衛星已面向國內外各應用行業的400余家單位提供了資源三號衛星數據產品及服務，提供數據量3萬余景， 總數據量達20TB。

資源三號測繪衛星影像質量清晰、三線陣及多光譜影像配對完整，可用于立體測繪生產面積已達450萬平方千米，在中國基礎地理信息產品生產、天地圖服務、地理國情監測、927工程等多個國家重大測繪工程中得到了廣泛應用，有效解決了數字中國地理空間框架構建方面的數據源瓶頸問題，大大提升了基礎地理信息資源的現勢性。同時，面向省級基礎測繪及綜合服務需求，向20多個省市級測繪部門提供了所在地區的數據服務；為國土、農業、林業、水利、土地、城市建設等多行業應用提供了基礎數據源，涉及應用內容包括國土資源調查、水土流失治理、水域生態環境監測、礦產資源開發利用動態監測、城市變遷監測等。

資源三號衛星應用系統在云南安寧晉寧山林火災發生后，迅速啟動應急保障機制，第一時間向云南省測繪局提供了晉寧縣境內兩處火災區域的正視多光譜融合影像和有關解譯信息用以制作出《云南省晉寧縣3.28火災災后遙感影像圖》，如圖6所示，為災情評估和救災指導工作提供了有效的應急保障。

圖6 云南晉寧3.28火災災后遙感影像圖

面對時下國際海域劃界的各種爭端，為實現中國海域的長期、動態、高效監測，同時保證劃界的公平性、科學性，必須采用高分辨率光學衛星遙感技術等當代高新科技含量高的測繪技術實現信息數字化、電子化。資源三號測繪衛星的應急保障能力在黃巖島等事件中得到體現，如圖7所示。

圖7 黃巖島影像圖

此外，資源三號應用系統為民政部減災中心、黃河水土保持生態環境監測中心等防災減災機構，以及一些專門對后期技術做研究的科研性單位提供了數據支持，這為資源三號后續應急應用起到了重要的推動作用。

隨著資源三號測繪衛星影像的以及相關信息化和應急應用技術的研發，資源三號測繪衛星必將在中國信息化能力建設以及應急測繪保障方面發揮越來越重要的作用。