資源三號(hào)系列衛(wèi)星及其應(yīng)用概況

文 | 曹海翊 戴君 徐馳 劉付強(qiáng)中國(guó)空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部

一、資源三號(hào)衛(wèi)星任務(wù)概況

資源三號(hào)衛(wèi)星是“十一五”期間我國(guó)民用航天重點(diǎn)科研項(xiàng)目，是在當(dāng)時(shí)國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)我國(guó)獨(dú)立自主獲取衛(wèi)星立體影像的迫切需求，以及我國(guó)測(cè)繪手段從以航空為主轉(zhuǎn)向航空和航天相互補(bǔ)充的大背景下推動(dòng)建設(shè)的國(guó)內(nèi)首個(gè)民用立體測(cè)繪衛(wèi)星工程。

資源三號(hào)衛(wèi)星對(duì)我國(guó)測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展具有革命性意義，是我國(guó)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展史上一座新的里程碑[1]。資源三號(hào)衛(wèi)星建設(shè)的主要目標(biāo)是長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)1 : 5萬(wàn)比例尺基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)以及1 : 2.5萬(wàn)和更大比例尺地圖的修測(cè)和更新，開(kāi)展國(guó)土資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)，為防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設(shè)、交通、國(guó)家重大工程等領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù)和保障[2]。

2012年1月9日，資源三號(hào)衛(wèi)星由長(zhǎng)征四號(hào)乙運(yùn)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(kāi)啟了我國(guó)民用航天測(cè)繪的序幕。2015年11月17日國(guó)家批準(zhǔn)資源三號(hào)02星工程立項(xiàng)，是《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》批復(fù)后發(fā)射的首顆業(yè)務(wù)星。02星于2016年5月30日發(fā)射升空，與資源三號(hào)01星組網(wǎng)運(yùn)行，形成有效互補(bǔ)。2020年7月25日，資源三號(hào)03星成功發(fā)射，與資源三號(hào)01、02星組網(wǎng)運(yùn)行，共同組成了我國(guó)立體測(cè)繪衛(wèi)星星座，大幅提高了我國(guó)1 : 5萬(wàn)比例尺國(guó)土測(cè)繪效率。目前資源三號(hào)03星正在進(jìn)行在軌測(cè)試工作，進(jìn)展順利。

二、資源三號(hào)衛(wèi)星主要性能

資源三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射升空，標(biāo)志著光學(xué)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(cè)繪式，實(shí)現(xiàn)了從短期觀測(cè)、連續(xù)觀測(cè)、中高分辨率觀測(cè)到高精度幾何定量化的技術(shù)跨越。

資源三號(hào)01星首次實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星地面定位精度達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，無(wú)控制地面定位精度由幾百米跨入到十米量級(jí)，實(shí)現(xiàn)了“質(zhì)”的飛躍，全面滿足1 : 5萬(wàn)比例尺立體測(cè)圖指標(biāo)要求，甚至達(dá)到1 : 2.5萬(wàn)比例尺測(cè)圖要求。國(guó)際上首次實(shí)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(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。國(guó)內(nèi)首次將圖像量化位數(shù)由8bit提高到10bit，大幅提高圖像質(zhì)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(cè)量與穩(wěn)定性控制難題。資源三號(hào)衛(wèi)星填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)民用高分辨率立體測(cè)圖領(lǐng)域空白，建立了新一代高精度遙感衛(wèi)星技術(shù)平臺(tái)，開(kāi)創(chuàng)了測(cè)繪衛(wèi)星系列化發(fā)展的新局面。

資源三號(hào)02星繼承了01星的技術(shù)狀態(tài)并進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，將前視、后視相機(jī)的分辨率由3.5m提高到2.5m，同時(shí)搭載了國(guó)內(nèi)首臺(tái)對(duì)地觀測(cè)的試驗(yàn)性激光測(cè)高載荷，主要用于測(cè)試國(guó)產(chǎn)激光測(cè)高儀在低軌遙感衛(wèi)星平臺(tái)的功能和性能，探索利用地表高精度的高程控制點(diǎn)輔助提高光學(xué)遙感衛(wèi)星影像無(wú)地面控制立體測(cè)圖精度的可能性[3]。

資源三號(hào)03星相對(duì)于02星主要變化為衛(wèi)星壽命由5年提升至8年，相應(yīng)的載荷產(chǎn)品開(kāi)展嚴(yán)格的適應(yīng)性分析，確保繼承產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足壽命要求，同時(shí)服務(wù)產(chǎn)品全面更換為基于8年壽命的長(zhǎng)壽命產(chǎn)品。隨著資源三號(hào)02星搭載激光測(cè)高儀的在軌優(yōu)異表現(xiàn)，03星的任務(wù)明確了激光測(cè)高儀作為一個(gè)新的測(cè)量任務(wù)，且要求滿足8年壽命。結(jié)合資源三號(hào)02星激光測(cè)高儀在軌使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)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(shí)針對(duì)8年壽命要求，對(duì)激光器等重點(diǎn)部件進(jìn)行專項(xiàng)改進(jìn)。

三、資源三號(hào)衛(wèi)星在各行業(yè)的應(yīng)用

資源三號(hào)衛(wèi)星自發(fā)射以來(lái)，一直在軌安全穩(wěn)定運(yùn)行，影像獲取持續(xù)高效，為測(cè)繪與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、全國(guó)數(shù)字正射影像和數(shù)字表面模型一版圖等國(guó)家重大測(cè)繪工程，以及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)、雄安新區(qū)自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)等各行業(yè)用戶提供了現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的自主衛(wèi)星測(cè)繪地理信息服務(wù)保障，也在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、國(guó)土、城市建設(shè)等領(lǐng)域，為國(guó)家安全提供了重要保障，產(chǎn)生了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.測(cè)繪與地理國(guó)情監(jiān)測(cè)

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

為了提升我國(guó)西部測(cè)圖困難地區(qū)的數(shù)字地形產(chǎn)品精度和質(zhì)量，采用資源三號(hào)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(wàn)平方千米滿足1:2.5萬(wàn)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(guó)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(hào)衛(wèi)星全國(guó)數(shù)字正射影像一版圖產(chǎn)品是基于資源三號(hào)正視全色和多光譜影像生產(chǎn)的全國(guó)無(wú)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(yīng)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(dāng)前分辨率最高的全國(guó)級(jí)別覆蓋的真彩色正射衛(wèi)星影像庫(kù)，該產(chǎn)品具備現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、分辨率高等特點(diǎn)。

資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)字表面模型庫(kù)是以資源三號(hào)02星為主，資源三號(hào)01星為補(bǔ)充的2.5m空間分辨率立體像對(duì)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(guó)內(nèi)分辨率最高、覆蓋最全、時(shí)相最新的地表模型產(chǎn)品。

3.長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)

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

圖1 長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶11省市衛(wèi)星遙感影像圖

4.雄安新區(qū)自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)

為了準(zhǔn)確掌握雄安新區(qū)各類土地資源要素變化時(shí)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(hào)影像數(shù)據(jù)開(kāi)展了多方位的遙感監(jiān)測(cè)工作，圖2是雄安新區(qū)智慧管控拆遷進(jìn)度遙感監(jiān)測(cè)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(jìn)度遙感監(jiān)測(cè)分析圖

5.服務(wù)“一帶一路”等國(guó)家倡議

資源三號(hào)衛(wèi)星測(cè)繪圖像質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，成為第一個(gè)進(jìn)入國(guó)際對(duì)地遙感衛(wèi)星圖像市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星。為了促進(jìn)區(qū)域及全球多邊合作，先后向聯(lián)合國(guó)全球地理信息管理專家委員會(huì)提供老撾、日本、韓國(guó)、蒙古等國(guó)家的資源三號(hào)衛(wèi)星影像，積極參與金磚國(guó)家地理空間技術(shù)工作組、地球觀測(cè)組織、聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展司等相關(guān)事務(wù)，積極推進(jìn)“一帶一路”國(guó)家構(gòu)建更為緊密的全球命運(yùn)共同體。

四、結(jié)語(yǔ)

資源三號(hào)衛(wèi)星工程的建設(shè)，極大地增強(qiáng)了我國(guó)獨(dú)立獲取地理空間信息的能力，提升了我國(guó)測(cè)繪服務(wù)保障水平，提高了國(guó)土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)保障能力，加快了空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)了地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

資源三號(hào)衛(wèi)星項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)測(cè)繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)“從無(wú)到優(yōu)”的跨越，國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量和定位精度發(fā)生了根本性變革，1:5萬(wàn)比例尺測(cè)圖由依賴國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)到使用國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)替代，突破了困擾我國(guó)高分辨率遙感數(shù)據(jù)長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)了科研衛(wèi)星由示范運(yùn)行到業(yè)務(wù)化運(yùn)行的轉(zhuǎn)變。

資源三號(hào)衛(wèi)星全面保障著各級(jí)基礎(chǔ)測(cè)繪生產(chǎn)任務(wù)和重大測(cè)繪工程建設(shè)，為我國(guó)提供了現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、精度高的地理信息數(shù)據(jù)，在資源管理、國(guó)防建設(shè)、公共安全等人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的各個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。

在“十四五”期間，我國(guó)將發(fā)射資源三號(hào)04星，實(shí)現(xiàn)多顆1:5萬(wàn)比例尺立體測(cè)繪衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行，同時(shí)與高分七號(hào)高精度立體測(cè)繪衛(wèi)星構(gòu)成空間立體監(jiān)測(cè)星座系統(tǒng)，對(duì)國(guó)土測(cè)繪、資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)形成持續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)獲取能力。