北京三號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用

陳婷 嚴(yán)明 于冰洋 伍菲 徐文迪 邢銳雅 何建軍

(二十一世紀(jì)空間技術(shù)應(yīng)用股份有限公司,北京 100096)

北京系列遙感衛(wèi)星目前發(fā)展至第三代。北京一號(hào)遙感小衛(wèi)星是中國(guó)科技體制和研發(fā)機(jī)制創(chuàng)新的重大科技成果[1],也是首個(gè)由國(guó)家“十五”科技攻關(guān)和“863”計(jì)劃聯(lián)合支持按企業(yè)機(jī)制實(shí)施的遙感小衛(wèi)星項(xiàng)目,成功探索了中國(guó)由政府支持、企業(yè)運(yùn)行、商業(yè)服務(wù)的民用航天產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的全新機(jī)制,為遙感衛(wèi)星商業(yè)化運(yùn)作探索出了一條成熟的運(yùn)作模式。北京一號(hào)衛(wèi)星具有中高分辨率雙遙感器、高精度、寬覆蓋、短重訪周期、靈活控制、高效數(shù)據(jù)服務(wù)等特點(diǎn),其性價(jià)比達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際同類最優(yōu)。北京二號(hào)衛(wèi)星星座包括4顆0.8m全色、3.2m多光譜分辨率的光學(xué)遙感衛(wèi)星,具有高空間分辨率、高時(shí)間分辨率和高輻射分辨率的特點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)全球任意地點(diǎn)1～2天觀測(cè)任務(wù)重訪,技術(shù)能力達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)際先進(jìn)水平。北京二號(hào)衛(wèi)星星座的高質(zhì)量產(chǎn)品為自然資源部、生態(tài)環(huán)境部等10個(gè)國(guó)家部委用戶提供了可持續(xù)運(yùn)行、安全穩(wěn)定、產(chǎn)品可靠的民用空間基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)服務(wù),推動(dòng)了我國(guó)航天領(lǐng)域體制機(jī)制的創(chuàng)新[2]。

北京三號(hào)衛(wèi)星目前在軌4顆,包括北京三號(hào)A/B衛(wèi)星,以及2顆國(guó)際合作衛(wèi)星。2021年6月11日成功發(fā)射的北京三號(hào)A衛(wèi)星,作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的民用遙感衛(wèi)星新一代敏捷平臺(tái)——三超(超敏捷、超穩(wěn)定、超精度)平臺(tái)的首發(fā)星,具備超高敏捷、超高穩(wěn)定、超高精度、智能規(guī)劃、智能處理、智能控制等特點(diǎn);2022年8月24日成功發(fā)射的北京三號(hào)B衛(wèi)星,延續(xù)并提升了北京三號(hào)A衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。北京三號(hào)A/B衛(wèi)星以及國(guó)際合作衛(wèi)星都具備多目標(biāo)成像、條帶拼幅成像、立體成像和沿跡成像等多種成像模式,在對(duì)地觀測(cè)和遙感應(yīng)用方面取得了突破性的科研成果[3]。本文重點(diǎn)介紹了北京三號(hào)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用。

1 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理

北京三號(hào)衛(wèi)星采用自主研發(fā)的星載智能觀測(cè)技術(shù),具有衛(wèi)星自適應(yīng)成像、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)、影像智能分析等在軌處理能力。針對(duì)衛(wèi)星的多種成像模式,研發(fā)系列關(guān)鍵技術(shù)和算法,保證機(jī)動(dòng)中成像影像的幾何和輻射質(zhì)量,研建地面處理系統(tǒng),完成了數(shù)據(jù)產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn);構(gòu)建基于北京三號(hào)衛(wèi)星立體成像數(shù)據(jù)的實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)能力,實(shí)現(xiàn)Mesh模型、建筑物白模、建筑物精細(xì)模型等產(chǎn)品的快速生產(chǎn)。

1.1 在軌處理

在遙感技術(shù)與應(yīng)用的雙重驅(qū)動(dòng)下,遙感衛(wèi)星技術(shù)得到了飛速發(fā)展[4],尤其隨著我國(guó)硬件設(shè)備研制技術(shù)的發(fā)展,星上在軌處理技術(shù)發(fā)展迅速[5-6]。在軌處理成為解決遙感衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)質(zhì)量低、存儲(chǔ)傳輸壓力大、服務(wù)慢的問題的主要解決途徑之一。利用北京三號(hào)衛(wèi)星敏捷成像、智能規(guī)劃、高速傳輸?shù)钠脚_(tái)優(yōu)勢(shì),基于FPGA和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)硬件設(shè)備,研發(fā)星上智能觀測(cè)與處理系統(tǒng),包括衛(wèi)星自適應(yīng)成像與參數(shù)更新、在軌數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)、影像智能分析等功能,滿足了用戶對(duì)影像數(shù)據(jù)質(zhì)量提升、高效獲取數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求。

1.1.1 衛(wèi)星自適應(yīng)成像與參數(shù)更新

衛(wèi)星成像過(guò)程中,相機(jī)成像質(zhì)量受地物目標(biāo)及環(huán)境特性、成像時(shí)間影響大。北京三號(hào)衛(wèi)星根據(jù)觀測(cè)目標(biāo)、目標(biāo)所在的環(huán)境特性,利用多年積累的全球衛(wèi)星成像信息和地理信息,經(jīng)過(guò)反演預(yù)測(cè)和模型計(jì)算,構(gòu)建星上成像信息庫(kù)。衛(wèi)星成像時(shí),通過(guò)星上成像信息庫(kù)提取成像參數(shù),提高成像質(zhì)量。

為提高星上成像信息庫(kù)的有效性,根據(jù)每期成像的質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果及地物分布變化,構(gòu)建星上成像信息更新模型,裝載至在軌處理系統(tǒng)。地面針對(duì)星上成像信息庫(kù)更新,分別采用點(diǎn)更新與面更新的模式,通過(guò)尺度轉(zhuǎn)化、地物智能分類、影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)差、平均梯度、清晰度、信息熵指標(biāo)評(píng)價(jià),形成多尺度多要素更新轉(zhuǎn)化模型,發(fā)現(xiàn)更新信息。將待更新信息通過(guò)高速上行通道交付在軌處理系統(tǒng),通過(guò)星上成像信息更新模型更新成像信息庫(kù),保障成像信息的時(shí)效性(見圖1),同時(shí)提高影像質(zhì)量。

1.1.2 在軌遙感影像處理

北京三號(hào)衛(wèi)星高分辨成像性能、高敏捷成像平臺(tái)為用戶提供了可滿足多種需求的數(shù)據(jù)。用戶對(duì)應(yīng)急、緊急性任務(wù)、特定性目標(biāo)區(qū)域的數(shù)據(jù)需求增大,若仍沿用傳統(tǒng)方式,完全由地面處理完成,勢(shì)必造成數(shù)據(jù)傳輸、處理壓力;因此,北京三號(hào)衛(wèi)星利用衛(wèi)星空轉(zhuǎn)和非接收窗口期,在星上完成感興趣區(qū)域的快速提取,以及快速的輻射校正、幾何校正、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)等功能,形成滿足特定目標(biāo)區(qū)域要求的產(chǎn)品,可滿足用戶對(duì)時(shí)效性、產(chǎn)品性的需求。

北京三號(hào)衛(wèi)星相機(jī)由多片線陣組成,具有圖像處理單元,基于FPGA和DSP嵌入式硬件,結(jié)合數(shù)據(jù)和平臺(tái)特點(diǎn),設(shè)計(jì)有感興趣區(qū)域跨片處理(見圖2)、多尺度感興趣區(qū)快速提取與處理、影像質(zhì)量評(píng)價(jià)等功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)影像的跨片去條帶、輻射校正處理,對(duì)用戶感興趣地理范圍解析,支持多種尺寸感興趣區(qū)的影像提取,并進(jìn)行幾何校正處理。

圖2 感興趣區(qū)跨片處理效果對(duì)比

星上數(shù)據(jù)處理的性能和能力受衛(wèi)星平臺(tái)處理性能、存儲(chǔ)資源和時(shí)間約束的影響最大,以往對(duì)感興趣區(qū)的影像提取尺寸是固定的,這嚴(yán)重影響了不同地物目標(biāo)規(guī)模數(shù)據(jù)產(chǎn)品的高效獲取。為了解決這一問題,根據(jù)目標(biāo)大小和星上資源預(yù)估,在軌處理系統(tǒng)采用多尺度感興趣影像處理算法,可實(shí)現(xiàn)5000～8000像素長(zhǎng)、寬影像的快速提取、輻射、幾何校正處理(見圖3),形成接近地面L1級(jí)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。

圖3 7000×7000像素影像輻射幾何校正處理結(jié)果

對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星成像受大氣條件、相機(jī)條件等影響,可能造成數(shù)據(jù)質(zhì)量降低,且隨著成像數(shù)據(jù)量增大,帶來(lái)數(shù)據(jù)傳輸壓力大問題。因此,北京三號(hào)衛(wèi)星設(shè)計(jì)有星上數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)功能(見圖4和表1),通過(guò)構(gòu)建客觀評(píng)價(jià)影像質(zhì)量的指標(biāo)體系,并將主觀評(píng)價(jià)客觀化,形成影像質(zhì)量評(píng)價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)星上影像的快速質(zhì)量評(píng)價(jià)與評(píng)級(jí),通過(guò)高速下傳通道或遙測(cè)通道提交給任務(wù)規(guī)劃人員,輔助開展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)梳理與下傳任務(wù)規(guī)劃,便于數(shù)據(jù)選擇、下傳通道減壓。

表1 星上影像質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果

1.1.3 在軌遙感智能分析

為滿足用戶對(duì)最終信息的需求,在北京三號(hào)衛(wèi)星在軌影像處理的基礎(chǔ)上,基于FPGA和DSP高效運(yùn)行器,采用深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)等算法,重點(diǎn)突破單波段特征提取問題。利用既往海量影像和信息成果,快速構(gòu)建樣本數(shù)據(jù)庫(kù),構(gòu)建面向嵌入式設(shè)備的算法模型,并將模型移植星上,實(shí)現(xiàn)在軌影像智能分析,獲取地物目標(biāo)的圖像、位置和范圍,將結(jié)果通過(guò)高速下行通道快速交付用戶。其中:目標(biāo)檢測(cè)包括飛機(jī)、油罐、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等;地物分類主要包括植被、水體、建筑、道路、裸露土地和其他六大類(見圖5)。

圖5 星上智能分析地物分類結(jié)果示意

1.2 地面預(yù)處理

面向北京三號(hào)衛(wèi)星的同軌多目標(biāo)成像、同軌多條帶拼接成像、同軌多角度立體成像、同軌短時(shí)間動(dòng)態(tài)監(jiān)視成像、對(duì)地斜條帶成像、斜條帶拼幅成像、反向推掃成像等多種敏捷和機(jī)動(dòng)中成像模式,研發(fā)地面預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)影像產(chǎn)品生產(chǎn)系統(tǒng),完成0級(jí)原始數(shù)據(jù)解碼與姿態(tài)軌道參數(shù)分離、影像輻射校正與幾何畸變校正、多波段影像配準(zhǔn)、影像復(fù)原與清晰度提升、傳感器嚴(yán)密幾何建模等處理,自動(dòng)化批量生產(chǎn)北京三號(hào)衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)影像產(chǎn)品。圖6為北京三號(hào)衛(wèi)星地面預(yù)處理流程。

圖6 地面預(yù)處理流程

地面預(yù)處理涉及的主要技術(shù)如下。

(1)主動(dòng)成像的行時(shí)歸一化技術(shù)。衛(wèi)星主動(dòng)成像期間,相機(jī)實(shí)現(xiàn)1.0～1.2倍地速成像,衛(wèi)星平臺(tái)姿態(tài)不斷發(fā)生變化,結(jié)合速高比,行積分時(shí)間在主動(dòng)成像期間變化的頻率和幅度都遠(yuǎn)超過(guò)被動(dòng)成像。采用基于虛擬行掃描時(shí)間的影像坐標(biāo)反變換方法,能夠有效解決主動(dòng)成像行積分時(shí)間時(shí)變的問題,保證在推掃方向嚴(yán)密成像模型的光滑性和有理多項(xiàng)式系數(shù)(RPC)擬合的精度。

(2)姿態(tài)數(shù)據(jù)自適應(yīng)處理技術(shù)。根據(jù)星上定姿設(shè)備和定姿算法的原理,以主動(dòng)成像和被動(dòng)成像時(shí)星敏感器/陀螺的不同表現(xiàn)為準(zhǔn),設(shè)計(jì)各模式的姿態(tài)數(shù)據(jù)處理算法,構(gòu)建自適應(yīng)應(yīng)用模式,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化模式匹配生產(chǎn),保障所有拍攝模式的數(shù)據(jù)產(chǎn)品具備較高的絕對(duì)定位精度,同時(shí)圖像內(nèi)部的相對(duì)幾何精度也能滿足用戶需求。

(3)多條帶拼幅成像聯(lián)合處理技術(shù)。采用多條帶拼幅影像的嚴(yán)密成像幾何與區(qū)域網(wǎng)平差結(jié)合技術(shù),實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)每景影像的嚴(yán)密幾何定位,同時(shí)提升不同條帶景與景之間的高拼接精度。

(4)偏航90°輻射定標(biāo)技術(shù)。偏航90°定標(biāo)是一種相對(duì)輻射在軌替代定標(biāo)技術(shù),通過(guò)偏航90°使焦面方向平行于衛(wèi)星平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向以獲取定標(biāo)影像。北京三號(hào)衛(wèi)星的高機(jī)動(dòng)能力使其具有在多檔位不同成像模式下獲取偏航90°影像的能力。在軌定標(biāo)期間,已多次成功進(jìn)行了偏航定標(biāo)影像的拍攝,完成相對(duì)輻射在軌定標(biāo)。

(5)在軌長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)星上多個(gè)測(cè)量設(shè)備性能監(jiān)測(cè),建立對(duì)圖像的內(nèi)外方位元素跟蹤機(jī)制,實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星設(shè)備性能與地面預(yù)處理系統(tǒng)的內(nèi)外方位元素關(guān)聯(lián)校準(zhǔn)技術(shù)。同時(shí),定期開展在軌輻射定標(biāo)和圖像質(zhì)量監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)各探元的穩(wěn)定性和絕對(duì)輻射的長(zhǎng)期變化,及時(shí)了解衛(wèi)星的狀態(tài)并更新輻射定標(biāo)系數(shù)。

1.3 實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)

利用北京三號(hào)衛(wèi)星靈巧機(jī)動(dòng)、重訪周期短的優(yōu)勢(shì),從多角度拍攝亞米級(jí)的高分辨率多視傾斜影像,可高效進(jìn)行大尺度3維重建。為了實(shí)現(xiàn)多視角衛(wèi)星影像的3維重建精度,在衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)中摒棄傳統(tǒng)建模方法,構(gòu)建具有衛(wèi)星成像特色和工程化特色的技術(shù)方法與流程。

1.3.1 實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)流程

衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)主要包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、影像融合、正射糾正、光束法平差、數(shù)字表面模型(DSM)生成、Mesh網(wǎng)生成、紋理映射等環(huán)節(jié)(見圖7),實(shí)現(xiàn)步驟如下。

圖7 實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程

(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。按原始影像數(shù)據(jù)和輔助數(shù)據(jù)(測(cè)區(qū)外延一定范圍內(nèi)符合要求的像控點(diǎn)、參考數(shù)字正射影像圖(DOM)/數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù),以及高程異常模型、矢量邊界等)2類進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。對(duì)原始數(shù)據(jù)的覆蓋范圍、攝影角度、基高比、圖像質(zhì)量、太陽(yáng)高度角,以及輔助數(shù)據(jù)的覆蓋范圍和精度指標(biāo)等進(jìn)行檢查,根據(jù)后續(xù)多角度衛(wèi)星數(shù)據(jù)空中三角測(cè)量的技術(shù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選及標(biāo)記。

(2)空中三角測(cè)量?？罩腥菧y(cè)量是多角度衛(wèi)星實(shí)景三維生產(chǎn)的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接決定了點(diǎn)云的匹配成功率和定位精度。以實(shí)景三維產(chǎn)品為目標(biāo)的衛(wèi)星立體像對(duì)空中三角測(cè)量,一定要把區(qū)域內(nèi)所有滿足要求的衛(wèi)星影像都納入空中三角測(cè)量平差。

(3)點(diǎn)云匹配。在衛(wèi)星實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí),點(diǎn)云匹配環(huán)節(jié)一般要逐像素或隔像素開展。點(diǎn)云匹配結(jié)果除與衛(wèi)星載荷的幾何水平和空中三角網(wǎng)測(cè)量流程相關(guān)外,圖像的輻射質(zhì)量也是一個(gè)重要因素。對(duì)多角度立體成像的衛(wèi)星影像,點(diǎn)云匹配時(shí)要充分利用“多視”這一冗余條件,既可以兩兩組成立體像對(duì)進(jìn)行匹配,匹配后的結(jié)果進(jìn)行加權(quán)、驗(yàn)證;也可以按基高比、側(cè)擺角為不同條件結(jié)合地形特點(diǎn)進(jìn)行迭代,得到相對(duì)更加接近真值的密集點(diǎn)云。

(4)數(shù)字表面模型(DSM)/DEM制備。在密集點(diǎn)云的基礎(chǔ)上使用一定的內(nèi)插和濾波算法,就可以得到測(cè)區(qū)的DSM了。DEM的制備需要人工在DOM上識(shí)別地物圖斑邊界,進(jìn)而進(jìn)行濾波、賦值等。

(5)衛(wèi)星實(shí)景三維建模。衛(wèi)星實(shí)景三維建模是將基于點(diǎn)云形成DSM產(chǎn)品少量編輯后,通過(guò)三角面片剖分、紋理映射得到衛(wèi)星Mesh產(chǎn)品。Mesh產(chǎn)品生成后還應(yīng)進(jìn)行多層次細(xì)節(jié)(LOD)處理,以加快數(shù)據(jù)調(diào)用顯示速度。一個(gè)區(qū)域的Mesh產(chǎn)品就是一個(gè)整體化的實(shí)體模型,從人的主觀感受的角度看,Mesh產(chǎn)品直觀易懂;從地形分析、礦山管理、工程規(guī)劃角度看,也能滿足主體使用要求。

1.3.2 實(shí)景三維產(chǎn)品

實(shí)景三維產(chǎn)品主要包括Mesh產(chǎn)品、建筑物白模產(chǎn)品、建筑物精細(xì)模型產(chǎn)品等。

Mesh產(chǎn)品是利用衛(wèi)星高精度立體成像技術(shù)生成的能可視化反映地理要素的位置、幾何形態(tài)、表面紋理及其屬性信息的包含各種地上主要地理信息的外部、不含地上各建(構(gòu))筑物地理信息內(nèi)部的3維可視化產(chǎn)品。其具有直觀、精度高、可量測(cè)、信息豐富、沉浸感強(qiáng)等特點(diǎn)。

建筑物白模產(chǎn)品是無(wú)紋理的建筑物單體模型產(chǎn)品。根據(jù)產(chǎn)品的精細(xì)程度,可以分為L(zhǎng)OD1～LOD4共4個(gè)級(jí)別。基于衛(wèi)星多角度立體像對(duì),可以實(shí)現(xiàn)LOD1～LOD2級(jí),以及部分LOD3級(jí)的建筑物白模。建筑物白模產(chǎn)品可根據(jù)需求添加各種屬性進(jìn)行掛接,如人口、層數(shù)等,方便進(jìn)一步查詢使用。

建筑物精細(xì)模型產(chǎn)品(見圖8)是將建筑物白模數(shù)據(jù)作為物方模型,通過(guò)后方交會(huì)將其映射至衛(wèi)星的多角度立體像對(duì)相關(guān)位置,根據(jù)算法將衛(wèi)星影像紋理映射為模型紋理。當(dāng)然,建筑物標(biāo)準(zhǔn)模型的紋理也可以來(lái)自地面移動(dòng)車輛或人工拍攝圖像,其前提是作為紋理來(lái)源的影像具有準(zhǔn)確的瞬時(shí)位置和瞬時(shí)姿態(tài)信息,能夠恢復(fù)攝影時(shí)刻的空間位置與姿態(tài)關(guān)系。相對(duì)于建筑物白模產(chǎn)品,建筑物標(biāo)準(zhǔn)模型產(chǎn)品的紋理一般由真實(shí)紋理映射而成,視覺上更貼近于真實(shí)世界,對(duì)于非專業(yè)受眾來(lái)說(shuō)更易于接受。

圖8 LOD2級(jí)建筑物精細(xì)模型產(chǎn)品

2 衛(wèi)星應(yīng)用

隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的日益發(fā)展,以及自然資源利用保護(hù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、城市建設(shè)等行業(yè)監(jiān)管愈加精細(xì)化,高分辨率遙感衛(wèi)星的應(yīng)用市場(chǎng)越發(fā)廣闊,甚至由2維提升至3維立體空間。北京三號(hào)衛(wèi)星的多種成像模式和數(shù)據(jù)處理技術(shù),尤其是實(shí)景三維產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù),為數(shù)據(jù)需求的多樣化和服務(wù)的精細(xì)化、高效化提供了支撐。

2.1 數(shù)字孿生社區(qū)

高精度全要素立體化數(shù)據(jù)基座,可實(shí)現(xiàn)社區(qū)數(shù)據(jù)匯聚融合、共享共用、協(xié)同創(chuàng)新,有效提升城市資源數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)與運(yùn)行效率;可加快社區(qū)數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景建設(shè),賦能城市綜合治理與應(yīng)急管控,推動(dòng)社區(qū)治理能力的現(xiàn)代化。

基于北京三號(hào)衛(wèi)星甚高分辨率遙感影像數(shù)據(jù),搭建建筑物3維立體模型,構(gòu)建高精度、立體化的數(shù)字孿生城市底座,并將其與人口、房屋、企業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施等社會(huì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)(見圖9),實(shí)現(xiàn)包括類型統(tǒng)計(jì)、人員檢索、多維度空間檢索、分層分戶統(tǒng)計(jì)分析等功能,使管理單元由社區(qū)、樓宇逐級(jí)細(xì)化到每個(gè)家庭戶或法人單位,為街道、居委會(huì)、社區(qū)、樓宇等不同層級(jí)的管理者提供動(dòng)態(tài)、立體可視化的管理對(duì)象運(yùn)行信息,有效提升社區(qū)治理、體檢評(píng)估、應(yīng)急防控等監(jiān)管和治理的工作水平。

圖9 智慧社區(qū)人口管理模塊

2.2 城市精細(xì)化管理

基于北京三號(hào)衛(wèi)星實(shí)景三維建模手段,可大范圍、全方位快速生成地形表面可量測(cè)的實(shí)景三維模型和建筑物白模;可按照行政區(qū)劃或自定義范圍對(duì)分析區(qū)域內(nèi)建筑物數(shù)量、總占地面積、總建筑面積、建筑密度、綜合容積率和平均高度等指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析(見圖10);支持按建筑物類型可視化展示建筑物空間分布,以及匯總分析建筑物數(shù)量、占地面積和建筑面積等指標(biāo),輔助業(yè)務(wù)人員開展宜居性評(píng)價(jià)和城市規(guī)劃評(píng)估。同時(shí),還可實(shí)現(xiàn)疑似超高建筑的實(shí)時(shí)分析和快速識(shí)別。通過(guò)自定義設(shè)定限高值對(duì)監(jiān)管區(qū)域內(nèi)超過(guò)該值的建筑進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì),提供建筑列表和折線圖實(shí)現(xiàn)超高建筑屬性信息展示和建筑數(shù)量的分區(qū)統(tǒng)計(jì)(見圖11);參照控制性詳細(xì)規(guī)劃,對(duì)不符合用地條件即超過(guò)規(guī)定限高值的建筑進(jìn)行定期監(jiān)測(cè),為違法違規(guī)建筑監(jiān)管工作提供線索。

圖10 建筑體量分析

圖11 限高分析

2.3 礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

基于礦區(qū)實(shí)景三維Mesh產(chǎn)品,對(duì)照采礦權(quán)立體范圍,快速識(shí)別疑似平面越界和超深越界圖斑,提供按圖斑類型、超采體積及深度等查詢檢索,實(shí)現(xiàn)疑似違法開采圖斑的快速篩選定位和信息展示,為露天礦山違法采礦行為的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)管提供有力支撐(見圖12)。

圖12 越界分析

通過(guò)動(dòng)態(tài)比對(duì)露天礦山的多期實(shí)景三維Mesh模型,識(shí)別和測(cè)算監(jiān)測(cè)周期內(nèi)礦山開挖、回填的主要區(qū)域和體量,提供圖斑列表和卷簾比對(duì)工具,實(shí)現(xiàn)變化圖斑面積、體積的統(tǒng)計(jì)展示和礦山開采進(jìn)度變化情況的比對(duì)瀏覽,為礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量動(dòng)用、礦山環(huán)境恢復(fù)治理提供依據(jù)(見圖13)。

圖13 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

2.4 地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別

基于北京三號(hào)衛(wèi)星立體像對(duì)生產(chǎn)0.5m的DSM模型產(chǎn)品和1.0m的DEM產(chǎn)品,利用3維影像進(jìn)行地形模型和地形特征的提取和分析,得到2維影像難以獲得的地形信息,通過(guò)地形的突變和表面紋理特征,能提高地質(zhì)災(zāi)害隱患判識(shí)的效率和準(zhǔn)確率。

綜合合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)(InSAR)、光學(xué)遙感等新型對(duì)地觀測(cè)技術(shù)和專家判識(shí)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等手段,開展某庫(kù)區(qū)8萬(wàn)多平方千米范圍內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害綜合遙感識(shí)別,獲得疑似地質(zhì)災(zāi)害隱患的位置、類型、范圍、規(guī)模、形變位置、形變特征、威脅對(duì)象和風(fēng)險(xiǎn)程度等信息,確認(rèn)該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害隱患,為某庫(kù)區(qū)的防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)可靠的依據(jù)(見圖14)。

3 結(jié)束語(yǔ)

北京三號(hào)衛(wèi)星具備多目標(biāo)成像、條帶拼幅成像、立體成像和沿跡成像等多種成像模式,突破了基于嵌入式設(shè)備的在軌智能觀測(cè)和影像處理技術(shù)、適應(yīng)多種成像模式的地面預(yù)處理技術(shù)及多視角衛(wèi)星實(shí)景三維生產(chǎn)技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)了“星地一體、提速提質(zhì)”的能力建設(shè)。

基于甚高分辨率及多種動(dòng)中成像模式等特點(diǎn),北京三號(hào)衛(wèi)星可滿足更多定制化需求,包括對(duì)特定地形或地物目標(biāo)(條帶、點(diǎn)狀分布目標(biāo))的監(jiān)測(cè)、精細(xì)地物的監(jiān)測(cè)與管理等,尤其是高精度立體成像技術(shù)生成的實(shí)景三維產(chǎn)品,在數(shù)字孿生社區(qū)與城市精細(xì)化管理、礦區(qū)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及地質(zhì)災(zāi)害隱患識(shí)別等領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),能滿足3維空間信息的相關(guān)需求,進(jìn)一步拓寬遙感衛(wèi)星的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍,持續(xù)提升衛(wèi)星遙感全系列應(yīng)用產(chǎn)品和天地一體化綜合應(yīng)用服務(wù)的水平。