資源三號衛星在自然資源管理中的應用

文 | 王鴻燕 唐新明 樊文鋒 高欣圓自然資源部國土衛星遙感應用中心

一、前言

資源三號衛星是我國民用高分辨率立體測繪衛星，主要目標是獲取三線陣立體影像和多光譜影像，實現1:5萬測繪產品生產能力以及1:2.5萬和更大比例尺地圖的修測和更新能力，填補了中國立體測圖這一領域的空白。資源三號01星于2012年1月9日成功發射，實現了中國民用高分辨率立體測圖衛星“零的突破”，彰顯了自主創新的中國力量。01星是科研星，計劃服役5年，目前已在軌運行8年。衛星采用太陽同步圓軌道，設計軌道高度為506km，可對地球南北緯84°以內的地區實現無縫影像覆蓋，每59天完成對我國領土和全球范圍的一次影像覆蓋。衛星搭載了四臺光學相機，包括一臺地面分辨率2.1m的正視全色TDI CCD相機、兩臺地面分辨率3.5m的前視和后視全色TDI CCD相機、一臺地面分辨率5.8m的正視多光譜相機。資源三號02星，于2016年5月30日成功發射，是一顆業務衛星。02星搭載三線陣測繪相機和多光譜相機等有效載荷，前后視相機分辨率2.5m，并搭載了一套試驗性激光測高載荷，該星較01星擁有更優異影像融合能力、更高圖像高程測量精度。資源三號03星，于2020年7月25日成功發射，計劃服役8年。03星兼有01、02星的全部優點，還裝載了可業務化應用的激光測高儀，能有效提升高程測量精度。03星與服役中的01星、02星進行三星組網，進一步提高我國地理測繪原始影像資料的獲取能力。資源三號衛星為我國自然資源管理和生態文明建設等事業提供了可靠的數據保障，極大地推動了相關產業發展和航天遙感技術的應用，為國民經濟和社會發展作出重要貢獻。

二、資源三號衛星在自然資源管理中的應用

自2012年發射以來，資源三號衛星不僅實現了高精度測繪衛星“零的突破”，在測繪地理信息行業、自然資源調查、農林水利、生態環境保護、應急測繪等方面全面替代國外同等分辨率衛星影像，成為高分辨率衛星業務化應用的典范。截至2019年底，資源三號衛星面向各行業累計提供超過200萬景、8億多平方千米的衛星影像和服務保障，應用成效顯著。資源三號衛星數據持續加強自然資源主體業務規模化應用，保障自然資源管理工作。

1.持續保障基礎地理信息數據快速獲取和更新

（1）基礎時空信息數據庫建設與更新

巴黎公社在僅存的72天中，對“人民”的構成進行了具體的階級界定，其中包括工人階級、農民、中等階級以及國際社會中參加巴黎公社的工人。并在此基礎上，巴黎公社采取了一系列措施，為人民提供了豐富的實踐活動形式，其中包括生產實踐、參與社會管理的實踐以及豐富精神生活需求的文化創作活動，充分體現了人民在社會歷史中的主體地位。

資源三號01星是我國首顆高分辨率民用立體測繪衛星，設計用于1:5萬比例尺地形圖測繪和1:2.5萬比例尺地圖更新，是國家基礎地理信息數據庫更新的主要影像數據源。在當時，是我國1:5萬基礎地理信息數據庫擺脫數據更新周期長問題、實現年度一版更新目標的基礎保障。

自2012年以來，我國持續利用資源三號衛星影像作為數據源進行國家基礎地理信息數據庫年度更新工作，在收集和整理全國范圍內高精度控制資料、數字高程模型（DEM）等相關資料基礎上，以資源三號為主體，輔以高分系列等其他國產衛星影像數據資源，采用區域網與單片糾正等相結合的方式，完成衛星遙感影像正射糾正處理，經質量檢查和成果驗收后，分批次向各省級數據庫更新生產單位提供。通過多源衛星影像統籌，年度更新率穩定在96%以上。截至2019年底，超過10萬景的資源三號衛星影像成果成功應用于國家基礎地理信息數據庫更新和省級基礎測繪工作，累計更新面積近6000萬平方千米。尤其是資源三號02星的成功發射，立體數據分辨率由3.5m提高到2.5m，衛星突破1:2.5萬比例尺地形測圖更新能力，在湖北、四川等山地，新疆和內蒙古荒漠地區，省級自然資源行政管理部門更是采用資源三號影像數據開展了大量1:1萬比例尺測圖和影像底圖生產等基礎測繪工作。

近年來，內蒙古自治區湖泊數量和面積均發生了明顯變化，湖泊生態系統脆弱性更加突出。收集1990-2018年，國外Landsat衛星數據和近幾年的資源三號衛星數據，對內蒙古全境1km2以上面積的湖泊進行了監測，形成了1990-2018年度共7期監測數據。監測對象包括546個湖泊圖斑。經過衛星影像判讀解譯和統計分析，可以看出湖泊總面積變化情況：1990-2000年變化不大，2000-2010年明顯減少，2010-2018年基本平穩且略有回升。

資源三號衛星的全球數據獲取能力有效地打破了境外國家的數據封鎖和限制，為我國全球地理信息資源建設提供了持續可靠的影像數據源。針對我國自主全球多尺度地理數據產品匱乏、覆蓋全球的高精度自主位置服務能力不足的現狀，2017年，原國家測繪地理信息局啟動了全球地理信息資源建設與維護更新項目，計劃在2025年以前，以我國自主的資源三號高分辨率遙感衛星、高精度無控測圖技術、地理信息高效服務系統以及北斗衛星導航系統等為依托，利用國產資源三號、天繪一號、高分一號、高分二號、北京二號、高景一號等多源衛星遙感數據，首次實現全球的1:5萬基礎地理信息框架要素的測繪。建設完成覆蓋全球陸表約1.49億平方千米的多尺度、多類型的地理信息產品，總體達到1:5萬比例尺精度要求，重點地區達到1:1萬比例尺精度要求，為“一帶一路”等倡議的實施提供自主、權威、統一、高效的全球高精度地理信息綜合服務，使我國對全球地理信息資源的獲取和應用能力達到國際先進水平。

自項目啟動至今，資源三號衛星已保障完成約4600萬平方千米的優于2.5m立體影像的獲取。通過自主科技攻關，實現了無地面控制點條件下資源三號衛星影像的處理和高精度絕對定向。其中優于2.5m立體影像的平面中誤差2～4m、高程中誤差1～2m，滿足國產衛星影像幾何定位精度優于1:5萬比例尺測圖要求，生產成本相對國內區域的傳統測繪生產降低了70%以上。

利用資源三號為主的國產衛星遙感數據，完成了2m分辨率數字正射影像（DOM）生產、10m格網數字表面模型（DSM）生產、核心矢量數據制作等工作。數據成果已向中央各部委及地方省份（吉林、遼寧、廣西等）提供，有力地支持了國家建設、應急響應、東盟信息港建設、“一帶一路”建設等；基于部分工程成果的在線服務已被東盟/上合組織環境保護合作中心調用，支持跨國界水體環境綜合管理決策。

馬刺押送秀容月明回北國，途中并不安穩，百姓“歡迎”秀容月明自不必說，還有人暗殺秀容月明，這些人，全是寧人，還有胡人被買通了，要秀容月明的命。

資源三號等國產衛星持續、穩定、高效地獲取了大量的2m衛星影像，累計為國家地理信息公共服務平臺——“天地圖”（圖1）提供了9700萬平方千米高質量衛星影像成果，其中國外影像4900萬平方千米，國內影像4800萬平方千米。自2012年以來，“天地圖”平臺高分辨率衛星影像數據的年度有效更新率持續增高，國內區域所用2米級衛星影像國產化替代率連續6年達到99%以上，境外區域影像國產化替代率逐步提升。實現了全國自主可控的公共影像服務年度業務化覆蓋和更新，大大提升了社會公眾對高清晰、高現勢性影像服務的需求滿足程度，產生了良好的社會效益。

圖1 天地圖平臺影像應用服務

（4）三維立體自然資源“一張圖”和實景三維中國建設

綜上所述，可將影響頁巖微觀力學性質的因素分為兩類：一類是頁巖的軟組份，包括TOC、粘土、孔隙體積、微裂紋等，這一部分含量越高或越發育，則頁巖的硬度和模量就會越低；另一類是硬組份，如石英、方解石等，其含量越高彈性模量和硬度越高。

以資源三號為主的國產衛星遙感數據，首次構建了覆蓋全國的多時相2m分辨率衛星正射影像和10m分辨率地形格網三維立體產品。研發了三維動態可視化引擎技術，創新集成了一套立體可視化軟硬件解決方案，建立了立體中國可視化平臺（圖2），具備海量航空影像、衛星影像、數字高程模型、矢量、地名以及其他二三維信息等的建模與管理，三維可視化查詢分析等功能。同時研發了基于虛擬現實（VR）設備的跨終端顯示技術、場景信號無損轉化技術，建立了全國立體影像虛擬實現系統，實現了全國范圍三維全景式沉浸式的無縫漫游。平臺提供了真實、可量測的三維地理環境，已經服務于基礎測繪、資源管理、土地督察、交通設施建設、水利設施規劃、自然保護區管理及國防等諸多領域，也可進一步為三維立體自然資源“一張圖”和實景三維中國建設提供直接有力支撐。

二是要建立生態文明指標體系并作為各級領導干部的考核依據。要改變當前唯GDP、唯財政收支的考評體系，把綠色發展指標體系作為首要考核目標，并且作為各級領導干部選拔任用的重要依據。

圖2 立體中國可視化平臺

2.自然資源調查與監測

（1）土地利用變更調查與第三次全國國土調查

全國土地利用變更調查監測與核查作為一項重要的國情國力調查，是全面查清年度土地利用變化情況、獲取土地基礎數據的重要途徑，同時，變更調查成果為土地資源集約節約利用和可持續發展提供決策依據。土地利用變更調查在上一年度土地利用現狀數據庫基礎上，通過采集獲取最新的高分辨率遙感影像數據，生產制作調查底圖，對土地利用現狀、土地權屬及行政區劃變化進行外業實地調查，獲取變化地類圖斑、土地權屬（宗地）、行政區劃數據，生成增量數據包以及統計報表，最終實現對土地利用數據庫的年度更新。

為滿足國家和各省（自治區、直轄市）國情普查和試點工作數據需求，先后提供了2.3萬余景、累計覆蓋面積1350萬平方千米的資源三號衛星影像數據，全面保障了地理國情普查標準時點核準工作的順利開展。

（3）天地圖平臺建設

2017年，第三次全國國土調查全面開展，并進行統一時點更新工作。資源三號衛星利用一年時間全面獲取覆蓋中國國土陸域范圍內的優于1m衛星影像。資源三號雙星充分發揮自主可控的優勢，成像計劃安排科學緊湊，累計獲取704.5萬平方千米衛星影像的數據，完成其中三分之一的工作任務，為保質保量按時完成任務作出重要貢獻。

（2）全國第一次地理國情普查和地理國情監測

2013年3月，國務院印發《關于開展第一次全國地理國情普查的通知》，決定于2013年至2015年開展第一次全國地理國情普查工作。資源三號衛星充分發揮三線陣立體測圖能力，采用立體影像快速生產了我國西部測圖困難地區（包括西藏自治區、新疆維吾爾族自治區全境，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格網尺寸DSM產品（圖3），提升了我國西部測圖困難地區的數字地形產品精度和質量，及時解決了該區域面臨的原有DEM產品精度無法滿足高分辨率衛星影像正射糾正需求等問題。

衛星影像采集獲取和全面覆蓋，是開展土地利用變更調查監測與核查工作的基礎，從2012年開始，資源三號全面參與了全國年度土地利用變更調查與遙感監測項目。

為確保出口孟加拉尿素產品的發運質量，日前，陽煤豐喜肥業（集團）有限責任公司供銷分公司綜合處、化肥處、鐵路處形成專項檢查小組對產品外包裝、車皮毛刺處理、底布鋪墊、產品單袋質量等情況進行了重點檢查。

圖3 基于資源三號衛星影像生產的西部地區DSM產品渲染圖

在第一次地理國情普查成果基礎上，我國自2016年開始轉入常態化地理國情監測，采用以資源三號等優于2.5m為主的國產高分辨率衛星于每年第二季度開展面向全國的常態化地理國情監測。五年來，資源三號、高分一號等優于2.5m衛星影像年度有效覆蓋面積穩定在930萬平方千米以上，超過全國陸域面積的96%，衛星數據在地表覆蓋國情要素的采集、調查、核實、分析工作中發揮了重要作用。

本場地地貌類型單一，未發現地裂縫、滑坡、崩塌、沖刷、潛蝕、土洞等不良地質作用及地質災害危險災種存在。擬建場地開闊穩定，作為本項目建設場地是穩定的和適宜的。

（2）全球地理信息資源建設與維護更新

（4）地質礦產調查

（3）水資源監測

（5）林業資源調查

持續推進與中國地質調查局的衛星數據共享與交換，累計為其提供衛星影像15000景；利用資源三號衛星融合影像為地礦應用提供底圖參考，利用立體影像開展礦區高精度DSM/DEM制作。

觀察組患者平均手術時間比對照組長,出血比對照組多,骨折愈合時間等預后指標比對照組短(P<0.05)。治療前兩組的HSS評分不存在統計學差異性(P>0.05),治療后兩組均有所改善,觀察組更加明顯(P<0.05)。觀察組治療的優良率是91.2%,對照組是70.6%,兩組優良率存在統計學差異性(X2=4.660,P=0.031)。觀察組共有1例尿路感染、1例褥瘡、2例深靜脈血栓患者,并發癥發生率是11.8%,對照組有2例尿路感染,1例褥瘡,2例深靜脈血栓,并發癥幾率是14.7%,不存在統計學差異性(X2=0.128,P=1.000)。

進而，從同一角度也可很好地理解這樣一個建議：“立足專業成長，關注基本問題．”[24]因為，作為一線教師，就只有采取這一立場，面對多變的指導思想才不會無所適從，并切實避免這樣一個現象，即是忙了一輩子卻不知道忙了什么，乃至一再地重復別人的錯誤，卻沒有任何真正的進步．

自2015年開始，連續五年向國家林業和草原系統提供全國衛星遙感影像與生產處理技術服務，利用自然資源衛星遙感云服務平臺提供的全國2m分辨率衛星影像開展了數字正射影像圖生產，利用資源三號立體影像生產并提供了300萬平方千米格網間隔15m的數字表面模型產品，同時將2m數字正射影像圖加工制作成影像服務進行即時發布，輔助開展年度林地變更調查、森林資源調查、濕地資源監測、林地衛片執法檢查、林地一張圖制作等相關工作，實現了國產高分辨率衛星數據資源在林業管理領域的即時共享和高效利用。紅樹林在防浪護堤、海灣改善、污染凈化和濕地多樣性保護等方面發揮著不可替代的作用，具備重要的生態系統服務功能以及社會經濟價值。2019年，采用2m國產衛星影像完成了對全國紅樹林資源地塊的遙感監測，查明了全國紅樹林資源分布現狀，獲取了近40年中國紅樹林變化信息，為紅樹林生態修復和保護提供了數據支撐。

完善財政監督法律體系，對推進財政監督管理科學化、法制化發展有著現實意義；對此，我國修訂了《政府信息公開條例》、《預算法》等法律，使財政稅收工作處于“陽光監督”下，監督結果及時公開，形成獨特的監督文化，促使財政監督合理化、規范化發展。

3.空間規劃與生態修復

面向國土空間規劃業務需求，發揮衛星遙感高空間、時間、光譜分辨率的特點以及全面性、動態性、即時性、精準性和客觀性的優勢，利用資源三號及其他國產高分辨率衛星進行遙感基礎底圖快速生產、地表覆蓋信息智能提取、三維地形和形變動態監測、關鍵生態指標參量定量反演等技術和成果，構建面向國土空間規劃“前期設計、中期監測預警、后期評估評價”全生命周期的遙感監測分析指標體系和評估模型，建設國土空間規劃衛星遙感綜合監測與分析評估平臺，為“可感知、能學習、善治理、自適應”的智慧國土空間規劃提供遙感影像數據、監測信息、評估知識和決策依據。

4.自然資源督察與執法

自然資源衛星遙感常態化監測生產工作實現業務化、工程化，在全國范圍內采用2米級衛星數據每日對400m2以上的新增線形地物、建（構）筑物、推填土，以及光伏用地和高爾夫用地5類要素變化進行提取和監測，生成的變化圖斑和對比影像塊信息與國土規劃和土地利用現狀信息融合后，已常態化支撐國土衛片執法工作。同時，變化圖斑和對比影像塊信息成果通過自然資源衛星遙感云服務平臺在線推送給九個國家自然資源督察局，為自然資源督察監管工作提供了數據、信息和技術支撐。先后完成了全國“大棚房”問題專項清理整治遙感監測、神農架自然保護區監測、“曹園”整改情況遙感監測、全國紅樹林遙感調查監測、全國冰川遙感監測、全國光伏用地監測（圖4）等專項任務，支撐了重大專項任務實施。

圖4 通過衛星影像解譯分析2019年度新增光伏用地圖斑對比（左圖為2018年影像，右圖為2019年7月13日影像）

5.開創地方管理應用新模式

以資源三號為代表的多源、多分辨率、時效性強的自然資源衛星數據和云平臺主動及時的推送模式為各省自然資源管理、行業與社會公眾用戶提供了衛星遙感服務保障，極大地提升了各省衛星影像保障服務能力。推動資源三號衛星數據在全國除港澳臺地區以外的31個省、自治區、直轄市的自然資源管理業務領域開展特色應用，支撐地方自然資源管理。

河北省衛星中心針對河北省86個山水林田湖生態修復治理試點工程項目的工程進度、質量和效果的監管與評估（圖5），進行了衛星遙感監測，完成野外核查180處，為管理部門科學決策提供了支持。2019年，黑龍江省農作物受水災影響，受災面積較大，對農戶造成較大損失。黑龍江省衛星中心與保險公司合作，利用衛星遙感技術，計算耕地水災面積和程度，全面提升了農業保險理賠服務的專業化、規范化和科學化水平。福建省衛星中心利用衛星影像數據，開展自然資源資產審計技術服務，為福建省領導干部自然資源資產離任（任中）審計工作提供了包括海域供應情況、自然保護區保護情況、濕地保護情況、公益林保護情況、征占用林項目情況、造林植被恢復項目情況、土地整治項目情況、基本農田保護情況等29個專題分析，為審計人員提供疑點問題122類，涉及面積1073.44公頃，在支撐自然資源資產審計業務上取得了明顯成效。陜西省為以秦嶺北麓自然資源規劃、開發、監管過程中面臨的問題為切入點，運用衛星遙感技術，開展土地資源監測監管工作，完成了三期秦嶺北麓地區米級影像圖制作；完成了高分辨率圖像信息分類提取方法研究，精確實現建筑地物信息智能提取工作，完成疑似別墅違建信息提取工作；完成了土地資源利用信息提取工作，初步獲取了秦嶺北麓土地資源違法圖斑信息，切實有效提升秦嶺北麓自然資源監管執法能力。

圖5 河北省濕地生態恢復工程遙感監測

國土衛星遙感應用中心與青島市國土資源和房屋管理局共同探索并建立了青島市國土資源衛星遙感即時監測監管服務平臺，完善國土資源監測與監管技術體系和管理機制，真正落實“天上看、地上查、網上管”，有效促進國土資源集約節約利用和有效保護，服務青島市經濟和社會發展。

三、結語

資源三號衛星充分利用多星組網效能和立體測圖能力，持續、穩定、快速獲取高分辨率、高精度的衛星遙感影像數據，以服務自然資源部履行“兩統一”職責為主線，滿足土地、海洋、測繪、地礦、林草等領域對于高分辨率衛星影像業務剛需，全面服務各級自然資源主管部門在調查、監測、監管、督察、執法、規劃和評估等業務開展，逐步實現“用數據說話、用數據決策”的衛星遙感技術支撐能力。資源三號衛星遙感應用服務保障繼續優化，體系建設逐步完善，實現了由數據服務到監測服務的業務轉型，應用服務保障能力全面提升。后續，將著力推動衛星遙感在自然資源數量-質量-生態綜合調查監測、國土空間規劃、用途管制、自然資源節約集約利用、督察執法、生態保護修復、地質災害早期識別與監測預警等自然資源主體業務中的深入應用，促進衛星遙感與自然資源管理主責主業深度融合，推動衛星應用逐步從傳統的二維平面向三維立體、多要素融合方向發展。