我国测绘卫星未来发展

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1、我国测绘卫星的未来发展我国测绘卫星的未来发展我国测绘卫星的未来发展我国测绘卫星的未来发展孙承志 唐新明 周晓青 贾剑钢 张过1*摘 要：科技的发展日新月异，本文在综述国内外测绘卫星发展及应用现状的基础上，结合我国测绘航天规划建设目标，阐述了我国测绘卫星的发展规划及政策措施，并介绍了我国第一颗民用高分辨率立体测绘卫星资源三号卫星工程的情况。资源三号卫星工程对我国测绘事业的发展具有革命性意义，将填补我国民用测绘卫星应用领域的空白，开创我国航天摄影测量新纪元。关键词：测绘卫星 发展规划 地理空间信息 资源三号一、引 言测绘获取的是与地表有关的地理空间信息，是“数字中国”地理空间框架的基本内容和国民经

2、济、社会信息化建设的重要基础。目前，在我国的测绘事业与科技发展中，基础地理信息资源短缺、信息数据获取能力不足，已成为制约发展的严重的“瓶颈”问题。测绘卫星由于其全球、全天候、动态观测等优点，越来越成为主要的对地观测手段，成为测绘数据获取的重要信息源。现代测绘已经十分依赖于卫星测绘技术。目前 40%的高分辨率卫星遥感资料用于测绘和地理信息产业；卫星定位系统成为测绘定位的全新手段；国家高程基准的建立愈来愈依赖于卫星重力测量资料；我国海平面和高程基准建立、海面地形测绘均需要海洋测高卫星的数据；干涉雷达卫星不仅可以用于数字高程模型的建立，更由于其可满足恶劣天气条件下的数据获取，已在测绘诸多领域中发挥特

3、殊的作用。*1 孙承志，硕士，高级工程师，国家测绘局科技与国际合作司副司长，主要研究方向为测绘科技管理、测绘 卫星规划与应用、摄影测量与遥感。唐新明、周晓青，中国测绘科学研究院。贾剑钢、张过，武汉大学。二、国内外卫星测绘发展应用现状（一）国外卫星测绘应用现状国外测绘卫星数据应用已相当广泛，卫星遥感数据已成为 1：50 万至 1：5 万地形图修测的主要地理空间信息源。随着对地观测技术的重大进步和一些庞大计划（如美国 NASA的 EOS 计划）的实施，资源遥感已进入新的发展时期，卫星测绘对测绘制图技术取得了重大进展。表 1-1 为国外具有代表性的遥感卫星。表 1-1 国外已经发射或近期计划发射的主

4、要资源遥感卫星一览表卫卫星星名名称称拥拥 有有者者发发 射射/预预期期传传感感器器类类 型型通通 道道分分辨辨 率率（ m）重重 访访（天天）应应 用领用领 域域ERS-2欧 洲 ESA199 5AMI雷1263资 源环 境MOMS全34.5MOMS德 国199 9CCD多413.5测 图 资 源环境全112.9IKONOS-2美 国199 9IKONOS2多441.6测 图 资 源环 境EROS-1A以 色列200 0CCD全11.83资 源环 境全11 多44OrbView-4美 国（商）200 0Orbview4 高20 08=2地 质、 环境全10.61QuickBird-2美 国（商

5、）200 1QuickBird2多42.446测 图 资 源环 境全12.5GRG多410SPOT-5法 国200 2HRS全15/1026测 图 资 源环境CARTOSA T印 度200 5CCD全32.55测 图、 资源 环境ALOS日 本200 6PRISM全32.52测 图、 资源 环境LightSAR美 国200 6SAR雷43-1008- 10测 图、 资源Radasat-2加 拿大200 7SAR雷324农 业、 海洋、 资源 环境、 减灾TerraSAR X德 国200 7SAR/LCT /TOR雷111测 绘、 建筑、 海洋RiSat印 度200 7SAR雷洪 水、 风暴Ra

6、pidEye德 国200 8CCD多55.8/6. 51/5. 5测 图、 农业、 林业、能源全12THEOS泰 国200 8CCD多41526测 图、 土地、 农林、 洪水全 WorldView- 2美 国200 8WorldView -2多1 80.46 1.841测 图、 海洋、 考古GeoEye-1美 国（商）200 80.412-3测 图、 资源 环境等TANDEM- X德 国200 9TSX-SAR测 图、 海洋VWNUS以 /法国200 9多1210Sentinel-1A欧 洲201 1SAR雷全5Sentinel-2B欧 洲201 3多10注：全全色,多多光谱,高高光谱,雷雷达

7、,灰色背景立体成像,蓝色背景分辨率小于 15m。法国 SPOT-5 卫星在保持 60km 的摄影带宽的同时，将影像的分辨率提高到 5m，并利用“超级模式”（Supemode）的技术方法，在黑白相片上实现 2.5m 的分辨率。新搭载的高分辨率立体成像仪（HRS） ，能够制作 10m 高分辨率立体照片。美国第一颗高分辨率商业小卫星IKONOS-2 以米级分辨率实现对地面同一地段重复摄影观测的周期为 2.9 昼夜，经过图像正交变换，使用地面基准点的校正精度可达到 2 米，用于编制 1:24000 比例尺的地图。另一颗高分辨率商业卫星 QuickBird-2 影像的地面分辨率达 0.61m，平面和高程

8、精度为 5 米。GeoEye 公司于 2008 年发射当前最高分辨率的商业遥感卫星 GeoEye-1，具有 0.41m 分辨率。日本 ALOS 卫星系统携带三套有效载荷，分别为全色遥感立体仪器（PRISM） 、先进可见光近红外 2 型辐射计（AVNIP-2）和 L 波段合成孔径雷达（PALSAR） 。3 个光学系统能获取空间分辨率为 2.5m 的光学影像，其正视相机地面幅宽 70km，前后视相机地面幅宽35km。印度航天测绘发展迅速，其首颗测绘卫星 CARTOSAT-I 于 2005 年发射，可提供 2.5m分辨率的本国和海外地区立体影像，地形高程的确定精度为 5m。在干涉测量方面，美国的航天

9、飞机测图任务（SRTM）用了 11 天时间，对北纬 60和南纬 56之间的区域进行了双天线 InSAR 成像，取得了全球超过 80%的陆地区域的DEM。目前 NASA 开放的 SRTM 所获取的 DEM，北美地区水平分辨率为 30 米（1） ，欧亚地区水平分辨率为 90 米（3） ，高程精度约为 10m，在地形起伏较大的地区，精度相应更低一些。欧空局于 2002 年 3 月发射的 Envisat 替代了之前的 ERS-1/2，所搭载的先进合成孔径雷达系统 ASAR，具有极化方式可选择、两种极化方式同时成像、多视角、多分辨率等特点。星载激光测高已得到高度重视，美国于 2003 年 1 月发射了

10、ICESAT（Ice, Cloud and land Elevation Satellite）卫星，用于测量冰原地形及其时变以及云层及大气层的特征，搭载的地学激光测高系统 GLAS （Geoscience Laser Altimeter System）可测定沿轨道的陆地和水面的地形。从总体上讲，国外测绘卫星总体性能和技术指标较为先进，基本形成系列甚至成网络，且具有很高的商业化运行程度，正在进一步向高空间分辨率、高光谱分辨率、短重访周期发展。测绘卫星摄影系统不仅需要高分辨率，而且需要获得立体影像，带有精密的卫星定位定姿系统，这些卫星由于其巨大的应用市场，已吸引了世界上大批用户的注意力。（二）我国

11、卫星测绘发展应用现状目前我国已建立了资源、气象、海洋、环境与减灾卫星系列，初步形成了国家对地观测体系，并启动高分辨率对地观测系统重大专项，建立更完善的国家对地观测系统。我国对高分辨率卫星影像具有大量而迫切的需求，国家每年需投入大量经费，订购SPOT2/4/5、Landsat TM/ETM+、QuickBird、IKNOWS、MODIS 等遥感卫星影像数据，用于我国 1：100 万、1：25 万、1：5 万、1：1 万基础地理信息的建设和更新。现有资源一号、资源二号系列卫星可提供中等分辨率遥感影像，用于 1100 万和 125万地形图更新。2007 年发射的 02B 星和计划中的 CBERS-3

12、/4 的高分辨率影像原则上可对15 万和 12.5 万的基础地理信息进行部分要素的更新，但由于立体观测能力非常有限，无法生成数字高程模型，难以满足 1：5 万和更大比例尺的测绘的全面需求。因此，到目前为止，我国尚没有能够满足测绘要求的自主的测绘卫星。在卫星测绘数据应用方面，我国已基本解决利用国外卫星数据修测地形图和更新各种比例尺的地形数据库的关键技术，形成了科学的生产工艺。国家测绘局从 1999 年开始大面积利用法国 SPOT 卫星数据制作 15 万正射影像图及修测相应的地形图，利用美国LANDSAT 的 TM 数据更新 125 万数据库，为缩短地图的更新周期提供了有效的方法，并积极投入开展未

13、来测绘卫星影像处理技术基础性研究和建设，主要为高分辨率卫星影像几何纠正及后处理方案方法的研究和应用。三、我国卫星测绘发展规划随着计算机科学、材料科学、系统科学等以及通信、电子、航空航天科技的飞速发展，卫星测绘在基础理论与技术手段等方面取得了显著的进步，星载光电传感器、合成孔径雷达干涉以及对地观测系统若干关键技术获得重大突破，使得测绘卫星搭载的有效载荷功能总体、分辨率及观测精度越来越高。（一）测绘卫星系列为满足我国测绘行业与国民经济和社会信息化建设对测绘卫星的迫切需求，国家测绘局从 2005 年开始启动测绘卫星计划，积极制定测绘部门十一五、十二五航天规划，拟用10-15 年时间，建立我国具有长期

14、稳定运行能力的测图卫星系列体系，作为国家空间基础设施的重要组成部分。测绘卫星主要包括：高分辨率光学立体测图卫星、干涉雷达卫星、激光测高卫星、重力卫星和导航定位卫星。如图（1-1）所示。其中，高分辨率光学立体测图卫星包括：2m 全色、10m 多光谱正射影像和 5m 全色立体影像的高分辨率光学立体测图卫星，以满足国家基础测绘 15 万地形测图和基础地理信息生产的需要，以及资源调查等方面的应用需要；1-2m 全色、3-6m 多光谱的超高分辨率光学立体测图卫星，用于区域基础测绘，以满足 11 万地形测图和基础地理信息生产的需要；0.5-1m 全色、1-3m 多光谱的甚高分辨率光学立体测图卫星，用于城市

15、基础测绘，以满足 1200015000 地形测图和基础地理信息生产的需要。干涉雷达卫星包括：3-5 米、单波段、单极化干涉雷达卫星，以满足困难地区 15 万地形测图和基础地理信息生产的需要；0.5-1 米、多波段、多极化干涉雷达卫星，以满足困难地区 11 万地形测图和基础地理信息生产的需要。激光测高卫星利用激光脉冲来精确测定地面和海面高度, 完成对陆地地形和植被的采集，建立高精度的全球 DEM 模型, 并可测定局部地形的米级年度变化。将开展对激光卫星的轨道设计、控制激光脉冲计时器的时钟的稳定性、卫星方位以及激光器指向的精确确定方法等关键技术预研，发展我国激光测高卫星。重力卫星用于测定高精度的全

16、球重力场及其随时间的变化，以精确求定大地水准面，建立和维护高精度的高程基准及其框架，实现高程测量自动化。将研制开发低低卫星跟踪卫星模式的卫星重力测量系统，发展我国重力测量卫星。导航定位卫星用来测量地面运动或静止物体的三维坐标，国家已对导航定位卫星系统作了专门的规划。图 1-1 测绘卫星系列测绘卫星高分辨率立体测图卫星干涉雷达卫星 星2-5 米全色、6-10 米多光谱1-2 米全色、3-6 米多光谱0.5-1 米全色、1-3 米多光谱3-5 米、X 或 S 波段、单极化0.5-1 米、多波段、多极化激光测高卫星重力卫星导航定位卫星（已有规划）两颗高度低于 500 公里、相距约 200公里的同轨道卫星双波段激光脉冲，测距精度 2 厘米表 1-2 我国测绘卫星系列规划建议时间（年）时间（年）2005-10102011-20152016-2020高分辨率 （2-5m）资源三 号卫星2008 年立项2011 年发射 2015 年发射 宽覆盖的改进型长期稳定运 行超高分辨率 （1-2m）2010 年开始预研2013 年型号 立项20