唐新明，王鴻燕，祝小勇

國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心,北京 100048

資源三號(hào)衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)與應(yīng)用

唐新明，王鴻燕，祝小勇

國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心,北京 100048

系統(tǒng)總結(jié)了資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星發(fā)射以來(lái)的技術(shù)、產(chǎn)品研發(fā)及數(shù)據(jù)應(yīng)用情況。在介紹衛(wèi)星總體技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，闡述了影像的輻射校正、姿態(tài)處理、幾何檢校、成像模型建立的方法，以及5年來(lái)的工程實(shí)現(xiàn)情況，對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用情況進(jìn)行了概括和總結(jié)，并簡(jiǎn)單展望了測(cè)繪衛(wèi)星的發(fā)展前景。

資源三號(hào)；處理方法；數(shù)據(jù)應(yīng)用

1 資源三號(hào)衛(wèi)星總體情況

資源三號(hào)衛(wèi)星是我國(guó)高分辨率光學(xué)傳輸型立體測(cè)圖衛(wèi)星，衛(wèi)星采用三線(xiàn)陣測(cè)繪方式，由具有良好交會(huì)角的前視、正視和后視相機(jī)通過(guò)對(duì)同一地面點(diǎn)不同視角的觀測(cè)，形成立體影像，同時(shí)配以精確的內(nèi)外方位元素參數(shù)，準(zhǔn)確獲取影像的三維地面坐標(biāo)。文獻(xiàn)[1—3]指出，資源三號(hào)衛(wèi)星影像可用于生產(chǎn)1∶5萬(wàn)測(cè)繪產(chǎn)品，以及開(kāi)展1∶2.5萬(wàn)及更大比例尺地形圖的修測(cè)與地理信息更新，并應(yīng)用于國(guó)土資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)等諸多行業(yè)。

國(guó)家測(cè)繪地理信息局和中國(guó)航天科技集團(tuán)，從2003年年底開(kāi)始聯(lián)合成立論證組，在測(cè)繪遙感和地理信息多位院士和專(zhuān)家的大力支持下，對(duì)我國(guó)1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖衛(wèi)星需求的必要性和可行性進(jìn)行了分析和論證。2008年3月，國(guó)務(wù)院正式批準(zhǔn)資源三號(hào)衛(wèi)星工程立項(xiàng)。2012年1月9日，資源三號(hào)01星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，7月30日，衛(wèi)星完成在軌交付。

資源三號(hào)衛(wèi)星采用太陽(yáng)同步圓軌道，設(shè)計(jì)軌道高度為505 km，可對(duì)地球南北緯84°以?xún)?nèi)的地區(qū)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫影像覆蓋，每59天完成對(duì)我國(guó)領(lǐng)土和全球范圍的一次影像覆蓋。衛(wèi)星采用三線(xiàn)陣測(cè)繪方式，前視和后視相機(jī)的影像地面分辨率為3.6 m，正視相機(jī)分辨率設(shè)計(jì)指標(biāo)優(yōu)于2.1 m，基高比0.89。多光譜相機(jī)包括紅、綠、藍(lán)、近紅外4個(gè)譜段，分辨率為5.8 m。姿態(tài)主要由3臺(tái)星敏感器、高精度陀螺、太陽(yáng)敏感器和紅外敏感器控制，姿態(tài)穩(wěn)定度優(yōu)于5×10-4°/s。衛(wèi)星定軌采用雙頻GPS，在軌定位精度設(shè)計(jì)優(yōu)于10 m，測(cè)速精度優(yōu)于0.2 m/s。此外，衛(wèi)星安裝了衛(wèi)星激光測(cè)距設(shè)備，以進(jìn)行GPS軌道精度的驗(yàn)證及應(yīng)急條件下的衛(wèi)星定軌。在衛(wèi)星定姿方面，文獻(xiàn)[4—5]采用資源三號(hào)搭載的高精度星敏感器和陀螺組件測(cè)量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行事后姿態(tài)處理，使姿態(tài)精度更好地滿(mǎn)足測(cè)圖精度要求。

衛(wèi)星工程由衛(wèi)星系統(tǒng)、運(yùn)載系統(tǒng)、發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)、測(cè)控系統(tǒng)、地面系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)6大系統(tǒng)組成。衛(wèi)星由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院負(fù)責(zé)總體研制；國(guó)家測(cè)繪地理信息局負(fù)責(zé)完成衛(wèi)星研制總要求及應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，并負(fù)責(zé)衛(wèi)星大總體技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)8年的技術(shù)攻關(guān)，工程全面突破了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖技術(shù)，建立了自主衛(wèi)星的1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖技術(shù)體系。在軌測(cè)試表明，資源三號(hào)衛(wèi)星在稀少控制點(diǎn)條件下，影像平面精度優(yōu)于3 m，高程精度優(yōu)于2 m，全面超過(guò)了1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖衛(wèi)星設(shè)計(jì)指標(biāo)，并可用于1∶2.5萬(wàn)測(cè)圖。文獻(xiàn)[6—12]指出，在無(wú)控制點(diǎn)條件下，影像平面精度優(yōu)于10 m，高程精度優(yōu)于5 m；影像直接定位精度從900 m提高到10 m；衛(wèi)星多光譜影像配準(zhǔn)精度達(dá)到0.15像素；衛(wèi)星影像的總體精度指標(biāo)優(yōu)于法國(guó)SPOT 5、日本ALOS等國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品，總體影像質(zhì)量?jī)?yōu)于國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星。

2016年5月30日，資源三號(hào)02星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。02星繼承了01星的技術(shù)狀態(tài)，并進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，將前后視的分辨率從3.6 m提高到2.6 m，將多光譜相機(jī)的安裝和正視相機(jī)調(diào)整成同一個(gè)角度。2016年7月，衛(wèi)星順利完成在軌交付，衛(wèi)星的測(cè)圖精度與01星總體一致，DSM的格網(wǎng)大小可以提高到10 m。

到2016年底，資源三號(hào)衛(wèi)星已向測(cè)繪、國(guó)土、水利、地礦、林業(yè)等行業(yè)的2000多家單位提供影像產(chǎn)品57萬(wàn)余景，面積累計(jì)超過(guò)3億km2，為基礎(chǔ)測(cè)繪、國(guó)土資源、林業(yè)調(diào)查、水利建設(shè)、農(nóng)業(yè)調(diào)查、城市建設(shè)、生態(tài)環(huán)境等提供了有效保障，產(chǎn)品已推廣到澳大利亞、德國(guó)、巴西等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，在國(guó)際上產(chǎn)生巨大反響。

2 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

資源三號(hào)衛(wèi)星的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)了1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖，主要內(nèi)容包括衛(wèi)星定軌[13-15]、輻射處理、姿態(tài)處理、幾何檢校、成像模型建立，02星還包括激光測(cè)高的數(shù)據(jù)處理。本文主要總結(jié)5年來(lái)資源三號(hào)衛(wèi)星輻射和幾何精度情況。

2.1 輻射標(biāo)定技術(shù)

資源三號(hào)衛(wèi)星傳感器在發(fā)射前進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)，但衛(wèi)星傳感器受發(fā)射時(shí)的振動(dòng)、在軌空間環(huán)境變化和元器件老化等因素的影響，其輻射性能指標(biāo)(如探測(cè)靈敏度)會(huì)發(fā)生變化，這些衰減直接影響衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的精度、可靠性和應(yīng)用水平。文獻(xiàn)[16—18]指出開(kāi)展資源三號(hào)衛(wèi)星傳感器在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)工作，是對(duì)衛(wèi)星傳感器實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)的補(bǔ)充和檢驗(yàn)，滿(mǎn)足遙感數(shù)據(jù)定量化要求。

資源三號(hào)衛(wèi)星在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)采用的是反射率基法[19-21]實(shí)際技術(shù)流程如圖1所示，輻射靶標(biāo)布設(shè)情況如圖2所示。當(dāng)衛(wèi)星在輻射定標(biāo)場(chǎng)地上空過(guò)境時(shí)，同步測(cè)量地面靶標(biāo)的光譜反射率，并獲取空中、地面及大氣環(huán)境數(shù)據(jù)，計(jì)算大氣消光系數(shù)，計(jì)算大氣中水和臭氧含量，分析光譜反射率數(shù)據(jù)、衛(wèi)星成像時(shí)的幾何參量和時(shí)間，將獲取和計(jì)算的各種參數(shù)代入大氣輻射傳輸模型，求取衛(wèi)星載荷入瞳處輻射亮度，計(jì)算定標(biāo)系數(shù)，進(jìn)行誤差分析。為了保證資源三號(hào)衛(wèi)星的外場(chǎng)絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)精度，進(jìn)一步分析了試驗(yàn)過(guò)程中各種因素對(duì)定標(biāo)系數(shù)的影響及不確定度，并利用試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星外場(chǎng)絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)進(jìn)行精度驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果顯示，資源三號(hào)衛(wèi)星各個(gè)相機(jī)各譜段的絕對(duì)輻射定標(biāo)精度均優(yōu)于7%。

圖1 資源三號(hào)衛(wèi)星在軌輻射定標(biāo)技術(shù)流程Fig.1 The technique flow chart of radiation calibration about ZY-3

圖2 輻射靶標(biāo)布設(shè)示意圖Fig.2 Sketch map of radiation target layout

從2012年衛(wèi)星發(fā)射到2016年底，衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心每年都組織開(kāi)展2～3次衛(wèi)星在軌絕對(duì)輻射定標(biāo)試驗(yàn)，利用不同的試驗(yàn)場(chǎng)(內(nèi)蒙古包頭、黑龍江肇東、甘肅敦煌等)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行場(chǎng)地輻射定標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，得到定標(biāo)結(jié)果與發(fā)射前定標(biāo)很接近，定標(biāo)誤差小于5%。資源三號(hào)01星發(fā)射后5年來(lái)，一直很穩(wěn)定，儀器和試驗(yàn)結(jié)果都保持很好的穩(wěn)定性。

表1 資源三號(hào)01星絕對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)對(duì)比

2.2 事后姿態(tài)處理

星敏感器和陀螺組合定姿是當(dāng)前測(cè)繪遙感衛(wèi)星主要的姿態(tài)測(cè)量方式。由于受實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性的要求，星上定姿往往采用較為簡(jiǎn)單可靠的融合處理算法，姿態(tài)測(cè)量精度有限，直接影響衛(wèi)星幾何定位精度。筆者提出了一種基于前-后向無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF)的事后定姿方法[22]，利用衛(wèi)星下傳的星敏感器/陀螺原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行事后定姿，從而獲取更高精度的姿態(tài)數(shù)據(jù)。該方法是以UKF為基礎(chǔ)，將陀螺漂移誤差和星敏感器四元數(shù)改正量作為狀態(tài)量，構(gòu)建擴(kuò)展卡爾曼濾波估計(jì)，對(duì)累積一段時(shí)間的原始星敏感器/陀螺數(shù)據(jù)分別進(jìn)行前向?yàn)V波和后向?yàn)V波，然后以?xún)烧邊f(xié)方差為權(quán)值進(jìn)行平滑濾波，通過(guò)多次迭代獲取事后定姿結(jié)果。其方法如圖3所示。選取有地面控制數(shù)據(jù)的第785軌原始姿態(tài)進(jìn)行事后定姿，結(jié)果如圖4所示。事后姿態(tài)與星上姿態(tài)差值如圖5所示。

圖3 前-后向無(wú)跡卡爾曼濾波(UKF)Fig.3 The principle of the forward-backward unscented Kalman filter(UKF)

圖4 第785軌事后定姿處理結(jié)果Fig.4 Post-processed attitude results(quaternion)(the 785th track)

圖5 第785軌實(shí)時(shí)和事后處理姿態(tài)差值Fig.5 Attitude difference between the on-board and post-processed results

利用22個(gè)地面檢查點(diǎn)對(duì)星上和事后姿態(tài)的無(wú)控制幾何定位精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，與基于星上姿態(tài)的幾何定位結(jié)果相比，利用事后姿態(tài)地面定位的平面和高程精度有較大提升，其中平面精度提高1～2 m，高程精度提高3 m左右。

2.3 幾何檢校

文獻(xiàn)[23—25]指出衛(wèi)星影像在獲取過(guò)程中，成像過(guò)程不可避免地存在幾何畸變。本文把圖像與理想情況的不一致定義為畸變，通過(guò)數(shù)學(xué)模型描述來(lái)消除畸變的影響。資源三號(hào)數(shù)據(jù)處理時(shí)，建立了內(nèi)畸變模型和外畸變模型。內(nèi)畸變是指線(xiàn)推掃式影像行方向上線(xiàn)中心投影的像方畸變，包括相機(jī)設(shè)計(jì)造成的CCD畸變和鏡頭畸變兩部分；外畸變是線(xiàn)推掃式影像行方向上中心投影的物方畸變和列方向上近似平行投影的畸變，包括積分時(shí)間跳變、衛(wèi)星軌道姿態(tài)測(cè)量不準(zhǔn)確、衛(wèi)星平臺(tái)的抖動(dòng)等。資源三號(hào)通過(guò)在軌幾何標(biāo)定獲取模型參數(shù)用于后續(xù)處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)畸變影響的消除[26-30]。

表2天津地區(qū)無(wú)控定位精度比較(第785軌)

Tab.2PositioningaccuracycomparisonwithoutusingGCPsintheTianjinarea(the785thtrack) m

地面位置姿態(tài)數(shù)據(jù)最小值最大值均方根誤差X實(shí)時(shí)后處理9.48513.02511.4658.61811.91410.311Y實(shí)時(shí)后處理0.0963.8632.2940.0572.1251.191Z實(shí)時(shí)后處理6.90313.1179.7963.51710.7286.796

文獻(xiàn)[31—33]設(shè)計(jì)了在軌幾何檢校方法，利用相位相關(guān)的配準(zhǔn)算法對(duì)資源三號(hào)影像和高精度DOM/DEM進(jìn)行配準(zhǔn)，獲取的高精度密集控制點(diǎn)，結(jié)合人工標(biāo)志控制點(diǎn)，求解內(nèi)外檢校模型參數(shù)。圖6是資源三號(hào)01星2016年3月在河南安陽(yáng)的檢校結(jié)果?？刂茢?shù)據(jù)為航空影像制作的1∶1000 DOM/DEM，通過(guò)匹配獲得了20 384個(gè)控制點(diǎn)，經(jīng)過(guò)內(nèi)外檢校后，沿CCD方向殘差為0.21像素，垂直CCD方向殘差為0.28像素。圖6(a)表明了資源三號(hào)01星正視相機(jī)主要存在焦距誤差和CCD安裝誤差。圖6(a)、(b)的對(duì)比可知，資源三號(hào)的內(nèi)檢校有效消除了CCD線(xiàn)陣內(nèi)幾何精度不一致。

圖6 資源三號(hào)01星內(nèi)外檢校結(jié)果Fig.6 Results after internal and external calibration for ZY-3-01

表3為資源三號(hào)在軌幾何檢校概略結(jié)果表，時(shí)間跨度從2012年至2016年，每年1～2次的試驗(yàn)結(jié)果表明在軌幾何檢校能夠有效消除系統(tǒng)誤差，影像內(nèi)部精度穩(wěn)定。沿CCD方向、垂直軌道方向檢校殘差基本在0.3像素之內(nèi)，最大值不超過(guò)0.5像素，完全滿(mǎn)足后續(xù)應(yīng)用處理需要。從定標(biāo)前的初始定位偏差來(lái)看，衛(wèi)星軌道姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定，僅在2015年年底出現(xiàn)近百像素的系統(tǒng)偏差，主要是由于衛(wèi)星能源系統(tǒng)重啟，導(dǎo)致初始定位偏差大，經(jīng)在軌標(biāo)定后消除影響。

表3 資源三號(hào)01星在軌幾何檢校結(jié)果

2.4 影像產(chǎn)品成像模型構(gòu)建

精確構(gòu)建各類(lèi)畸變且模型簡(jiǎn)單的成像模型是保證高精度后處理的基礎(chǔ)。資源三號(hào)衛(wèi)星搭載的相機(jī)將多片CCD在焦面上排列獲得更大的探測(cè)器線(xiàn)陣的總有效長(zhǎng)度，實(shí)際上各片CCD不是嚴(yán)格的在一條直線(xiàn)上。在處理資源三號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)，采用了文獻(xiàn)[34—36]設(shè)計(jì)的基于虛擬CCD的內(nèi)視場(chǎng)拼接技術(shù)。基于真實(shí)CCD的指向構(gòu)建的虛擬CCD線(xiàn)陣是一條假設(shè)在焦平面上的連續(xù)CCD線(xiàn)陣，它與多譜段多片真實(shí)CCD具有相同的焦距和主點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)理想中心投影與多譜段影像配準(zhǔn)譜段的影像產(chǎn)品生成。根據(jù)真實(shí)幾何標(biāo)定獲得的CCD上各CCD探元的位置及指向角、精密定軌、精密定姿、成像時(shí)間，可以得到各探元攝影光線(xiàn)的像方幾何關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建出真實(shí)CCD與地面點(diǎn)之間的成像幾何模型；同樣，根據(jù)虛擬CCD的設(shè)計(jì)位置，按照無(wú)畸變的線(xiàn)中心投影成像結(jié)合濾波改正后的軌道、姿態(tài)、時(shí)間等數(shù)據(jù)，可以得到虛擬CCD與物方地面點(diǎn)間的成像幾何模型，由此構(gòu)建了由虛擬CCD線(xiàn)陣獲得的完整影像與原始CCD獲得的條帶影像間的像點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)灰度重采樣生成拼接影像，并構(gòu)建高精度RFM模型用于后續(xù)處理。

資源三號(hào)衛(wèi)星處理時(shí)基于真實(shí)測(cè)量的軌道姿態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)建平滑的嚴(yán)密成像幾何模型，衛(wèi)星軌道采用五次多項(xiàng)式模型，姿態(tài)采用二次多項(xiàng)式模型。資源三號(hào)產(chǎn)品數(shù)據(jù)利用RFM模型替代平滑的嚴(yán)密幾何模型，采用400×400像素的像面格網(wǎng)，高程分層為15，求解分母不相等的三階RFM模型參數(shù)。表4是資源三號(hào)01星2016年8月3日獲取的天津數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。表4表明，資源三號(hào)衛(wèi)星正視的RFM模型替代平滑的嚴(yán)密幾何模型的精度優(yōu)于0.000 5像素，前視和后視優(yōu)于0.001 5像素，滿(mǎn)足攝影測(cè)量生產(chǎn)的需求[37-38]。

表4 資源三號(hào)衛(wèi)星正視、前視、后視RFM模型參數(shù)求解精度

2.5 激光測(cè)高技術(shù)

我國(guó)在資源三號(hào)02星上首次搭載了一臺(tái)用于對(duì)地觀測(cè)的試驗(yàn)性載荷——激光測(cè)高儀。由于衛(wèi)星發(fā)射時(shí)的振動(dòng)及入軌后空間環(huán)境變化等因素影響，激光測(cè)高儀的指向、測(cè)距等系統(tǒng)參數(shù)相對(duì)于發(fā)射前地面測(cè)量值將發(fā)生變化，從而引起激光的平面和高程誤差。筆者根據(jù)資源三號(hào)02星激光測(cè)高儀特點(diǎn)，提出了一種基于地面探測(cè)器的在軌幾何檢校方法，構(gòu)建了以指向、測(cè)距為系統(tǒng)誤差的嚴(yán)密幾何檢校模型，以激光測(cè)距值殘差最小為原則，利用地面探測(cè)器捕獲的激光光斑位置作為參考，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)誤差參數(shù)高精度在軌幾何檢校。利用衛(wèi)星在軌測(cè)試期間多個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校后，以有關(guān)DEM數(shù)據(jù)作為地面參考比對(duì)，在地形坡度小于2°區(qū)域內(nèi)的激光點(diǎn)高程精度由檢校前的100～140 m提高到1～2 m。利用平坦區(qū)域激光足印內(nèi)少量GPS外業(yè)控制點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證對(duì)比，檢校后激光高程測(cè)量的絕對(duì)精度優(yōu)于1 m。試驗(yàn)表明了資源三號(hào)02星激光測(cè)高儀測(cè)距的有效性和正確性[39-40]。

表5是激光測(cè)高儀在軌檢校的部分結(jié)果。2016年8月，采用3個(gè)檢校場(chǎng)獲取的激光足印中心坐標(biāo)作為地面控制，先采用單檢校場(chǎng)獨(dú)立及多檢校場(chǎng)聯(lián)合等不同組合方式對(duì)資源三號(hào)02星激光測(cè)高儀系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，再利用3個(gè)檢校場(chǎng)數(shù)據(jù)對(duì)檢校結(jié)果進(jìn)行外推驗(yàn)證，從而反映參數(shù)的檢校精度。

從表5可以看出，利用3個(gè)檢校場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合檢校后進(jìn)行驗(yàn)證，激光光斑平面精度優(yōu)于20 m，高程精度優(yōu)于0.9 m。

3 數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用服務(wù)

3.1 數(shù)據(jù)處理

截至2016年12月31日，共獲取和處理原始數(shù)據(jù)8777軌，影像數(shù)據(jù)221萬(wàn)景，中國(guó)陸地國(guó)土面積和全球陸地面積有效覆蓋分別為99.37%和53.8%。各年度數(shù)據(jù)獲取情況見(jiàn)表6，各大洲數(shù)據(jù)獲取情況如圖7所示，有效覆蓋情況如圖8所示。

表5 激光測(cè)高高程精度相互驗(yàn)證結(jié)果

表6 資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取情況

圖7 資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)全球獲取情況Fig.7 List of data acquisition of ZY-3 satellite by continent

圖8 資源三號(hào)衛(wèi)星全球有效覆蓋圖Fig.8 Efficient coverage of data acquisition of ZY-3 satellite

3.2 應(yīng)用服務(wù)

持續(xù)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)經(jīng)應(yīng)用系統(tǒng)處理成各類(lèi)影像產(chǎn)品，極大地豐富了我國(guó)自主高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)源，一定程度上滿(mǎn)足了國(guó)內(nèi)外眾多領(lǐng)域的旺盛需求。隨著應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)化、規(guī)?；I(yè)務(wù)化、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提升，資源三號(hào)數(shù)據(jù)得到了更加深入和廣泛的應(yīng)用。

資源三號(hào)衛(wèi)星全面保障各級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)和重大測(cè)繪工程建設(shè)。自2012年資源三號(hào)01星成功發(fā)射后，資源三號(hào)衛(wèi)星每年面向地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)更新、“天地圖”平臺(tái)建設(shè)等重大測(cè)繪任務(wù)提供覆蓋國(guó)內(nèi)90%以上國(guó)土陸地面積的影像數(shù)據(jù)，4D產(chǎn)品的更新周期縮短了1/3，基礎(chǔ)地理信息更新能力提高2倍以上，大幅度提高了我國(guó)遙感影像產(chǎn)品和測(cè)繪成果的現(xiàn)勢(shì)性。同時(shí)，極大地降低了測(cè)繪生產(chǎn)成本，提升了我國(guó)測(cè)繪保障服務(wù)的快速響應(yīng)能力，還使得開(kāi)展全球地理信息資源建設(shè)成為可能。資源三號(hào)衛(wèi)星影像連續(xù)5年在國(guó)家重大測(cè)繪工程中發(fā)揮了核心數(shù)據(jù)源的作用，已經(jīng)成為各大測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)最為主要的數(shù)據(jù)源支撐和保障。

除了在測(cè)繪地理信息行業(yè)的廣泛應(yīng)用，資源三號(hào)衛(wèi)星向國(guó)土、地礦、森林、水利、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、海洋、民政、審計(jì)、位置服務(wù)等領(lǐng)域提供了多元化、增值性的應(yīng)用服務(wù)。在國(guó)土行業(yè)，大力支撐了多星、大區(qū)域、高頻率國(guó)土資源調(diào)查、監(jiān)測(cè)與“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫(kù)更新等重要工作的開(kāi)展；地礦行業(yè)數(shù)十家單位利用資源三號(hào)衛(wèi)星正射影像和數(shù)字地表模型開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查、物探找礦、環(huán)境監(jiān)測(cè)、礦山監(jiān)測(cè)等工作；連續(xù)多年為水利部門(mén)提供長(zhǎng)江、黃河、海河等7大流域的高精度正射影像數(shù)據(jù)，以及覆蓋全國(guó)的公開(kāi)級(jí)正射影像成果，為未來(lái)大區(qū)域、高頻率水資源管理、水利建設(shè)、防汛抗旱、水政執(zhí)法、水利安全生產(chǎn)等提供快速、直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；持續(xù)為國(guó)家林業(yè)局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院提供了全國(guó)范圍的資源三號(hào)衛(wèi)星正射影像生產(chǎn)服務(wù)，為林業(yè)部門(mén)開(kāi)展全國(guó)林業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化碳匯計(jì)量和監(jiān)測(cè)體系建設(shè)、境外森林資源調(diào)查等業(yè)務(wù)提供支撐。

利用資源三號(hào)衛(wèi)星全球地表數(shù)據(jù)獲取能力，推進(jìn)與各國(guó)政府部門(mén)之間的合作共享，已面向全球60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提供資源三號(hào)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和服務(wù)(見(jiàn)表7)。依托資源三號(hào)衛(wèi)星影像云服務(wù)平臺(tái)國(guó)際化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，先后與肯尼亞非洲區(qū)域發(fā)展資源測(cè)繪中心、烏干達(dá)國(guó)家公路局、泰國(guó)地理信息與空間技術(shù)發(fā)展局、老撾測(cè)繪局、哈薩克斯坦地理研究所、諾丁漢大學(xué)、維也納大學(xué)等國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)簽訂了合作備忘錄，初步開(kāi)展了衛(wèi)星影像應(yīng)用服務(wù)，進(jìn)一步提升了我國(guó)測(cè)繪衛(wèi)星的國(guó)際影響力；根據(jù)“走出去”戰(zhàn)略部署，先后向以色列、埃及、肯尼亞、尼泊爾、斯里蘭卡等國(guó)的測(cè)繪地理信息部門(mén)提供影像數(shù)據(jù)，并與多個(gè)國(guó)家建立了進(jìn)一步的合作共享關(guān)系，提升了我國(guó)在全球?qū)Φ赜^測(cè)系統(tǒng)中的話(huà)語(yǔ)權(quán)；先后向聯(lián)合國(guó)全球地理信息管理專(zhuān)家委員會(huì)提供了日本、韓國(guó)、蒙古及加勒比地區(qū)12個(gè)國(guó)家的資源三號(hào)衛(wèi)星影像，體現(xiàn)了我國(guó)作為聯(lián)合國(guó)成員的責(zé)任與義務(wù)；逐步與巴西、英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞、墨西哥等國(guó)家的遙感服務(wù)商建立初步的合作關(guān)系，在多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星影像商業(yè)化應(yīng)用模式的探索。

表7 資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)情況一覽表

4 前景展望

資源三號(hào)01星已經(jīng)運(yùn)行5年，02星已經(jīng)在軌9個(gè)月，圓滿(mǎn)完成了工程預(yù)期目標(biāo)，全面實(shí)現(xiàn)了1∶5萬(wàn)立體測(cè)圖的要求，為國(guó)家提供了大量衛(wèi)星影像和地理信息產(chǎn)品。截至2016年底，資源三號(hào)衛(wèi)星已經(jīng)向國(guó)內(nèi)外2000多個(gè)用戶(hù)提供影像57萬(wàn)余景，覆蓋面積超過(guò)3億km2。資源三號(hào)衛(wèi)星打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖和數(shù)據(jù)壟斷，突破了困擾我國(guó)高分辨率遙感數(shù)據(jù)長(zhǎng)期依賴(lài)進(jìn)口的瓶頸，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星從“有”到“好用”、從示范應(yīng)用到業(yè)務(wù)化運(yùn)行的根本性轉(zhuǎn)變，開(kāi)創(chuàng)了自主航天測(cè)繪的新紀(jì)元，是我國(guó)航天和測(cè)繪事業(yè)的重要里程碑，也是我國(guó)測(cè)繪行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的劃時(shí)代標(biāo)志。

資源三號(hào)01星已經(jīng)超過(guò)了衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命，03星立項(xiàng)在即，將接替01星，與02星組成星座，獲取全球高分辨率三線(xiàn)陣衛(wèi)星影像，為全球地理信息資源建設(shè)、新型基礎(chǔ)測(cè)繪、天地圖及相關(guān)行業(yè)應(yīng)用提供更多更好的立體影像和地理信息產(chǎn)品。優(yōu)于米級(jí)分辨率的雙線(xiàn)陣測(cè)繪衛(wèi)星高分七號(hào)已經(jīng)立項(xiàng)，將重點(diǎn)突破1∶1萬(wàn)立體測(cè)圖關(guān)鍵技術(shù)。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳衛(wèi)星、雷達(dá)差分干涉SAR衛(wèi)星等科研衛(wèi)星已經(jīng)立項(xiàng)，將為全球高程控制點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、全球高程模型建設(shè)、地面沉降監(jiān)測(cè)及應(yīng)急測(cè)繪等工作提供新型技術(shù)手段。展望未來(lái)，我國(guó)的衛(wèi)星測(cè)繪將蓬勃發(fā)展，前景廣闊。

致謝：特別感謝謝俊峰、周平、李國(guó)元、孫承志、高小明、唐洪釗等對(duì)本文所作的貢獻(xiàn)。

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(責(zé)任編輯：張艷玲)

Technology and Applications of Surveying and Mapping for ZY-3 Satellites

TANG Xinming,WANG Hongyan,ZHU Xiaoyong

Satellite Surveying and Mapping Application Center(SASMAC),National Administration of Surveying,Mapping and Geoinformation,Beijing 100048，China

This paper systematically summarizes the research and development of technology and product since the launch of the ZY-3 surveying and mapping satellite,as well as the data application.Based on the introduction about satellite system technical parameters,this paper describes the processing methods about radiation correction,attitude post-processing,geometric calibration and imaging geometric model,and introduces the project realization in the past 5 years.The application of the data is summarized and analyzed,and the development prospect of the mapping satellite is briefly expected.

the satellite ZY-3;processing method;data application

The National Natural Science Foundation of China(No. 41571440);The National Key Research and Development Program of China(No. 2016YFB0501402)

TANG Xinming(1966—)，male,PhD,research fellow, PhD supervisor,majors in remote sensing,space photogrammetry and related application.

唐新明，王鴻燕，祝小勇.資源三號(hào)衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)與應(yīng)用[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2017,46(10)：1482-1491.

10.11947/j.AGCS.2017.20170251.

TANG Xinming,WANG Hongyan,ZHU Xiaoyong.Technology and Applications of Surveying and Mapping for ZY-3 Satellites[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1482-1491. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170251.

P237

A

1001-1595(2017)10-1482-10

國(guó)家自然科學(xué)基金(41571440)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFB0501402)

2017-05-12

修回日期： 2017-08-08

唐新明(1966—)，男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)檫b感和航天攝影測(cè)量。

E-mail： tangxinming99@gmail.com