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资源三号卫星及其应用系统简介

自从2008年3月,我国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星建设正式启动,我国卫星测绘事业进展顺利,特别是资源三号卫星的出现,将填补我国民用测绘卫星的空白,是我国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。

 

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图①民用高分辨率立体测绘卫星——资源三号卫星模型

  2008年3月,国务院批准资源三号卫星工程立项并开展研制建设,我国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星建设正式启动。

  2008年6月,国家测绘局成立资源三号卫星工程及应用系统建设工作领导小组与项目办公室。11月,国家测绘局编制完成资源三号卫星应用系统项目建议书。

  2009年1月,资源三号卫星转入初样研制阶段。9月,资源三号卫星工程研制总要求通过评审。

  2009年11月,中央机构编制委员会办公室同意设立国家测绘局卫星测绘应用中心。12月18日, 国家测绘局卫星测绘应用中心正式挂牌成立。

  资源三号卫星将填补我国民用测绘卫星的空白,对我国测绘事业的发展具有革命性意义,是我国卫星测绘发展史上一座新的里程碑。我国卫星测绘事业进展顺利,前程似锦。

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  图②三维可视化立体地形图

  资源三号卫星工程

  为了贯彻落实国家发展规划,响应中央号召,国家测绘局联合武汉大学、中国空间技术研究院等单位积极谋划测绘卫星的发展思路和技术方案。2005年,国家测绘局联合中国航天科技集团公司向国家递交了“资源三号卫星工程”立项请示。2008年3月,国务院批准了申请,至此,我国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星——资源三号卫星工程正式启动并开展研制。

  资源三号卫星是我国第一颗自主的民用高分辨率光学传输型立体测绘卫星,计划于2011年上半年发射。资源三号卫星集测绘和资源调查功能于一体,主要用于1:5万比例尺立体测图和数字影像制作,以及 1:2.5万等更大比例尺基础地理信息产品的生产和更新,开展国土资源调查与监测,还可为农业、灾害、资源环境、公共安全等领域或部门提供服务。卫星将在轨道高度约500-600千米的太阳同步圆轨道飞行,在一个回归周期内,可对地球南北纬84度以内地区实现无缝影像覆盖,回归周期为59天,重访周期为5天,卫星设计工作寿命为4年,体重约2630千克。

  资源三号卫星工程由卫星、运载火箭、发射场、测控、地面和应用六大系统组成。资源三号卫星将采用中国航天科技集团第八研究院生产的长征四号乙(CZ-4B)运载火箭发射,卫星发射任务由太原卫星发射中心负责。西安卫星测控中心负责卫星的测控,将对卫星的在轨运行进行跟踪测轨,通过遥测、遥控和上行数据注入对卫星进行测控管理。地面系统将在现有陆地遥感卫星地面系统基础上进行改造,由中国资源卫星应用中心负责。地面系统将接收卫星下发的遥感图像信息,进行预处理后提供给应用系统。

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  图③资源三号卫星地面系统接收站分布图

  资源三号卫星应用系统

  在资源三号卫星六大系统中,应用系统的建设总体目标是建立业务化运行的卫星应用系统。该系统的建立将长期、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,使资源三号卫星效益得到充分发挥,最大限度地满足各行业和部门对高分辨率卫星影像的应用需求,为我国的信息安全提供保障,推动地理信息产业的发展和航天遥感技术的广泛应用,促进我国航天事业与测绘事业的有机结合和技术进步,成为国家空间数据基础设施的重要组成部分。

  资源三号卫星应用系统是一个庞大的计算机硬件和软件集成的系统,同时也是一个自动化程度较高的专业化生产运行系统,由业务运行管理、影像分析与地面检校、影像处理与应用、立体测图产品生产、数据管理、数据分发服务、产品质量监督与评价和国土资源应用等八个分系统和地面几何检校场构成。

  资源三号卫星应用系统是国内第一个在定期进行卫星高精度标定的基础上,完成规模化国家标准基础地理信息产品生产的卫星应用系统,应用系统精度指标要求优于国外同类商业卫星SPOT5的精度指标。

  资源三号卫星应用系统是国内第一个超大规模测绘遥感影像产品、立体测绘产品、专题产品和增值产品的生产系统。应用系统每天接收的原始数据量约为356GB,并在原始数据的基础上生产大量的测绘遥感影像产品、测绘产品、专题产品和增值产品。

  资源三号卫星应用系统是国内第一个自动化、网络化航天摄影测量生产线。为满足大规模卫星数据处理和卫星定期高精度几何标定的需要,资源三号卫星应用系统是一个建立在当前先进计算机体系结构和网络技术的自动化和网络化生产线。应用系统的各分系统由高速网络联系在一起,实现数据资源、数据处理能力、数据存储能力以及其它计算机资源共享;实现卫星定期高精度几何标定;实现DSM、DOM以及部分增值产品的自动化生产;这一自动化、网络化生产线的建成将大大提高航天测绘生产效率。

  资源三号卫星应用系统是国内第一个超大规模测绘遥感影像产品、立体测绘产品、专题产品和增值产品的管理和服务系统。为充分发挥国家在卫星工程上的高额投资的效益,必须实现这些数据的高效存储管理和服务,使国家各部门和社会能及时高效的获取这些数据和基于这些数据的应用服务。

  我国尚未建立长期稳定业务化运行的高分辨率卫星测绘应用系统,只有通过建立资源三号卫星应用系统,才能够将现有的测绘生产各个部门能力整合起来,将资源三号卫星的管理、数据获取、数据处理和数据分发等环节直接融入测绘生产业务流程,形成产品生产和服务的一体化模式,有力地推动基础地理信息快速更新和快速分发服务能力建设,解决基础地理信息缺乏和现势性差的问题,缓解用户对数据资料的需求迫切与测绘部门服务能力有限的矛盾,将被动服务转变为主动服务,提升测绘部门的测绘保障能力,满足经济建设和社会发展以及人民生活对基础地理信息产品的需求。

  资源三号卫星的广泛应用

  1.资源三号卫星是信息化测绘的主要技术手段

  资源三号卫星上天后,将主要用于基础地形图的测制和更新、困难地区测图和城市测绘。资源三号卫星对于实施西部空白区制图,并完成地形图测绘及数据建库任务有着特殊的作用。

  资源三号卫星可实现对国家海岸带海岛的地理环境全覆盖的监测与更新,建成国家海岸带和海岛数字地理空间框架,建立国家海岸带海岛地理信息变化的定期通报机制,实现四维地理信息环境场景的重构,建立数字海洋战场地理环境,实现国家海岸带地理环境的信息化。海岸带和海岛是我国海洋国土的重要组成部分,是开发海洋的基地,是对外交流的窗口,也是国防的屏障和前哨。海洋资源开发担负着支持全国经济发展的重任。及时查明和掌握海岸带国土资源的现状和分布,加强海岸带海岛资源的综合利用和管理,对保证国民经济的发展具有重大的政治和经济意义。资源三号卫星可以为国民经济和社会发展最重要的区域——城市提供稳定的卫星遥感资料。我国正处于城市化进程中,城市规划、乡镇建设、交通管理等一系列工作都需要现势性强的地理信息数据、城市高分辨率正射影像、三维城市景观影像,智能交通系统和城市地理信息系统等的支持。城市测绘与重大工程测绘将成为高分辨率立体测图卫星的主要用户之一。目前,城市的发展日新月异,对城市测量提出了极高的要求。一些大城市已经提出准实时的更新计划,希望每三个月能对城市地图进行更新。要达到这样的要求,仅靠航空摄影是无法实现的,必须发射我国高分辨率的测绘卫星,以实满足城市测绘的需求。

  2.资源三号卫星是国土资源调查与管理的重要技术支撑

  资源三号卫星的一个重要目标便是要显著提高国土资源调查与管理的效率和能力,成为国土资源调查与管理的重要支撑条件。

  土地调查需要以现势性强的航空(天)正射影像图为底图,采用统一的土地分类,对土地利用现状进行实地调查,查清土地利用现状的分类、面积、分布状况和权属状况。2007年开始的第二次全国土地调查采用1:1万和1:5万两种比例尺,其中开展1:5万比例尺调查需采用空间分辨率高于5米的卫星图像。第二次全国土地调查结束后,全国每年还将进行一次土地变更调查,以保持调查成果的现势性。真实、准确的数据是土地调控以及土地管理各项工作的基础和依据。

  土地资源管理对卫星遥感数据的需求主要集中在土地利用动态监测与数据、土地利用基础图件与数据更新方面。在土地利用动态监测中,对变化地块的提取和类型的识别至少需要5米高空间分辨率的遥感影像数据。为了区分土地利用类型,还需要多光谱数据,特别是对植被覆盖敏感的近红外谱段在土地利用状况调查及变化监测中具有重要的作用。为了实现国土资源调查与管理业务,资源三号卫星配备的相机将为国土资源查与管理提供高分辨率影像、多光谱影像和精确三维空间位置等全方位的信息,并在卫星应用系统中建立国土资源分系统,以满足资源三号卫星在国土资源领域中的业务化应用需求。

  3.资源三号卫星可为农林水土城环灾测等领域提供准确的辅助决策信息

  资源三号卫星在农业、林业、水利、国土资源、城市规划、环境、减灾防灾、测绘、交通等领域都将有广泛的应用。

  在农业领域,资源三号卫星可以满足农业资源调查、农作物产量估产与长势监测、农业结构调整、精准农业等方面对高分辨率卫星影像数据的重大需求。大面积种植作物面积与种类监测、农业工程规划等需要10米量级空间分辨率卫星影像;精准农业、小规模农作物监测需要几米到亚米量级高空间分辨率和超高空间分辨率卫星影像。

  在林业领域,资源三号卫星将主要应用于森林资源一、二类清查,荒漠化、湿地调查和监测,森林病虫害、林火等灾害调查和监测,以及各种生态环境质量调查。国家和省级森林资源和生态环境的宏观经营规划设计调查、林业生态建设工程监理和实施效果评价、重点区域生态建设监测需要5-30米空间分辨率的卫星影像数据;县级监测需要5米高空间分辨率卫星影像数据;局部具体、技术要求较高的工作或研究示范项目需要优于5米的高空间分辨率卫星影像数据。

  在水利领域,资源三号卫星将在防洪规划、洪涝灾害监测评估、水资源调查、节水灌溉工程实施的监测、有效灌溉面积调查、土壤侵蚀调查、水土保持措施的后效调查、南水北调、生态环境监测、江河湖库污染、行蓄洪区调查等方面发挥重要作用。全国水利发展规划中明确提出要应用卫星遥感技术保障大江大河大湖重要河段,大中城市及重点地区的防洪安全。5米以上的高空间分辨率卫星影像主要用于水土保持治理、水利工程管理、城市防洪;10至30米空间分辨率卫星影像可用于洪涝灾害监测评估、小水电选址、牧区水利、淤堤坝。

  在环境监测领域,资源三号卫星可实现大范围、全天候、全天时的动态环境监测,成为深入研究和解决环境灾害和保护重大问题的重要工具。卫星监测的范围包括:流域水污染监测、大江、大河水环境质量监测、重大污染物泄漏、企业污水偷排活动和污染事故监测、大气污染监测、自然生态环境监测、湿地资源状况及变化监测,生物多样性状况及变化监测,农村生态变化、矿资源开发的生态破坏监测、城市生态监测、近岸海域环境监测等方面的连续监测。环境监测需要5-10米之间的空间分辨率卫星影像。

  在交通领域,我国正在大规模开展交通基础设施建设,公路和铁路的规划、设计、交通沿线的资源调查等都需要使用高分辨率遥感影像。1-5米高分辨率卫星影像可用于公路和铁路的初步设计、沿线资源调查、工程技术遥感等,包括:交通沿线与当地自然景观协调、耕地和经济作物用地的少量占用、交通景观的监测和交通绿化设计等。

  资源三号卫星还能满足减灾遥感的特殊需求。我国是自然灾害多发的国家,气象灾害、地震灾害、各种地质灾害、森林火灾、洪涝灾害、干旱等都对我国国民经济建设和社会发展造成重大损失,严重威胁人民群众生命财产安全。资源三号卫星可以提供1米至4米的高空间分辨率卫星影像以保证对灾情的详查和为紧急救援提供准确的信息及辅助决策依据,如灾前的高分辨率卫星影像、撤退和救援路线的选择、灾后房屋倒塌数量、受灾人口统计和耕地面积统计等。

  资源三号卫星也是地球空间信息产业的核心环节。目前制约我国地球空间信息产业发展的瓶颈是基础地理数据,我国数据产业的生产和需求之间存在着较大矛盾。我国地理数据产品从可获得性、数据质量和数据更新方面和实际应用有着较大的差距。地理信息应用越来越需要“多层次、深加工、多时态、快速度、多形式、多精度”的信息及服务,需要更快捷的更新和维护,更完善的服务和更高效的管理。卫星导航定位是一个极具发展前景的产业。美国、欧洲等发达国家都把卫星导航作为一个战略重点发展领域并投入巨资发展卫星导航系统。卫星导航应用的一个前提必须具有可靠、精确、现势性强的导航电子地图,必须依靠高分辨率卫星提供稳定可靠的测绘资料。

  4.资源三号卫星在国家重大工程、重大科研项目中发挥重要作用

  我国许多关系国民经济建设和社会发展的重大工程需要运用高分辨率卫星影像进行工程的前期设计、进展调查和决策管理等。资源三号卫星将在三峡工程、南水北调、西气东输、青藏铁路、塔里木河流域生态治理区域等重大工程以及南极、北极、雅鲁藏布大峡谷、三江源考察等重大科研项目中发挥重要作用。

  我国将要实施高分辨率对地观测重大工程,发射气象、海洋、资源与环境等各种对地观测卫星,建立国家对地观测系统。在各种对地观测卫星应用过程中,都需要地面控制点作参考,进行几何定位,高精度、高分辨率地球空间信息是各种对地观测应用系统的几何基础和参考基准。利用资源三号卫星影像数据,可以获取几何精度高、现势性好的地球空间信息。高精度的地球空间信息与其他对地观测卫星信息融合,不仅可以大大提高其他对地观测卫星信息的几何精度和应用效率,而且利用高分辨率的遥感信息可以提高对地观测卫星信息的物理解译能力,特别是提高资源、环境与灾害监测卫星的应用水平。

  5.资源三号将在开拓国际市场、提升我国国际地位中发挥积极作用

  在全球经济贸易一体化迅猛发展的今天,我国愈来愈多地参与国际事务,对全球数据的需求也越来越多。同时,全球气候变化、环境变迁、资源开发利用以及地区变化等都对全球的影像数据提出了需求。资源三号卫星除了为国内提供境外数据服务外,还可以向国外提供境外相关地区现势性强、高质量卫星影像产品,甚至还可以通过在国外建设地面接收站,为国外技术人员提供业务培训等方式,促进国外应用资源三号卫星影像服务其本国经济建设。这对于我国开拓国际市场、参与全球化的资源配置、提升我国大国的国际地位将起到积极作用。

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