資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)及產(chǎn)品體系

文 | 唐新明 王鴻燕 周平 歐陽斯達 岳慶興自然資源部國土衛(wèi)星遙感應用中心

一、前言

資源三號衛(wèi)星是我國高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星，可對地球南北緯84°以內(nèi)的地區(qū)實現(xiàn)無縫影像覆蓋。衛(wèi)星采用太陽同步圓軌道，設計軌道高度為506km，由具有一定交會角的前視、正視和后視相機通過對同一地面點不同視角的觀測，形成立體影像，同時配以精確的內(nèi)外方位元素參數(shù)，準確獲取影像的三維地面坐標，填補了中國立體測圖領域空白。

自然資源部作為衛(wèi)星主用戶，負責資源三號衛(wèi)星應用系統(tǒng)的建設。經(jīng)過三年的技術(shù)攻關(guān)和后續(xù)持續(xù)適應性改造，構(gòu)建了一個業(yè)務化、自動化運行的衛(wèi)星應用系統(tǒng)，長期、穩(wěn)定、高效地將高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理成為高質(zhì)量、高精度的衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品，形成基于資源三號衛(wèi)星影像的規(guī)?；?、網(wǎng)絡化處理能力和產(chǎn)品體系，廣泛用于地物要素判讀、自然資源調(diào)查和監(jiān)測以及其他相關(guān)應用，滿足國家和社會對高分辨率光學衛(wèi)星影像和基礎測繪產(chǎn)品的迫切需求。

二、資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取

資源三號01星于2012年1月9日成功發(fā)射，是我國第一顆民用高分辨率光學傳輸型測繪衛(wèi)星。01星地面分辨率下視2.1m，前后視3.5m，多光譜5.8m，覆蓋寬度單載荷大于50km，立體成像大于45km。01星自發(fā)射以來，已在軌穩(wěn)定運行超過八年，圓滿實現(xiàn)了資源三號首顆衛(wèi)星工程的各項任務，技術(shù)指標達到國際同類領先水平。資源三號02星于2016年5月30日成功發(fā)射，較01星擁有更優(yōu)異影像融合能力、更高圖像高程測量精度。02星地面分辨率下視2.1m，前后視2.5m，多光譜5.8m，覆蓋寬度單載荷大于50km，立體成像大于45km。02星與在軌工作的01星形成觀測星座，首次實現(xiàn)了我國自主民用立體測繪雙星組網(wǎng)運行。資源三號03星已于2020年7月25日成功發(fā)射，地面分辨率下視2.1m，前后視2.5m，多光譜5.8m，覆蓋寬度單載荷大于50km，立體成像大于45km。03星兼有01、02星的全部優(yōu)點，還裝載了可業(yè)務化應用的激光測高儀，能有效提升高程測量精度。待03星正式交付后，在等相位星座運行模式下，資源三號三星組網(wǎng)可將常態(tài)化業(yè)務數(shù)據(jù)的更新周期由59天縮短至15天；小相位差星座編隊模式，可通過多星圖形拼接實現(xiàn)大幅寬成像。

目前，資源三號01、02星每天平均獲取約10軌數(shù)據(jù)（其中01星約4軌，02星約6軌），每軌拍攝時長400～500s，每天獲取數(shù)據(jù)約550景對。截至2019年12月31日，共獲取原始數(shù)據(jù)18852軌，原始數(shù)據(jù)總量3421TB，共接收獲取影像481萬景。雙星組網(wǎng)后，影像覆蓋能力顯著增強，國內(nèi)年有效覆蓋率從2012年的81%增加到2019年的94%，累計覆蓋近100%；全球年有效覆蓋從2012年的3000萬平方千米增加到2019年的6000萬平方千米，累計覆蓋10623萬平方千米，全球陸地覆蓋率達到70%。三線陣立體數(shù)據(jù)國內(nèi)陸地覆蓋率99.89%，全球覆蓋率約63%。

三、資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品

資源三號衛(wèi)星主要目標是獲取三線陣立體影像和多光譜影像，實現(xiàn)1:5萬測繪產(chǎn)品生產(chǎn)能力以及1:2.5萬和更大比例尺地圖的修測和更新能力。資源三號衛(wèi)星持續(xù)獲取的影像數(shù)據(jù)經(jīng)地面接收系統(tǒng)接收和解碼后，傳輸?shù)劫Y源三號衛(wèi)星應用系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)預處理和生產(chǎn)，形成不同種類和用途的衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品，一定程度上滿足了國內(nèi)外眾多領域的旺盛需求。應用系統(tǒng)經(jīng)過三年建設期，以及持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)和適應性改造，逐步形成了自動化、規(guī)?；?、業(yè)務化、網(wǎng)絡化的生產(chǎn)線，資源三號衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的精度和質(zhì)量得到進一步提升，產(chǎn)品種類日益豐富、體系日益完善。

資源三號衛(wèi)星應用系統(tǒng)自主研發(fā)的影像處理生產(chǎn)線已實現(xiàn)0-2級產(chǎn)品網(wǎng)絡化、自動化、高精度處理，從數(shù)據(jù)接收到生產(chǎn)、質(zhì)檢及歸檔，常規(guī)生產(chǎn)實現(xiàn)T+1天入庫，應急保障3小時內(nèi)完成。原始影像產(chǎn)品（0級產(chǎn)品）每軌編目、云判僅需20分鐘，輻射校正影像產(chǎn)品（1級產(chǎn)品）的相對輻射校正精度優(yōu)于3%。應用廣泛的傳感器校正影像產(chǎn)品（2級產(chǎn)品）實現(xiàn)分片影像無縫拼接，無控精度優(yōu)于20m；完全具備每日接收的原始數(shù)據(jù)當日全部完成傳感器校正處理的規(guī)模化生產(chǎn)能力。其他基礎測繪遙感影像產(chǎn)品、數(shù)字地形產(chǎn)品和專題應用產(chǎn)品均按需生產(chǎn)。目前，地面應用系統(tǒng)每天接收、處理和存儲的資源三號01星數(shù)據(jù)3～5軌，02星數(shù)據(jù)4～6軌，數(shù)據(jù)量約為4000GB、5000多標準景。

作為主要滿足中大比例尺立體測圖應用的光學遙感衛(wèi)星，資源三號衛(wèi)星影像產(chǎn)品體系劃分為三大類：基礎測繪遙感影像產(chǎn)品、數(shù)字地形產(chǎn)品和專題應用產(chǎn)品。

1.基礎測繪遙感影像產(chǎn)品

基礎測繪遙感影像產(chǎn)品根據(jù)影像的處理級別和地理定位精度可以分為原始影像（0級）、輻射校正影像產(chǎn)品（1級）、傳感器校正影像產(chǎn)品（2級）、系統(tǒng)幾何糾正影像產(chǎn)品（3級）、幾何精糾正影像產(chǎn)品（4級）、正射糾正影像產(chǎn)品（5級）。資源三號衛(wèi)星各級基礎測繪遙感影像產(chǎn)品描述見表1。

表 1 資源三號衛(wèi)星各級基礎測繪遙感影像產(chǎn)品描述

續(xù)表 1

2.數(shù)字地形產(chǎn)品

數(shù)字地形產(chǎn)品包括數(shù)字表面模型（DSM）、數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字線劃圖（DLG）和數(shù)字柵格圖（DRG）等。

（1）資源三號衛(wèi)星全國正射影像庫產(chǎn)品

資源三號衛(wèi)星全國正射影像庫產(chǎn)品是基于資源三號衛(wèi)星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?？捎米鞲餍袠I(yè)深層次應用的地理空間底圖，滿足各行業(yè)GIS用戶“即插即用”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（圖1）。

圖1 資源三號衛(wèi)星全國數(shù)字正射影像庫產(chǎn)品一覽圖

（2）資源三號衛(wèi)星全國數(shù)字表面模型庫產(chǎn)品

資源三號衛(wèi)星全國數(shù)字表面模型庫產(chǎn)品是以資源三號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，采用自主知識產(chǎn)權(quán)的基于多基線、多匹配特征的地形信息自動提取技術(shù)，快速處理和生產(chǎn)提取的高精度、高保真10m格網(wǎng)數(shù)字表面模型產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用2014年1月至2017年10月的影像數(shù)據(jù)加工制作，是國內(nèi)分辨率最高、覆蓋最全、時相最新的地表模型產(chǎn)品。

3.專題應用產(chǎn)品

以資源三號衛(wèi)星基礎測繪影像產(chǎn)品和數(shù)字地形產(chǎn)品等為主要數(shù)據(jù)源，根據(jù)行業(yè)特點，利用專業(yè)技術(shù)和方法，進行信息增強、信息提取、自動分類和分析處理等，從而得到一系列服務于不同領域和不同需求的專題產(chǎn)品。根據(jù)資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟相關(guān)行業(yè)的應用情況，主要的專題產(chǎn)品包括植被指數(shù)專題產(chǎn)品、葉面積指數(shù)專題產(chǎn)品、地表反射率專題產(chǎn)品、表觀反射率專題產(chǎn)品、地表坡向?qū)ｎ}產(chǎn)品、地表坡度專題產(chǎn)品、線狀地物提取專題產(chǎn)品、海冰覆蓋專題產(chǎn)品、葉綠素a濃度專題產(chǎn)品、懸浮物濃度專題產(chǎn)品、氣溶膠光學厚度專題產(chǎn)品和多期專題變化專題產(chǎn)品等。部分產(chǎn)品示意見圖2。

圖2 資源三號衛(wèi)星專題應用產(chǎn)品示意圖

四、結(jié)語

資源三號01星已經(jīng)運行八年，02星已經(jīng)在軌運行四年，均圓滿完成了工程預期目標，全面實現(xiàn)了1:5萬立體測圖的要求，為國家提供了大量衛(wèi)星影像和地理信息產(chǎn)品。資源三號衛(wèi)星持續(xù)獲取影像數(shù)據(jù)，每天進行業(yè)務化處理和生產(chǎn)，形成各種各樣的衛(wèi)星遙感影像產(chǎn)品。在不斷的生產(chǎn)實踐中，資源三號衛(wèi)星影像產(chǎn)品精度和質(zhì)量不斷提升，逐步形成制定了國家行業(yè)相關(guān)標準6項，包括光學遙感測繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品相關(guān)國家標準2項，地表覆蓋信息服務國家標準1項和光學遙感測繪衛(wèi)星影像產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)規(guī)范相關(guān)測繪地理信息行業(yè)標準3項，有力地支撐了基于國產(chǎn)衛(wèi)星的測繪應用創(chuàng)新技術(shù)體系建設，為推動我國國產(chǎn)衛(wèi)星行業(yè)應用的技術(shù)進步奠定基礎，基本實現(xiàn)了國產(chǎn)遙感衛(wèi)星從“有”到“好用”、從示范應用到業(yè)務化運行的根本性轉(zhuǎn)變。