资源三号测绘卫星信息化与应急应用

+ 付兴科 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心

资源三号测绘卫星是中国首颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星。经过在轨测试、试运行、卫星交付等多阶段的运行和应用情况表明，资源三号测绘卫星相关技术指标达到了国际先进水平，其突出的信息化能力和应急保障能力在国民经济建设的诸多行业以及防灾救灾等领域发挥了重要的基础保障作用。

图1 资源三号测绘卫星第一轨真彩色测绘融合影像产品

作为中国首个高分辨率光学传输型立体测绘卫星工程，资源三号测绘卫星将为国家基础地理信息系统建设、维护和更新提供数据源，满足1:5万所要求原始影像地面分辨率及其相应的平面和高程的精度要求，同时兼顾更大比例尺地区修测及资源、环境、水利、交通、城市建设、灾害评估和国家安全、寓军于民等方面的需求。自发射以来，资源三号测绘卫星已在全国1:5万数据库更新任务、“天地图”、927工程等国家重大测绘任务，省级基础测绘，以及国土资源监测、防灾减灾等领域开展了广泛的应用，已面向国内外各应用行业的近400家单位提供了资源三号测绘卫星数据产品及服务，提供数据量1.9万余景，取得了显著的应用效果。资源三号测绘卫星的信息化能力得以显现，测绘应急保障能力得到快速提升。

一、资源三号卫星工程概述

2012年1月9日11时17分，中国首颗民用高分辨率光学立体测图卫星——资源三号测绘卫星成功发射，开启了中国高精度卫星立体测绘的新纪元；1月11日，资源三号成功传回第一轨影像；1月12日，应用系统顺利生产出第一批测绘产品，见图1。2012年4月20日，资源三号完成在轨测试。2012年7月30日，资源三号测绘卫星正式交付给用户国家测绘地理信息局。卫星在轨测试和试运行表明，资源三号卫星工程相关指标全面满足甚至优于研制要求，遥感卫星产品质量得以大幅提高。

资源三号测绘卫星搭载四台线阵推扫式光学相机，其中三台全色相机按照前视22度、正视和后视22度设计安装，正视相机地面分辨率优于2.1米，前视、后视相机地面分辨率优于3.5米，构成了三线阵立体测图相机；另一台多光谱相机包含红、绿、蓝和红外四个谱段，地面分辨率优于5.8米。四台相机的配备使得资源三号卫星具有突出的多角度、多光谱综合立体成像能力，相机性能的提升使得资源三号测绘卫星影像的目视解译能力、清晰度、对比度、地物识别能力、地物定位精度、地物细节分辨能力等指标在国内外同类卫星中达到先进水平，立体影像质量得到国内各用户部门的广泛好评，基本替代了SPOT-5、P5、ALOS等国外同类卫星在国内的市场。

资源三号测绘卫星地面接收站设在北京密云、喀什和三亚，接收范围基本上可以覆盖中国全境，如图2所示，并首次实现超高码速率遥感数据传输，数据传输能力由2×150Mbit/s提高到了2×450Mbit/s，达到了国际领先水平。资源三号测绘卫星应用系统建设、运行和测绘产品分发应用由资源三号测绘卫星用户－国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心承担。目前，已经形成了完善成熟的测绘产品生产体系，构建了国产卫星4D产品高精度高效率综合处理平台，为资源三号测绘卫星产品行业应用和推广打下了坚实的基础。

二、资源三号测绘卫星的高精度信息化能力

2007年，《国务院关于加强测绘工作的意见》对今后一个时期的测绘工作进行了总体部署：建设信息化测绘体系，构建数字地理空间框架，提供测绘公共服务，发展地理信息产业。测绘信息化离不开最基本的数据源，即遥感影像的支持。资源三号可以长期、稳定、高效地将高分辨率卫星影像转化为高质量的基础地理信息产品，从而为测绘信息化建设提供了强有力的支撑。

资源三号测绘卫星的信息化能力可从以下六个方面体现：

1、 三线阵立体测图能力

不同于以往的卫星，资源三号测绘卫星是三线阵卫星，可以高效地向用户提供高质量的立体影像产品。单线阵卫星受天气条件限制，异轨立体成像立体影像获取效率低；同轨立体像对需要线阵摆动成像构成，卫星姿控系统技术难度大，姿态稳定度较低，影响卫星的测图精度。三线阵卫星立体成像只需推扫即可使得测绘卫星具备了获取大范围立体影像的能力，同时显著改善立体成像的影像质量；三线阵成像具备同轨立体、三重立体等稳定灵活的立体构成、理想的基高比、立体影像的时间一致性等优点。

2、高稳定性多光谱成像能力

资源三号测绘卫星具有高稳定性的多光谱成像能力，其搭载的多光谱相机具有蓝、绿、红和近红外四个谱段。多光谱相机与高精度三线阵相机的有效组合，使得影像测图精度和光谱信息达到了有机的结合。

图3 资源三号标准产品分类

3、大范围、短周期覆盖能力

资源三号测绘卫星采用505km的太阳同步轨道，可实现地球南北纬84度以内地区无缝影像覆盖，卫星回归周期为59天，重访周期为5天。卫星每日围绕地球飞行15圈，平均每天有3轨白天经过中国上空，3轨夜里经过中国上空。在地面站接收范围内，降轨可以做实传模式拍摄，升轨可以回放境外/境内记录模式的数据。这均确保了资源三号测绘卫星具有大范围、短周期的覆盖能力。

4、高精度高分辨率信息化测图能力

为了满足高精度测量的要求，除了高光学性能相机外，资源三号测绘卫星配备了高精度的恒星敏感器、双频GPS及高精度陀螺，地面定位精度首次达到国际先进水平，实现了无控制点条件下国产卫星原有的几百米的目标定位精度提高到米级，并能保持长期稳定。资源三号应用系统突破了高精度几何检校、计算机辅助的多目立体测图等制约我国测绘卫星高精度几何处理的系列关键技术，形成了完善成熟的测绘产品生产体系，首次构建了国产卫星4D产品高精度高效率综合处理平台，为资源三号测绘卫星影像产品的高精度处理、生产和应用奠定了技术和精度基础。

在高精度信息化服务方面，资源三号测图精度可以发挥显著作用。从卫星数据上看，在全球不加任何控制的情况下，就可以实现10m左右的定位精度。利用少量控制点经过三线阵平差以后，平面精度优于3m，高程精度优于2m。例如，2500平方千米范围内只需要3~4个控制点数据就可以实现平面2m左右的精度。

5、标准化的测绘卫星产品信息化服务能力

资源三号测绘卫星标准产品主要包含测绘遥感影像产品和数字地形产品。测绘遥感影像产品包括几何精纠正产品、正射纠正产品和数字正射影像产品三种高级产品。数字地形产品分为立体产品和4D产品两大类，前者包括核线影像产品、立体影像产品和精纠正立体影像产品，后者包括数字表面模型、数字高程模型、数字线划图和数字栅格图等，如图3所示。

图4 资源三号专题产品分类

此外，为服务于不同行业，资源三号卫星应用系统具备行业专题产品的信息化服务能力，包括融合影像、三维可视化产品、坡度图、坡向图等基础专题产品和各种地物的地表覆盖图、水资源分布图、交通要素图等行业专题产品等，如图4所示。

测绘产品和专题产品体系的完善和多样化提升了资源三号测绘卫星信息化服务的广泛性和定制化水平。

6 、长寿命确保信息化测图的长期、稳定

资源三号测绘卫星突破了能源安全管理技术、电源系统延寿技术、长寿命陀螺技术、长寿命转动天线等多项关键技术，首次实现了中国遥感卫星五年长寿命设计。通过增强卫星系统的可靠性，大幅提高了中国对地观测卫星的应用效益，为未来低轨遥感卫星长寿命设计奠定了坚实基础，确保了信息化测图的长期和稳定。

图5 资源三号4D产品

三、资源三号的应急测绘能力

资源三号测绘卫星的轨道高度为505千米太阳同步轨道，这使其具有优良的短周期重访能力，回归周期59天，重访周期5天；幅宽方面，单景有效覆盖宽度和立体有效覆盖宽度均大于50千米；资源三号卫星还具有±32度侧摆能力，对应315千米地面垂轨距离。这种短周期重访能力与大角度侧摆能力的结合可实现特定区域3天左右的应急保障能力。

资源三号已具备快速、高效、稳定的应急测绘能力，其体现在：

（1）根据测量业务需要，提供常规模式和应急模式.应急测绘模式下，30分钟之内完成应急拍摄计划，30景数据处理时间小于24小时；

（2）高效、完善的应急测绘生产体系，具备数字地形产品、专题产品等应急测绘产品的快速生产能力；

（3）影像产品具有高精度高分辨率特点，可为防灾救灾中的交通恢复、物资运送、现场救援等提供强有力支持。

资源三号应用系统可以快速生产的产品包括数字正射模型（DOM）、数字表面模型（DSM）、数字高程模型（DEM）和数字线划图（DLG）等4D产品，如图5所示，以及针对不同行业应用的地表覆盖图、水资源分布图、交通要素图等专题产品，甚至可以在此基础上做一些被洪水淹没的模拟场景，或在影像的基础上形成城市规划模拟的场景图，可为水利、交通等与地形有关的决策提供支持。

此外，国家测绘地理信息局良好的数据资源基础，通过测绘专用网络及各个地方局的数据资源，可以提供快速的数据、信息支持，这为资源三号测绘卫星应急保障能力的发挥起到了重要的帮助。应用系统在第一时间获取卫星数据后就能及时处理，特别是数字表面模型，只要获取了影像数据，就可以按照自动化生产的模式，在0.5～1小时内提供产品，这保证了在最短时间内将受灾区域的立体信息反馈到指挥或决策部门。

四、资源三号测绘卫星信息化和应急应用情况

资源三号测绘卫星发射至今，其信息化服务能力和应急测绘能力已得到初步体现。

截至2012年底，资源三号测绘卫星已面向国内外各应用行业的400余家单位提供了资源三号卫星数据产品及服务，提供数据量3万余景， 总数据量达20TB。

资源三号测绘卫星影像质量清晰、三线阵及多光谱影像配对完整，可用于立体测绘生产面积已达450万平方千米，在中国基础地理信息产品生产、天地图服务、地理国情监测、927工程等多个国家重大测绘工程中得到了广泛应用，有效解决了数字中国地理空间框架构建方面的数据源瓶颈问题，大大提升了基础地理信息资源的现势性。同时，面向省级基础测绘及综合服务需求，向20多个省市级测绘部门提供了所在地区的数据服务；为国土、农业、林业、水利、土地、城市建设等多行业应用提供了基础数据源，涉及应用内容包括国土资源调查、水土流失治理、水域生态环境监测、矿产资源开发利用动态监测、城市变迁监测等。

资源三号卫星应用系统在云南安宁晋宁山林火灾发生后，迅速启动应急保障机制，第一时间向云南省测绘局提供了晋宁县境内两处火灾区域的正视多光谱融合影像和有关解译信息用以制作出《云南省晋宁县3.28火灾灾后遥感影像图》，如图6所示，为灾情评估和救灾指导工作提供了有效的应急保障。

图6 云南晋宁3.28火灾灾后遥感影像图

面对时下国际海域划界的各种争端，为实现中国海域的长期、动态、高效监测，同时保证划界的公平性、科学性，必须采用高分辨率光学卫星遥感技术等当代高新科技含量高的测绘技术实现信息数字化、电子化。资源三号测绘卫星的应急保障能力在黄岩岛等事件中得到体现，如图7所示。

图7 黄岩岛影像图

此外，资源三号应用系统为民政部减灾中心、黄河水土保持生态环境监测中心等防灾减灾机构，以及一些专门对后期技术做研究的科研性单位提供了数据支持，这为资源三号后续应急应用起到了重要的推动作用。

随着资源三号测绘卫星影像的以及相关信息化和应急应用技术的研发，资源三号测绘卫星必将在中国信息化能力建设以及应急测绘保障方面发挥越来越重要的作用。