資源三號系列衛(wèi)星及其應用概況

文 | 曹海翊 戴君 徐馳 劉付強中國空間技術研究院遙感衛(wèi)星總體部

一、資源三號衛(wèi)星任務概況

資源三號衛(wèi)星是“十一五”期間我國民用航天重點科研項目，是在當時國家經(jīng)濟社會發(fā)展對我國獨立自主獲取衛(wèi)星立體影像的迫切需求，以及我國測繪手段從以航空為主轉向航空和航天相互補充的大背景下推動建設的國內首個民用立體測繪衛(wèi)星工程。

資源三號衛(wèi)星對我國測繪事業(yè)的發(fā)展具有革命性意義，是我國測繪事業(yè)發(fā)展史上一座新的里程碑[1]。資源三號衛(wèi)星建設的主要目標是長期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取覆蓋全球的高分辨率全色立體影像和多光譜影像，實現(xiàn)1 : 5萬比例尺基礎地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)以及1 : 2.5萬和更大比例尺地圖的修測和更新，開展國土資源調查和監(jiān)測，為防災減災、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設、交通、國家重大工程等領域的應用提供服務和保障[2]。

2012年1月9日，資源三號衛(wèi)星由長征四號乙運載火箭從太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，1月11日順利傳回第一景高精度立體影像及高分辨率多光譜圖像，開啟了我國民用航天測繪的序幕。2015年11月17日國家批準資源三號02星工程立項，是《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》批復后發(fā)射的首顆業(yè)務星。02星于2016年5月30日發(fā)射升空，與資源三號01星組網(wǎng)運行，形成有效互補。2020年7月25日，資源三號03星成功發(fā)射，與資源三號01、02星組網(wǎng)運行，共同組成了我國立體測繪衛(wèi)星星座，大幅提高了我國1 : 5萬比例尺國土測繪效率。目前資源三號03星正在進行在軌測試工作，進展順利。

二、資源三號衛(wèi)星主要性能

資源三號衛(wèi)星發(fā)射升空，標志著光學遙感衛(wèi)星由第一代返回膠片式、第二代數(shù)字傳輸式、第三代中高分辨式發(fā)展到第四代高精度測繪式，實現(xiàn)了從短期觀測、連續(xù)觀測、中高分辨率觀測到高精度幾何定量化的技術跨越。

資源三號01星首次實現(xiàn)國產(chǎn)衛(wèi)星地面定位精度達到國際先進水平，無控制地面定位精度由幾百米跨入到十米量級，實現(xiàn)了“質”的飛躍，全面滿足1 : 5萬比例尺立體測圖指標要求，甚至達到1 : 2.5萬比例尺測圖要求。國際上首次實現(xiàn)X頻段2×450Mbps數(shù)據(jù)傳輸能力，X頻段數(shù)據(jù)傳輸能力達到國際領先水平。國內首次將圖像量化位數(shù)由8bit提高到10bit，大幅提高圖像質量。衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定和軌道確定精度得到大幅度的提高，解決了衛(wèi)星外方位元素高精度測量與穩(wěn)定性控制難題。資源三號衛(wèi)星填補了國內民用高分辨率立體測圖領域空白，建立了新一代高精度遙感衛(wèi)星技術平臺，開創(chuàng)了測繪衛(wèi)星系列化發(fā)展的新局面。

資源三號02星繼承了01星的技術狀態(tài)并進行了適當改進，將前視、后視相機的分辨率由3.5m提高到2.5m，同時搭載了國內首臺對地觀測的試驗性激光測高載荷，主要用于測試國產(chǎn)激光測高儀在低軌遙感衛(wèi)星平臺的功能和性能，探索利用地表高精度的高程控制點輔助提高光學遙感衛(wèi)星影像無地面控制立體測圖精度的可能性[3]。

資源三號03星相對于02星主要變化為衛(wèi)星壽命由5年提升至8年，相應的載荷產(chǎn)品開展嚴格的適應性分析，確保繼承產(chǎn)品設計滿足壽命要求，同時服務產(chǎn)品全面更換為基于8年壽命的長壽命產(chǎn)品。隨著資源三號02星搭載激光測高儀的在軌優(yōu)異表現(xiàn)，03星的任務明確了激光測高儀作為一個新的測量任務，且要求滿足8年壽命。結合資源三號02星激光測高儀在軌使用經(jīng)驗和設計經(jīng)驗，加強了結構剛度以保證在軌激光指向穩(wěn)定性和收發(fā)光軸匹配特性，同時針對8年壽命要求，對激光器等重點部件進行專項改進。

三、資源三號衛(wèi)星在各行業(yè)的應用

資源三號衛(wèi)星自發(fā)射以來，一直在軌安全穩(wěn)定運行，影像獲取持續(xù)高效，為測繪與地理國情監(jiān)測、全國數(shù)字正射影像和數(shù)字表面模型一版圖等國家重大測繪工程，以及長江經(jīng)濟帶自然資源調查與監(jiān)測、雄安新區(qū)自然資源調查與監(jiān)測等各行業(yè)用戶提供了現(xiàn)勢性強的自主衛(wèi)星測繪地理信息服務保障，也在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、國土、城市建設等領域，為國家安全提供了重要保障，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

1.測繪與地理國情監(jiān)測

在2013年至2015年開展的第一次全國地理國情普查工作中，資源三號衛(wèi)星為西部困難區(qū)地理國情普查工作提供了數(shù)據(jù)支撐，全面保障了地理國情普查工作的順利開展，衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地表覆蓋國情要素的采集、調查、核實、分析工作中發(fā)揮了重要作用。

為了提升我國西部測圖困難地區(qū)的數(shù)字地形產(chǎn)品精度和質量，采用資源三號衛(wèi)星三線陣立體影像快速生產(chǎn)該區(qū)域（包括西藏自治區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)全境，以及青海省大部）約320萬平方千米滿足1:2.5萬比例尺精度的15m格網(wǎng)尺寸數(shù)字表面模型產(chǎn)品。

2.全國數(shù)字正射影像和數(shù)字表面模型一版圖產(chǎn)品生產(chǎn)

資源三號衛(wèi)星全國數(shù)字正射影像一版圖產(chǎn)品是基于資源三號正視全色和多光譜影像生產(chǎn)的全國無縫覆蓋的真彩色正射衛(wèi)星影像，可用作各行業(yè)深層次應用的地理空間底圖，滿足各行業(yè)GIS用戶的數(shù)據(jù)需求。作為當前分辨率最高的全國級別覆蓋的真彩色正射衛(wèi)星影像庫，該產(chǎn)品具備現(xiàn)勢性強、分辨率高等特點。

資源三號衛(wèi)星數(shù)字表面模型庫是以資源三號02星為主，資源三號01星為補充的2.5m空間分辨率立體像對為數(shù)據(jù)源生產(chǎn)的10m格網(wǎng)數(shù)字表面模型產(chǎn)品，是國內分辨率最高、覆蓋最全、時相最新的地表模型產(chǎn)品。

3.長江經(jīng)濟帶自然資源調查與監(jiān)測

基于最新時相的資源三號等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，制作了長江經(jīng)濟帶沿線11個省市衛(wèi)星遙感影像圖（圖1），直觀展現(xiàn)了長江經(jīng)濟帶沿線山水林田湖草等自然資源因子的空間分布，為開展長江經(jīng)濟帶發(fā)展規(guī)劃、建設提供了重要的自然資源要素支撐。

圖1 長江經(jīng)濟帶11省市衛(wèi)星遙感影像圖

4.雄安新區(qū)自然資源調查與監(jiān)測

為了準確掌握雄安新區(qū)各類土地資源要素變化時序，查明該地區(qū)耕林地、地表水等分布情況，基于多期資源三號影像數(shù)據(jù)開展了多方位的遙感監(jiān)測工作，圖2是雄安新區(qū)智慧管控拆遷進度遙感監(jiān)測分析圖，為政府宏觀決策、戰(zhàn)略規(guī)劃制定提供必要支撐。

圖2 雄安新區(qū)智慧管控拆遷進度遙感監(jiān)測分析圖

5.服務“一帶一路”等國家倡議

資源三號衛(wèi)星測繪圖像質量達到了國際先進水平，成為第一個進入國際對地遙感衛(wèi)星圖像市場的國產(chǎn)衛(wèi)星。為了促進區(qū)域及全球多邊合作，先后向聯(lián)合國全球地理信息管理專家委員會提供老撾、日本、韓國、蒙古等國家的資源三號衛(wèi)星影像，積極參與金磚國家地理空間技術工作組、地球觀測組織、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展司等相關事務，積極推進“一帶一路”國家構建更為緊密的全球命運共同體。

四、結語

資源三號衛(wèi)星工程的建設，極大地增強了我國獨立獲取地理空間信息的能力，提升了我國測繪服務保障水平，提高了國土資源調查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)保障能力，加快了空間數(shù)據(jù)基礎設施建設，推動了地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

資源三號衛(wèi)星項目實現(xiàn)了國產(chǎn)測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)“從無到優(yōu)”的跨越，國產(chǎn)數(shù)據(jù)質量和定位精度發(fā)生了根本性變革，1:5萬比例尺測圖由依賴國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)到使用國產(chǎn)數(shù)據(jù)替代，突破了困擾我國高分辨率遙感數(shù)據(jù)長期依賴進口的瓶頸，首次實現(xiàn)了科研衛(wèi)星由示范運行到業(yè)務化運行的轉變。

資源三號衛(wèi)星全面保障著各級基礎測繪生產(chǎn)任務和重大測繪工程建設，為我國提供了現(xiàn)勢性強、精度高的地理信息數(shù)據(jù)，在資源管理、國防建設、公共安全等人類經(jīng)濟社會活動的各個方面發(fā)揮著重要作用。

在“十四五”期間，我國將發(fā)射資源三號04星，實現(xiàn)多顆1:5萬比例尺立體測繪衛(wèi)星連續(xù)在軌運行，同時與高分七號高精度立體測繪衛(wèi)星構成空間立體監(jiān)測星座系統(tǒng)，對國土測繪、資源調查與監(jiān)測形成持續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務化數(shù)據(jù)獲取能力。