資源三號衛星數據及產品體系

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

一、前言

資源三號衛星是我國高分辨率光學立體測圖衛星，可對地球南北緯84°以內的地區實現無縫影像覆蓋。衛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，同時配以精確的內外方位元素參數，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。

自然資源部作為衛星主用戶，負責資源三號衛星應用系統的建設。經過三年的技術攻關和后續持續適應性改造，構建了一個業務化、自動化運行的衛星應用系統，長期、穩定、高效地將高分辨率衛星數據處理成為高質量、高精度的衛星遙感影像產品，形成基于資源三號衛星影像的規模化、網絡化處理能力和產品體系，廣泛用于地物要素判讀、自然資源調查和監測以及其他相關應用，滿足國家和社會對高分辨率光學衛星影像和基礎測繪產品的迫切需求。

二、資源三號衛星數據獲取

資源三號01星于2012年1月9日成功發射，是我國第一顆民用高分辨率光學傳輸型測繪衛星。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星自發射以來，已在軌穩定運行超過八年，圓滿實現了資源三號首顆衛星工程的各項任務，技術指標達到國際同類領先水平。資源三號02星于2016年5月30日成功發射，較01星擁有更優異影像融合能力、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，首次實現了我國自主民用立體測繪雙星組網運行。資源三號03星已于2020年7月25日成功發射，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。待03星正式交付后，在等相位星座運行模式下，資源三號三星組網可將常態化業務數據的更新周期由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大幅寬成像。

目前，資源三號01、02星每天平均獲取約10軌數據（其中01星約4軌，02星約6軌），每軌拍攝時長400～500s，每天獲取數據約550景對。截至2019年12月31日，共獲取原始數據18852軌，原始數據總量3421TB，共接收獲取影像481萬景。雙星組網后，影像覆蓋能力顯著增強，國內年有效覆蓋率從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%。三線陣立體數據國內陸地覆蓋率99.89%，全球覆蓋率約63%。

三、資源三號衛星數據產品

資源三號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。資源三號衛星持續獲取的影像數據經地面接收系統接收和解碼后，傳輸到資源三號衛星應用系統，進行數據預處理和生產，形成不同種類和用途的衛星遙感影像產品，一定程度上滿足了國內外眾多領域的旺盛需求。應用系統經過三年建設期，以及持續的技術攻關和適應性改造，逐步形成了自動化、規模化、業務化、網絡化的生產線，資源三號衛星影像數據的精度和質量得到進一步提升，產品種類日益豐富、體系日益完善。

資源三號衛星應用系統自主研發的影像處理生產線已實現0-2級產品網絡化、自動化、高精度處理，從數據接收到生產、質檢及歸檔，常規生產實現T+1天入庫，應急保障3小時內完成。原始影像產品（0級產品）每軌編目、云判僅需20分鐘，輻射校正影像產品（1級產品）的相對輻射校正精度優于3%。應用廣泛的傳感器校正影像產品（2級產品）實現分片影像無縫拼接，無控精度優于20m；完全具備每日接收的原始數據當日全部完成傳感器校正處理的規模化生產能力。其他基礎測繪遙感影像產品、數字地形產品和專題應用產品均按需生產。目前，地面應用系統每天接收、處理和存儲的資源三號01星數據3～5軌，02星數據4～6軌，數據量約為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星，資源三號衛星影像產品體系劃分為三大類：基礎測繪遙感影像產品、數字地形產品和專題應用產品。

1.基礎測繪遙感影像產品

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

表 1 資源三號衛星各級基礎測繪遙感影像產品描述

續表 1

2.數字地形產品

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

（1）資源三號衛星全國正射影像庫產品

資源三號衛星全國正射影像庫產品是基于資源三號衛星正視全色和多光譜影像生產的全國無縫覆蓋的真彩色正射衛星影像。可用作各行業深層次應用的地理空間底圖，滿足各行業GIS用戶“即插即用”的數據需求。作為當前分辨率最高的全國級別覆蓋的真彩色正射衛星影像庫，該產品具備現勢性強、分辨率高等特點（圖1）。

圖1 資源三號衛星全國數字正射影像庫產品一覽圖

（2）資源三號衛星全國數字表面模型庫產品

資源三號衛星全國數字表面模型庫產品是以資源三號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據源，采用自主知識產權的基于多基線、多匹配特征的地形信息自動提取技術，快速處理和生產提取的高精度、高保真10m格網數字表面模型產品。該產品采用2014年1月至2017年10月的影像數據加工制作，是國內分辨率最高、覆蓋最全、時相最新的地表模型產品。

3.專題應用產品

以資源三號衛星基礎測繪影像產品和數字地形產品等為主要數據源，根據行業特點，利用專業技術和方法，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品。根據資源三號衛星數據產品在國民經濟相關行業的應用情況，主要的專題產品包括植被指數專題產品、葉面積指數專題產品、地表反射率專題產品、表觀反射率專題產品、地表坡向專題產品、地表坡度專題產品、線狀地物提取專題產品、海冰覆蓋專題產品、葉綠素a濃度專題產品、懸浮物濃度專題產品、氣溶膠光學厚度專題產品和多期專題變化專題產品等。部分產品示意見圖2。

圖2 資源三號衛星專題應用產品示意圖

四、結語

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