实现“一星多用”，保障地理信息安全——资源三号测绘卫星影像应用综述

● 文|国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心 唐新明 常晓涛 李国元

实现“一星多用”，保障地理信息安全
——资源三号测绘卫星影像应用综述

● 文|国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心 唐新明 常晓涛 李国元

高分辨率遥感卫星影像在国民经济各个行业的应用已经越来越广泛，资源三号卫星作为我国首颗民用高分辨率立体测图卫星，实现了我国卫星从难以测图到高精度立体测图的重大转变，有效保障了国家测绘地理信息安全，有力服务了国民经济发展对高精度遥感影像的需求。文章结合资源三号卫星发射以来在测绘行业国家重大工程项目、省级基础测绘、应急测绘保障服务的广泛应用以及相关地理信息产品产业化推广应用情况进行了综述介绍，分析了该卫星的成功发射产生的社会和经济价值，对该卫星在测绘行业尤其是国家重大工程中的应用进行了总结，对后续测绘卫星的发展进行了展望。

资源三号卫星 测绘应用 遥感应用 国家重大工程 应用综述

一、资源三号卫星简介

地理信息是国家的重要基础战略资源，广泛应用于经济建设、国防建设和社会发展的各个领域。测绘是获得基础地理信息的重要途径，是经济社会发展不可或缺的基础保障，以卫星导航定位、航空航天遥感、地理信息系统技术为核心的现代测绘技术是一个国家科技发展水平和综合国力的重要体现[1]。

资源三号卫星是中国自主研发的首颗民用高分辨率立体测图卫星，于2012年1月9日成功发射，实现了高精度测绘卫星“零的突破”。该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地形图部分要素的更新，开展国土资源调查与监测，并为农业、灾害、资源环境、公共安全等领域和部门提供服务[1-2]。

资源三号卫星搭载了4台高分辨率相机，其中正视全色影像地面像元分辨率优于2.1m，正视多光谱影像地面像元分辨率优于5.8m，前视、后视全色影像地面像元分辨率达3.5m。卫星回归周期为59天，重访周期为5天，设计工作寿命5年。该卫星主用户为国家测绘地理信息局，卫星地面应用系统由国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心负责建设和维护[1-2]。唐新明、赵春梅、李德仁、邱振戈[1,3-5]等对资源三号的定位精度、测图能力作了详细的分析，结果表明资源三号卫星无控平面精度优于10m，高程精度优于5m，稀少地面控制点条件下平面精度优于3m，高程精度优于2m，均优于原定设计指标，优于国外同类卫星的精度水平。

二、卫星数据接收和应用概况

资源三号卫星于2012年7月30日由研制单位中国航天科技集团公司正式交付主用户国家测绘地理信息局。国家国防科技工业局也于同日正式对外发布了《资源三号卫星数据管理规则》。规则指出，卫星数据将优先满足国家测绘地理信息局在测绘地理信息行业的应用需求，对相关公益性用途原则上免费。资源三号卫星影像分发服务网站地址为∶ http∶//sjfw.sasmac.cn/，由国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心负责维护运行。

截至2014年3月30日，资源三号卫星已在轨稳定运行了两年多，在12355圈运行过程中，共接收了3736轨数据，原始数据量达到575TB，数据覆盖了160多个国家和地区，全球有效覆盖范围5100万平方千米，中国有效覆盖范围920万平方千米，累计向500多家用户单位提供近10万景、总数据量达到65TB的影像[3]。用户单位遍布测绘、国土地质、农林水利、资源环境等领域，应用范围除国家1∶5万基础地理信息更新、地理国情监测、国家地理信息公共服务平台“天地图”、海岛礁等重大工程外，还包括长江、黄河、松辽流域水土流失监测，全国土地调查，农作物调查，高铁安全等。并为香港理工大学、武汉大学、中科院遥感与数字地球研究所等多家科研单位提供了大量实验数据，为相关科研人员开展深入研究提供了数据保障[6]。

资源三号卫星的成功发射和广泛应用，取得了显著的社会和经济效益。一方面打破了国外对我国高分辨率对地观测的技术封锁和数据垄断，实现了国产卫星从难以测图到立体测图的根本性转变，实现了我国航天测绘行业的跨越式发展，是建设创新型国家的又一大成就；另一方面打破了国外高分辨率卫星的价格垄断，迫使国外有关卫星数据分发商降低价格，国外同类分辨率卫星影像从每平方千米40元降至6元，显著降低了采购国外卫星数据的财政支出成本，初步估算已经为国家节省外汇数亿元。

三、测绘行业应用

两年多来，卫星测绘应用中心面向测绘和地理信息行业提供了资源三号卫星数据及测绘产品8万余景，总数据量超50TB，覆盖面积累计超过4500万平方千米，为全国1∶5万地图更新等重大工程项目以及省级基础测绘和测绘应急保障服务等提供了数据支撑。资源三号在测绘行业的广泛应用，有效地提高了我国高分辨率卫星数据的自给率，促进了测绘地理信息行业的发展与壮大，有力地保障了我国地理信息安全，全面推动了测绘行业的技术创新和进步[7]。

1. 服务于国家重大测绘工程项目

（1）全面支撑全国1∶5万基础地理信息数据库动态更新

《全国基础测绘“十二五”规划》明确指出在“十二五”期间完成1∶5万基础地理信息全面更新，按要素对1∶5万基础地理信息数据库实现快速更新，且每年提供一个更新版本。在资源三号卫星发射之前，1∶5万基础地理信息数据库更新缓慢，而且要花大价钱采购大量的国外高分辨率卫星影像数据，也存在国家地理信息安全隐患。“国家基础地理信息数据库动态更新”是“十二五”国家基础测绘重点项目，目前资源三号卫星影像已经成为1∶5万数据库动态更新生产的重要影像数据源。卫星测绘应用中心2012年为该项目累计分发数据共计5032景，2013年度累计分发12722景，共计覆盖国土面积850万平方千米的卫星影像数据，为实现全国每年一版最新的1∶5万正射影像成果图提供了有力支撑。

★ 基于资源三号卫星影像生成的数字正射影像图（DOM）、数字高程模型（DEM）、数字线划图（DLG）

（2）应用于国家地理信息公共服务平台“天地图”

“天地图”是国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务网站，是国家地理信息公共服务平台的公众版，旨在测绘成果更好地服务大众，为公众、企业提供权威、可信、统一的理信息服务。两年来，卫星测绘应用中心为“天地图”提供了面积超过900万平方千米的资源三号卫星影像，除我国外还包括哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、塔吉克斯坦、乌兹别克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、印度、尼泊尔、不丹、孟加拉国、日朝韩、东南亚、中东和欧洲部分地区等三十多个国家和地区。资源三号卫星在“天地图”的业务化应用，标志着我国自主知识产权国家地理信息公共服务平台拥有了自主高分辨率卫星影像，对于我国把握航天遥感影像获取自主权，维护国家安全，促进地理信息产业发展具有重大意义。

★ 资源三号卫星为“天地图”提供的北京地区影像

（3）迅速用于全国地理国情普查

2013 年3月，国务院印发《关于开展第一次全国地理国情普查的通知》，决定于2013年至2015年开展第一次全国地理国情普查工作。然而在通知下发前，国家测绘地理信息局已经于2012年开始了数个省份的普查试点工作。卫星测绘应用中心为满足各省（市、区）国情普查和试点工作数据需求，先后提供了1.6万余景，覆盖面积350万平方千米的资源三号卫星影像数据，为西部困难地区地理国情普查工作提供了数据支撑，全面保障了地理国情普查工作的顺利开展。国家基础地理信息中心利用80景立体数据开展全国五个试点区的地理国情普查试验工作，试验区面积达十余万平方千米。

（4）服务于海岛礁和极地测绘

开发海洋资源将是实现中国经济可持续发展战略的重要基础，随着国家蓝色经济战略的逐步实施，国家组织实施了海岛礁测绘工程，为中国的海洋发展提供地理空间信息。而我国海岸线漫长、海洋疆土辽阔，各类岛礁分布零散，高分辨率卫星影像此时可发挥重大作用。卫星测绘应用中心面向国家“927工程”已累计提供包括黄岩岛在内的534景约45万平方千米的自主高分辨率影像数据服务，有力地保障了测图工程的顺利开展和国家领海主权的宣示。

★ 资源三号卫星拍摄的黄岩岛

同济大学空间信息科学及可持续发展应用中心、黑龙江省测绘地理信息局等单位利用资源三号卫星影像开展“近百年极地冰层和全球及典型区域海平面变化机理精密定量研究”、南极查尔斯王子山立体测图等工作。通过多个不同时期的资源三号遥感影像分析冰流/冰川的分布和运动以及冰盖接地线、边缘线等重要冰盖特征线的变化，研究极地冰层变化及其对全球及区域海平面的影响。

（5）制作西部困难地区1∶2.5万数字表面模型

为解决地理国情普查西部DOM生产中面临的影像控制资料缺乏、DEM精度不匹配等问题，国家测绘地理信息局组织几大直属局采用1.3万余景的资源三号卫星数据开展我国西部测图困难区域1∶2.5万比例尺的DOM和数字表面模型（DSM）产品生产。任务区域范围总面积约为350万平方千米，范围为北纬26°50′—49°10′、东经73°30′—104°30′的区域，主要分布在青藏高原、塔里木盆地和横断山脉等地区，涉及四川、云南、西藏、甘肃、青海、新疆等六省区，整体提高了西部地区正射影像数据的精度和现势性，为西部地区的快速发展提供了最新的地理信息服务保障。

2．省级基础测绘应用

为积极推进资源三号卫星在省级基础测绘中的应用，目前已经向上海、北京、安徽、河南、山西、内蒙古、贵州、江苏、河北、湖北、浙江、福建、陕西、黑龙江、四川、海南等30个省级测绘行政主管部门提供了所在地区的影像数据服务，支撑了相关省份省级地理国情监测、“天地图”省级节点建设、省级基础测绘等工作的开展，并与各省局合作联合推动了资源三号卫星在省级其他相关部门的综合应用，面向地方土地利用、资源调查、环境保护、水利建设等部门提供深加工产品，均取得了很好的评价。

江苏省测绘地理信息局利用资源三号卫星影像全色影像数据和多光谱影像数据，开展了覆盖江苏全境约10.26万平方千米范围的1∶5万DOM产品制作，并在此基础上进一步拓展资源三号卫星应用领域，先后进行了资源三号卫星影像数据在江苏省矿产资源遥感监测、生态环境遥感监测以及水资源遥感监测等方面的研究，有力推进了国产测图卫星在江苏省的综合应用，实现了国产测图卫星对国外同类卫星的全面替代，经济效益和社会效益显著。

3．在应急测绘保障中的应用

★ 太湖流域资源三号卫星影像土地覆盖分类图

资源三号卫星积极响应测绘应急保障工作，在云南火灾、芦山县地震、黑龙江省水灾、黄岩岛事件等自然灾害防灾减灾及国际突发事件的响应工作中发挥了重要作用。

2012年3月，在云南省境内发生山林火灾时，迅速启动应急响应，积极组织编排卫星成像计划，通过调整资源三号卫星姿态对受灾区域进行了加急拍摄成像。在接收到卫星拍摄的相应影像数据后，通过正射纠正、配准、融合、影像判读解译等工作，从资源三号卫星影像量算出火灾过火面积约为12.741km2，并以最快的时间向云南省测绘局提供了晋宁县境内两处火灾区域的正视多光谱融合影像和有关解译信息用以制作出《云南省晋宁县3·28火灾灾后遥感影像图》，为灾情评估和救灾指导工作提供了有效的应急保障。

2013年4月20日，雅安芦山地震发生后，第一时间向国家测绘地理信息局以及相关单位提供灾前数据，为灾害应急提供了非常重要的历史资料；并及时制定灾后数据的获取计划，安排资源三号卫星尽快获取灾区数据。及时在影像上标注震源位置和道路、村镇等地理信息，为应急救灾提供了高效的测绘保障。

★ 云南山林火灾资源三号卫星影像

★ 雅安地震灾区资源三号卫星影像

四、其他领域应用

资源三号卫星作为我国首颗民用高分辨率立体测图卫星，除在测绘行业发挥巨大作用外，国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心还积极利用建设完成的国内首个覆盖全国的高精度控制点影像数据库[7]，将资源三号卫星影像加工生产相应的测绘地理信息产品，提供给国土监测、矿产资源调查、农林水利、科研教学等领域相关部门应用，产生了很大效益，既发挥了测绘部门的行业优势，又实现了“一星多用”，与其他类对地观测卫星一起为我国国民经济发展作出了巨大贡献。

在资源三号卫星发射成功以来，已连续两年服务全国土地利用变更调查项目共计约340万平方千米的数据采集。土地勘察部门利用资源三号卫星在我国东北、西北等地176万平方千米的全色和多光谱影像数据，开展土地变更调查、遥感监测、数据核查、卫片执法等工作，显著降低了国外影像采购力度，有效地维护了敏感区域的地理信息安全。

★ 麻嘎藏布地质调查底图生产

卫星测绘应用中心为国土调查等多家单位提供几十万平方千米的资源三号高精度测绘卫星影像产品，为开展重点工作区矿产资源开发利用状况、矿山地质环境和矿产资源规划执行情况遥感调查与监测工作，为矿政管理部门制定矿产资源规划、整顿矿产资源开发秩序、治理矿山地质环境等提供技术支撑和决策依据。

长江、黄河、松辽、海河等流域的水利部门采用卫星测绘应用中心加工生产的约50万平方千米的资源三号卫星测绘产品，开展水利工程监测、灌溉面积调查、水利基础空间库建设与更新、灾情评估本底库建设、2013年流域水土流失动态监测等业务应用，有效提升了遥感影像在水利部门的应用效率。

★ 长江流域国家级水土流失重点治理资源三号卫星影像图

农、林业部门应用资源三号卫星影像测绘地理信息产品开展2013年耕地资源遥感监测、农田细小地物监测（道路、农业附属用地、林带、建设用地监测）、森林调查等。例如北京林业大学测绘与3S研究中心结合旺业甸林场森林资源二类调查数据成果，并通过外业调查，建立旺业甸林场主要森林类型的解译标志，对林场的森林资源进行遥感解译及小班信息更新，采用前后视立体影像制作三维立体图，开展森林蓄积量的遥感反演方面的应用研究。

★ 资源三号卫星多光谱归一化差异植被指数（NDVI）和波段1、3组合突出植被效果图（旺业甸林场）

★ 资源三号卫星DEM 叠加多光谱影像立体透视图（旺业甸林场）

卫星测绘应用中心还为中国科学院遥感与数字地球研究所、中科院地理科学与资源研究所、同济大学、武汉大学、西南交通大学等单位的研究人员免费提供了资源三号卫星影像，支持相关人员在南极冰盖变化、土地利用、高铁安全等领域开展科研试验，有效促进了国产卫星在相关行业的深入应用。中科院地理科学与资源研究所在承担的中国2013年土地利用/覆盖变化（LUCC）监测工作中，利用资源三号卫星影像产品进行环境卫星和Landsat-8遥感影像几何定标，开展建立解译标志、遥感解译背景应用等相关研究工作。孙喜亮等通过分析资源三号卫星的高程精度，认为该卫星能满足1∶20 万区域重力测量中区地形改正的精度要求，为解决我国常规区域重力测量的地形改正提供了一条有效的途径[8]。李芬以安徽、山东、河南的部分区域为研究区，以资源三号卫星为数据源，对土地利用遥感监测技术方法及应用评价进行研究，为广泛应用资源三号卫星数据积累经验和技术方法[9]。余婧峰利用资源三号卫星影像开展高铁安全控制区内的建设用地监测，为保障我国高铁安全提供支撑[10]。

五、总结与展望

资源三号卫星作为中国自主发射的国产测绘卫星，在空间分辨率、几何定位精度、影像辐射质量等方面与国外同类商用卫星相比有较大优势，既实现了高精度测绘卫星“零的突破”，也实现了中国高分辨率卫星在几何精度方面跨越式发展。通过在测绘行业、国土资源调查、农林水利、应急测绘等方面的广泛应用，资源三号卫星已经在国内、国际舞台上崭露头角，并将成为高分辨率卫星业务化应用的典范。在资源三号卫星之后，中国计划用10～15年时间建立测绘遥感卫星体系。目前3颗资源三号卫星后续测绘卫星已纳入国家相关规划，2014年力争发射资源三号02星，实现两颗资源三号测绘卫星组网运行。而后续的更高分辨率的光学测绘卫星、雷达卫星、激光测高卫星、重力卫星等系列测绘卫星也正在开展深入的论证与立项，中国的“测绘卫星”家族将越来越兴旺，卫星测绘事业也将发展得越来越快，也必将为社会经济的可持续发展和“中国梦”的最终实现作出更大的贡献。

[1]唐新明，张过，祝小勇，等﹒资源三号测绘卫星三线阵成像几何模型构建与精度初步验证[J]﹒测绘学报，2012（6）﹒

[2]孙承志，唐新明﹒我国第一颗民用立体测绘卫星——资源三号及其应用[J]﹒中国航天，2009（9）﹒

[3]李德仁﹒我国第一颗民用三线阵立体测图卫星——资源三号测绘卫星[J]﹒测绘学报，2012（6）﹒

[4]赵春梅，唐新明﹒基于星载GPS的资源三号卫星精密定轨[J]﹒宇航学报，2013（9）﹒

[5]邱振戈﹒资源三号测绘卫星测图能力评价[C] ﹒//第十届全国光电技术学术交流会论文集，2012﹒

[6]李国元﹒资源三号卫星为天地图提供超百景影像[J] ﹒中国测绘报，2012（21）﹒

[7]喻贵银，李国元﹒我国建成国家级高精度控制点数据库[J]﹒中国测绘报，2014（19）﹒

[8]孙喜亮，刘召芹，刘斌，等﹒资源三号数据在重力中区地形改正中的应用[J]﹒物探与化探，2013（10）﹒

[9]李芬﹒资源三号卫星数据在土地利用遥感监测中的应用研究[D]﹒长春：吉林大学，2013﹒

[10]余婧峰﹒基于资源三号卫星影像的高铁安全控制区建筑用地信息提取研究[D]﹒成都：西南交通大学，2013﹒