實現“一星多用”，保障地理信息安全
——資源三號測繪衛星影像應用綜述

● 文|國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心 唐新明 常曉濤 李國元

實現“一星多用”，保障地理信息安全
——資源三號測繪衛星影像應用綜述

● 文|國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心 唐新明 常曉濤 李國元

高分辨率遙感衛星影像在國民經濟各個行業的應用已經越來越廣泛，資源三號衛星作為我國首顆民用高分辨率立體測圖衛星，實現了我國衛星從難以測圖到高精度立體測圖的重大轉變，有效保障了國家測繪地理信息安全，有力服務了國民經濟發展對高精度遙感影像的需求。文章結合資源三號衛星發射以來在測繪行業國家重大工程項目、省級基礎測繪、應急測繪保障服務的廣泛應用以及相關地理信息產品產業化推廣應用情況進行了綜述介紹，分析了該衛星的成功發射產生的社會和經濟價值，對該衛星在測繪行業尤其是國家重大工程中的應用進行了總結，對后續測繪衛星的發展進行了展望。

資源三號衛星 測繪應用 遙感應用 國家重大工程 應用綜述

一、資源三號衛星簡介

地理信息是國家的重要基礎戰略資源，廣泛應用于經濟建設、國防建設和社會發展的各個領域。測繪是獲得基礎地理信息的重要途徑，是經濟社會發展不可或缺的基礎保障，以衛星導航定位、航空航天遙感、地理信息系統技術為核心的現代測繪技術是一個國家科技發展水平和綜合國力的重要體現[1]。

資源三號衛星是中國自主研發的首顆民用高分辨率立體測圖衛星，于2012年1月9日成功發射，實現了高精度測繪衛星“零的突破”。該衛星集測繪和資源調查功能于一體，主要用于1∶5萬比例尺立體測圖和數字影像制作以及1∶2.5萬等更大比例尺地形圖部分要素的更新，開展國土資源調查與監測，并為農業、災害、資源環境、公共安全等領域和部門提供服務[1-2]。

資源三號衛星搭載了4臺高分辨率相機，其中正視全色影像地面像元分辨率優于2.1m，正視多光譜影像地面像元分辨率優于5.8m，前視、后視全色影像地面像元分辨率達3.5m。衛星回歸周期為59天，重訪周期為5天，設計工作壽命5年。該衛星主用戶為國家測繪地理信息局，衛星地面應用系統由國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心負責建設和維護[1-2]。唐新明、趙春梅、李德仁、邱振戈[1,3-5]等對資源三號的定位精度、測圖能力作了詳細的分析，結果表明資源三號衛星無控平面精度優于10m，高程精度優于5m，稀少地面控制點條件下平面精度優于3m，高程精度優于2m，均優于原定設計指標，優于國外同類衛星的精度水平。

二、衛星數據接收和應用概況

資源三號衛星于2012年7月30日由研制單位中國航天科技集團公司正式交付主用戶國家測繪地理信息局。國家國防科技工業局也于同日正式對外發布了《資源三號衛星數據管理規則》。規則指出，衛星數據將優先滿足國家測繪地理信息局在測繪地理信息行業的應用需求，對相關公益性用途原則上免費。資源三號衛星影像分發服務網站地址為∶ http∶//sjfw.sasmac.cn/，由國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心負責維護運行。

截至2014年3月30日，資源三號衛星已在軌穩定運行了兩年多，在12355圈運行過程中，共接收了3736軌數據，原始數據量達到575TB，數據覆蓋了160多個國家和地區，全球有效覆蓋范圍5100萬平方千米，中國有效覆蓋范圍920萬平方千米，累計向500多家用戶單位提供近10萬景、總數據量達到65TB的影像[3]。用戶單位遍布測繪、國土地質、農林水利、資源環境等領域，應用范圍除國家1∶5萬基礎地理信息更新、地理國情監測、國家地理信息公共服務平臺“天地圖”、海島礁等重大工程外，還包括長江、黃河、松遼流域水土流失監測，全國土地調查，農作物調查，高鐵安全等。并為香港理工大學、武漢大學、中科院遙感與數字地球研究所等多家科研單位提供了大量實驗數據，為相關科研人員開展深入研究提供了數據保障[6]。

資源三號衛星的成功發射和廣泛應用，取得了顯著的社會和經濟效益。一方面打破了國外對我國高分辨率對地觀測的技術封鎖和數據壟斷，實現了國產衛星從難以測圖到立體測圖的根本性轉變，實現了我國航天測繪行業的跨越式發展，是建設創新型國家的又一大成就；另一方面打破了國外高分辨率衛星的價格壟斷，迫使國外有關衛星數據分發商降低價格，國外同類分辨率衛星影像從每平方千米40元降至6元，顯著降低了采購國外衛星數據的財政支出成本，初步估算已經為國家節省外匯數億元。

三、測繪行業應用

兩年多來，衛星測繪應用中心面向測繪和地理信息行業提供了資源三號衛星數據及測繪產品8萬余景，總數據量超50TB，覆蓋面積累計超過4500萬平方千米，為全國1∶5萬地圖更新等重大工程項目以及省級基礎測繪和測繪應急保障服務等提供了數據支撐。資源三號在測繪行業的廣泛應用，有效地提高了我國高分辨率衛星數據的自給率，促進了測繪地理信息行業的發展與壯大，有力地保障了我國地理信息安全，全面推動了測繪行業的技術創新和進步[7]。

1. 服務于國家重大測繪工程項目

（1）全面支撐全國1∶5萬基礎地理信息數據庫動態更新

《全國基礎測繪“十二五”規劃》明確指出在“十二五”期間完成1∶5萬基礎地理信息全面更新，按要素對1∶5萬基礎地理信息數據庫實現快速更新，且每年提供一個更新版本。在資源三號衛星發射之前，1∶5萬基礎地理信息數據庫更新緩慢，而且要花大價錢采購大量的國外高分辨率衛星影像數據，也存在國家地理信息安全隱患。“國家基礎地理信息數據庫動態更新”是“十二五”國家基礎測繪重點項目，目前資源三號衛星影像已經成為1∶5萬數據庫動態更新生產的重要影像數據源。衛星測繪應用中心2012年為該項目累計分發數據共計5032景，2013年度累計分發12722景，共計覆蓋國土面積850萬平方千米的衛星影像數據，為實現全國每年一版最新的1∶5萬正射影像成果圖提供了有力支撐。

★ 基于資源三號衛星影像生成的數字正射影像圖（DOM）、數字高程模型（DEM）、數字線劃圖（DLG）

（2）應用于國家地理信息公共服務平臺“天地圖”

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設的地理信息綜合服務網站，是國家地理信息公共服務平臺的公眾版，旨在測繪成果更好地服務大眾，為公眾、企業提供權威、可信、統一的理信息服務。兩年來，衛星測繪應用中心為“天地圖”提供了面積超過900萬平方千米的資源三號衛星影像，除我國外還包括哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、烏茲別克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、印度、尼泊爾、不丹、孟加拉國、日朝韓、東南亞、中東和歐洲部分地區等三十多個國家和地區。資源三號衛星在“天地圖”的業務化應用，標志著我國自主知識產權國家地理信息公共服務平臺擁有了自主高分辨率衛星影像，對于我國把握航天遙感影像獲取自主權，維護國家安全，促進地理信息產業發展具有重大意義。

★ 資源三號衛星為“天地圖”提供的北京地區影像

（3）迅速用于全國地理國情普查

2013 年3月，國務院印發《關于開展第一次全國地理國情普查的通知》，決定于2013年至2015年開展第一次全國地理國情普查工作。然而在通知下發前，國家測繪地理信息局已經于2012年開始了數個省份的普查試點工作。衛星測繪應用中心為滿足各省（市、區）國情普查和試點工作數據需求，先后提供了1.6萬余景，覆蓋面積350萬平方千米的資源三號衛星影像數據，為西部困難地區地理國情普查工作提供了數據支撐，全面保障了地理國情普查工作的順利開展。國家基礎地理信息中心利用80景立體數據開展全國五個試點區的地理國情普查試驗工作，試驗區面積達十余萬平方千米。

（4）服務于海島礁和極地測繪

開發海洋資源將是實現中國經濟可持續發展戰略的重要基礎，隨著國家藍色經濟戰略的逐步實施，國家組織實施了海島礁測繪工程，為中國的海洋發展提供地理空間信息。而我國海岸線漫長、海洋疆土遼闊，各類島礁分布零散，高分辨率衛星影像此時可發揮重大作用。衛星測繪應用中心面向國家“927工程”已累計提供包括黃巖島在內的534景約45萬平方千米的自主高分辨率影像數據服務，有力地保障了測圖工程的順利開展和國家領海主權的宣示。

★ 資源三號衛星拍攝的黃巖島

同濟大學空間信息科學及可持續發展應用中心、黑龍江省測繪地理信息局等單位利用資源三號衛星影像開展“近百年極地冰層和全球及典型區域海平面變化機理精密定量研究”、南極查爾斯王子山立體測圖等工作。通過多個不同時期的資源三號遙感影像分析冰流/冰川的分布和運動以及冰蓋接地線、邊緣線等重要冰蓋特征線的變化，研究極地冰層變化及其對全球及區域海平面的影響。

（5）制作西部困難地區1∶2.5萬數字表面模型

為解決地理國情普查西部DOM生產中面臨的影像控制資料缺乏、DEM精度不匹配等問題，國家測繪地理信息局組織幾大直屬局采用1.3萬余景的資源三號衛星數據開展我國西部測圖困難區域1∶2.5萬比例尺的DOM和數字表面模型（DSM）產品生產。任務區域范圍總面積約為350萬平方千米，范圍為北緯26°50′—49°10′、東經73°30′—104°30′的區域，主要分布在青藏高原、塔里木盆地和橫斷山脈等地區，涉及四川、云南、西藏、甘肅、青海、新疆等六省區，整體提高了西部地區正射影像數據的精度和現勢性，為西部地區的快速發展提供了最新的地理信息服務保障。

2．省級基礎測繪應用

為積極推進資源三號衛星在省級基礎測繪中的應用，目前已經向上海、北京、安徽、河南、山西、內蒙古、貴州、江蘇、河北、湖北、浙江、福建、陜西、黑龍江、四川、海南等30個省級測繪行政主管部門提供了所在地區的影像數據服務，支撐了相關省份省級地理國情監測、“天地圖”省級節點建設、省級基礎測繪等工作的開展，并與各省局合作聯合推動了資源三號衛星在省級其他相關部門的綜合應用，面向地方土地利用、資源調查、環境保護、水利建設等部門提供深加工產品，均取得了很好的評價。

江蘇省測繪地理信息局利用資源三號衛星影像全色影像數據和多光譜影像數據，開展了覆蓋江蘇全境約10.26萬平方千米范圍的1∶5萬DOM產品制作，并在此基礎上進一步拓展資源三號衛星應用領域，先后進行了資源三號衛星影像數據在江蘇省礦產資源遙感監測、生態環境遙感監測以及水資源遙感監測等方面的研究，有力推進了國產測圖衛星在江蘇省的綜合應用，實現了國產測圖衛星對國外同類衛星的全面替代，經濟效益和社會效益顯著。

3．在應急測繪保障中的應用

★ 太湖流域資源三號衛星影像土地覆蓋分類圖

資源三號衛星積極響應測繪應急保障工作，在云南火災、蘆山縣地震、黑龍江省水災、黃巖島事件等自然災害防災減災及國際突發事件的響應工作中發揮了重要作用。

2012年3月，在云南省境內發生山林火災時，迅速啟動應急響應，積極組織編排衛星成像計劃，通過調整資源三號衛星姿態對受災區域進行了加急拍攝成像。在接收到衛星拍攝的相應影像數據后，通過正射糾正、配準、融合、影像判讀解譯等工作，從資源三號衛星影像量算出火災過火面積約為12.741km2，并以最快的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》，為災情評估和救災指導工作提供了有效的應急保障。

2013年4月20日，雅安蘆山地震發生后，第一時間向國家測繪地理信息局以及相關單位提供災前數據，為災害應急提供了非常重要的歷史資料；并及時制定災后數據的獲取計劃，安排資源三號衛星盡快獲取災區數據。及時在影像上標注震源位置和道路、村鎮等地理信息，為應急救災提供了高效的測繪保障。

★ 云南山林火災資源三號衛星影像

★ 雅安地震災區資源三號衛星影像

四、其他領域應用

資源三號衛星作為我國首顆民用高分辨率立體測圖衛星，除在測繪行業發揮巨大作用外，國家測繪地理信息局衛星測繪應用中心還積極利用建設完成的國內首個覆蓋全國的高精度控制點影像數據庫[7]，將資源三號衛星影像加工生產相應的測繪地理信息產品，提供給國土監測、礦產資源調查、農林水利、科研教學等領域相關部門應用，產生了很大效益，既發揮了測繪部門的行業優勢，又實現了“一星多用”，與其他類對地觀測衛星一起為我國國民經濟發展作出了巨大貢獻。

在資源三號衛星發射成功以來，已連續兩年服務全國土地利用變更調查項目共計約340萬平方千米的數據采集。土地勘察部門利用資源三號衛星在我國東北、西北等地176萬平方千米的全色和多光譜影像數據，開展土地變更調查、遙感監測、數據核查、衛片執法等工作，顯著降低了國外影像采購力度，有效地維護了敏感區域的地理信息安全。

★ 麻嘎藏布地質調查底圖生產

衛星測繪應用中心為國土調查等多家單位提供幾十萬平方千米的資源三號高精度測繪衛星影像產品，為開展重點工作區礦產資源開發利用狀況、礦山地質環境和礦產資源規劃執行情況遙感調查與監測工作，為礦政管理部門制定礦產資源規劃、整頓礦產資源開發秩序、治理礦山地質環境等提供技術支撐和決策依據。

長江、黃河、松遼、海河等流域的水利部門采用衛星測繪應用中心加工生產的約50萬平方千米的資源三號衛星測繪產品，開展水利工程監測、灌溉面積調查、水利基礎空間庫建設與更新、災情評估本底庫建設、2013年流域水土流失動態監測等業務應用，有效提升了遙感影像在水利部門的應用效率。

★ 長江流域國家級水土流失重點治理資源三號衛星影像圖

農、林業部門應用資源三號衛星影像測繪地理信息產品開展2013年耕地資源遙感監測、農田細小地物監測（道路、農業附屬用地、林帶、建設用地監測）、森林調查等。例如北京林業大學測繪與3S研究中心結合旺業甸林場森林資源二類調查數據成果，并通過外業調查，建立旺業甸林場主要森林類型的解譯標志，對林場的森林資源進行遙感解譯及小班信息更新，采用前后視立體影像制作三維立體圖，開展森林蓄積量的遙感反演方面的應用研究。

★ 資源三號衛星多光譜歸一化差異植被指數（NDVI）和波段1、3組合突出植被效果圖（旺業甸林場）

★ 資源三號衛星DEM 疊加多光譜影像立體透視圖（旺業甸林場）

衛星測繪應用中心還為中國科學院遙感與數字地球研究所、中科院地理科學與資源研究所、同濟大學、武漢大學、西南交通大學等單位的研究人員免費提供了資源三號衛星影像，支持相關人員在南極冰蓋變化、土地利用、高鐵安全等領域開展科研試驗，有效促進了國產衛星在相關行業的深入應用。中科院地理科學與資源研究所在承擔的中國2013年土地利用/覆蓋變化（LUCC）監測工作中，利用資源三號衛星影像產品進行環境衛星和Landsat-8遙感影像幾何定標，開展建立解譯標志、遙感解譯背景應用等相關研究工作。孫喜亮等通過分析資源三號衛星的高程精度，認為該衛星能滿足1∶20 萬區域重力測量中區地形改正的精度要求，為解決我國常規區域重力測量的地形改正提供了一條有效的途徑[8]。李芬以安徽、山東、河南的部分區域為研究區，以資源三號衛星為數據源，對土地利用遙感監測技術方法及應用評價進行研究，為廣泛應用資源三號衛星數據積累經驗和技術方法[9]。余婧峰利用資源三號衛星影像開展高鐵安全控制區內的建設用地監測，為保障我國高鐵安全提供支撐[10]。

五、總結與展望

資源三號衛星作為中國自主發射的國產測繪衛星，在空間分辨率、幾何定位精度、影像輻射質量等方面與國外同類商用衛星相比有較大優勢，既實現了高精度測繪衛星“零的突破”，也實現了中國高分辨率衛星在幾何精度方面跨越式發展。通過在測繪行業、國土資源調查、農林水利、應急測繪等方面的廣泛應用，資源三號衛星已經在國內、國際舞臺上嶄露頭角，并將成為高分辨率衛星業務化應用的典范。在資源三號衛星之后，中國計劃用10～15年時間建立測繪遙感衛星體系。目前3顆資源三號衛星后續測繪衛星已納入國家相關規劃，2014年力爭發射資源三號02星，實現兩顆資源三號測繪衛星組網運行。而后續的更高分辨率的光學測繪衛星、雷達衛星、激光測高衛星、重力衛星等系列測繪衛星也正在開展深入的論證與立項，中國的“測繪衛星”家族將越來越興旺，衛星測繪事業也將發展得越來越快，也必將為社會經濟的可持續發展和“中國夢”的最終實現作出更大的貢獻。

[1]唐新明，張過，祝小勇，等﹒資源三號測繪衛星三線陣成像幾何模型構建與精度初步驗證[J]﹒測繪學報，2012（6）﹒

[2]孫承志，唐新明﹒我國第一顆民用立體測繪衛星——資源三號及其應用[J]﹒中國航天，2009（9）﹒

[3]李德仁﹒我國第一顆民用三線陣立體測圖衛星——資源三號測繪衛星[J]﹒測繪學報，2012（6）﹒

[4]趙春梅，唐新明﹒基于星載GPS的資源三號衛星精密定軌[J]﹒宇航學報，2013（9）﹒

[5]邱振戈﹒資源三號測繪衛星測圖能力評價[C] ﹒//第十屆全國光電技術學術交流會論文集，2012﹒

[6]李國元﹒資源三號衛星為天地圖提供超百景影像[J] ﹒中國測繪報，2012（21）﹒

[7]喻貴銀，李國元﹒我國建成國家級高精度控制點數據庫[J]﹒中國測繪報，2014（19）﹒

[8]孫喜亮，劉召芹，劉斌，等﹒資源三號數據在重力中區地形改正中的應用[J]﹒物探與化探，2013（10）﹒

[9]李芬﹒資源三號衛星數據在土地利用遙感監測中的應用研究[D]﹒長春：吉林大學，2013﹒

[10]余婧峰﹒基于資源三號衛星影像的高鐵安全控制區建筑用地信息提取研究[D]﹒成都：西南交通大學，2013﹒