资源三号卫星测绘技术与应用

资源三号卫星测绘技术与应用

李雪馨,郝锦风

内蒙古自治区测绘地理信息中心 内蒙古自治区呼和浩特 010000

摘要：随着我国各类卫星的发射和工程系统和建设的飞速发展，越来越多多载荷、多尺度、长序列、高质量的国产卫星影像资源和数据产品进入国际舞台，将极大地推动全球卫星遥感应用和共享，提升我国航天大国形象。资源三号卫星获取的影像数据是支持地球系统科学发展和地球资源、能源、环境和灾害研究的重要信息源，可支持开展全球地表覆盖、资源保护和利用开发、生态环境修复等地球系统要素与变化规律的监测和研究，为人类社会与地球环境和谐发展提供基础信息支撑。

关键词：资源三号；卫星测绘技术；应用  

卫星测绘遥感是测绘地理信息行业的“重器”，是基于各类测绘卫星获取地理信息和提供地理信息服务的重要手段，是保障测绘地理信息发展数据源的重要支撑。为满足国民经济、社会发展和国家安全对地理信息资源覆盖面、现势性和产品种类的要求。资源三号卫星全面保障着各级基础测绘生产任务和重大测绘工程建设，为我国提供了现势性强、精度高的地理信息数据，在资源管理、国防建设、公共安全等人类经济社会活动的各个方面发挥着重要作用。

一、资源三号卫星的性能

资源三号卫星发射升空，标志着光学遥感卫星由第一代返回胶片式、第二代数字传输式、第三代中高分辨式发展到第四代高精度测绘式，实现了从短期观测、连续观测、中高分辨率观测到高精度几何定量化的技术跨越。资源三号01 星首次实现国产卫星地面定位精度达到国际先进水平，无控制地面定位精度由几百米跨入到十米量级，实现了“质”的飞跃，全面满足1: 5 万比例尺立体测图指标要求，甚至达到1: 2.5 万比例尺测图要求。国际上首次实现X 频段2×450Mbps 数据传输能力，X 频段数据传输能力达到国际领先水平。国内首次将图像量化位数由8bit 提高到10bit，大幅提高图像质量。卫星高精度姿态确定和轨道确定精度得到大幅度的提高，解决了卫星外方位元素高精度测量与稳定性控制难题。资源三号卫星填补了国内民用高分辨率立体测图领域空白，建立了新一代高精度遥感卫星技术平台，开创了测绘卫星系列化发展的新局面。资源三号02 星继承了01 星的技术状态并进行了适当改进，将前视、后视相机的分辨率由3.5m提高到2.5m，同时搭载了国内首台对地观测的试验性激光测高载荷，主要用于测试国产激光测高仪在低轨遥感卫星平台的功能和性能，探索利用地表高精度的高程控制点辅助提高光学遥感卫星影像无地面控制立体测图精度的可能性。资源三号03 星相对于02 星主要变化为卫星寿命由5 年提升至8 年，相应的载荷产品开展严格的适应性分析，确保继承产品设计满足寿命要求，同时服务产品全面更换为基于8 年寿命的长寿命产品。随着资源三号02 星搭载激光测高仪的在轨优异表现，03 星的任务明确了激光测高仪作为一个新的测量任务，且要求满足8 年寿命。结合资源三号02星激光测高仪在轨使用经验和设计经验，加强了结构刚度以保证在轨激光指向稳定性和收发光轴匹配特性，同时针对8 年寿命要求，对激光器等重点部件进行专项改进。

二、资源三号卫星测绘技术

资源三号卫星的关键是实现了1∶5万立体测图，资源三号卫星传感器在发射前进行了实验室定标，但卫星传感器受发射时的振动、在轨空间环境变化和元器件老化等因素的影响，其辐射性能指标会发生变化，这些衰减直接影响卫星遥感数据的精度、可靠性和应用水平。开展资源三号卫星传感器在轨绝对辐射定标工作，是对卫星传感器实验室定标的补充和检验，满足遥感数据定量化要求。资源三号卫星在轨绝对辐射定标采用的是反射率基法［1］当卫星在辐射定标场地上空过境时，同步测量地面靶标的光谱反射率，并获取空中、地面及大气环境数据，计算大气消光系数，计算大气中水和臭氧含量，分析光谱反射率数据、卫星成像时的几何参量和时间，将获取和计算的各种参数代入大气辐射传输模型，求取卫星载荷入瞳处辐射亮度，计算定标系数，进行误差分析。为了保证资源三号卫星的外场绝对辐射定标系数精度，进一步分析了试验过程中各种因素对定标系数的影响及不确定度，并利用试验测量数据对资源三号卫星外场绝对辐射定标系数进行精度验证，验证结果显示，资源三号卫星各个相机各谱段的绝对辐射定标精度均优于7％。

三、资源三号卫星在各行业的应用

资源三号卫星自发射以来，一直在轨安全稳定运行，影像获取持续高效，为测绘与地理国情监测、全国数字正射影像和数字表面模型一版图等国家重大测绘工程，以及长江经济带自然资源调查与监测、雄安新区自然资源调查与监测等各行业用户提供了现势性强的自主卫星测绘地理信息服务保障，也在农业、林业、水利、国土、城市建设等领域，为国家安全提供了重要保障，产生了显著的社会效益和经济效益。

1、测绘与地理国情监测。在全国地理国情普查工作中，资源三号卫星为西部困难区地理国情普查工作提供了数据支撑，全面保障了地理国情普查工作的顺利开展，卫星数据在地表覆盖国情要素的采集、调查、核实、分析工作中发挥了重要作用。为了提升我国西部测图困难地区的数字地形产品精度和质量，采用资源三号卫星三线阵立体影像快速生产该区域约320 万平方千米满足1:2.5 万比例尺精度的15m 格网尺寸数字表面模型产品。

2、全国数字正射影像和数字表面模型一版图产品生产。资源三号卫星全国数字正射影像一版图产品是基于资源三号正视全色和多光谱影像生产的全国无缝覆盖的真彩色正射卫星影像，可用作各行业深层次应用的地理空间底图，满足各行业GIS 用户的数据需求。作为当前分辨率最高的全国级别覆盖的真彩色正射卫星影像库，该产品具备现势性强、分辨率高等特点。资源三号卫星数字表面模型库是以资源三号02 星为主，资源三号01 星为补充的2.5m 空间分辨率立体像对为数据源生产的10m 格网数字表面模型产品，是国内分辨率最高、覆盖最全、时相最新的地表模型产品。

3、长江经济带自然资源调查与监测。基于最新时相的资源三号等卫星数据，制作了长江经济带沿线11 个省市卫星遥感影像图直观展现了长江经济带沿线山水林田湖草等自然资源因子的空间分布，为开展长江经济带发展规划、建设提供了重要的自然资源要素支撑。

4、雄安新区自然资源调查与监测。为了准确掌握雄安新区各类土地资源要素变化时序，查明该地区耕林地、地表水等分布情况，基于多期资源三号影像数据开展了多方位的遥感监测工作，为政府宏观决策、战略规划制定提供必要支撑。

5、服务“一带一路”倡议。资源三号卫星测绘图像质量达到了国际先进水平，成为第一个进入国际对地遥感卫星图像市场的国产卫星。为了促进区域及全球多边合作，先后向联合国全球地理信息管理专家委员会提供老挝、日本、韩国、蒙古等国家的资源三号卫星影像，积极参与金砖国家地理空间技术工作组、地球观测组织、联合国可持续发展司等相关事务，积极推进“一带一路”国家构建更为紧密的全球命运共同体。

资源三号卫星工程的建设，极大地增强了我国独立获取地理空间信息的能力，提升了我国测绘服务保障水平，提高了国土资源调查与监测的数据保障能力，加快了空间数据基础设施建设，推动了地理信息产业发展。资源三号卫星项目实现了国产测绘卫星数据“从无到优”的跨越，国产数据质量和定位精度发生了根本性变革，1:5 万比例尺测图由依赖国外卫星数据到使用国产数据替代，突破了困扰我国高分辨率遥感数据长期依赖进口的瓶颈，首次实现了科研卫星由示范运行到业务化运行的转变。

参考文献：

[1] 唐新明, 王鸿燕, 祝小勇. 资源三号卫星测绘技术与应用[J]. 测绘学报, 2018, 46(10): 11.

[2] 李德仁. 我国第一颗民用三线阵立体测图卫星——资源三号卫星[J]. 测绘学报, 2018, 41(3): 2.

[3] 曹海翊, 刘希刚, 李少辉. “资源三号”卫星遥感技术[J]. 航天返回与遥感, 2018, 37(3): 7-16.

[4] 唐新明, 谢俊峰, 张过. 测绘卫星技术总体发展和现状[J]. 航天返回与遥感, 2018, 33(3): 17-24.