高分卫星在测绘中的应用展望

田瑜基

高分卫星在测绘中的应用展望

田瑜基

（厦门精图信息技术有限公司，福建 厦门 361008）

测绘是建设地理空间信息数字框架的基础，各国都将地理空间基础数据建设作为重中之重。欧美多国在20世纪就已经掌握测绘卫星研制技术，中国也已经建立了对地观测体系。高分辨率影像获取技术正在逐步取代测绘中很多应用，中国测绘卫星的研制能力和应用水平尚需不断提高，以满足国家对基础地理信息的需求。

测绘；遥感技术；国土资源；影像获取

1 引言

测绘即对地理要素或人工设施进行空间位置和形状尺寸的测定、表述及其数据的处理。测绘是建设地理空间信息数字框架的基础，人类活动中涉及到全局性或战略性的事件，大部分都与地理空间信息相关[1]。因为地理空间信息是围绕方位的基础信息，涉及到国家安全和经济发展的各个领域，所以各国都将地理空间基础数据建设作为重中之重。

现在测绘方法是以计算机和通讯网络为基础，以遥感技术和定位技术为核心的新型技术体系。卫星测绘已经成为现代地理空间数据获取的重要手段，卫星测绘可实时采集地理信息，获取高分辨率影像。高分卫星作为遥感卫星的代表，是推动空间地理信息化的主要力量，正在对中国测绘产业的发展产生深远影响。

2 国内外现状

欧美多国在20世纪就已经掌握测绘卫星研制技术，目前亚洲的日本、印度、泰国也都拥有本国测绘卫星，并且印度的测绘卫星为分辨率2.5 m的高分辨测绘卫星。高影像分辨率和高空间分辨率传感器不断应用到测绘卫星上，目前世界上最高分辨的测绘卫星GeoEye系列卫星由美国研制[2]。除了光学测绘卫星外，其他新型的测绘卫星也在不断涌现，比如激光测绘卫星、重力卫星、干涉雷达卫星等。

目前，中国也已经建立了对地观测体系，包含资源、海洋、气象等多种卫星，在国土资源和防灾减灾等领域发挥着重要作用。中国自主研发的高分辨率测绘卫星资源三号，配备了分辨率2.5 m的全色相机，在国土资源信息详查和自然资源调查等领域发挥了巨大作用。中国仍属于发展中国家，测绘卫星的星系运作能力与国际先进技术仍存在一定差距，测绘部门对地理信息有着迫切需求，必须大力发展自主测绘卫星的研制。

3 高分辨率技术优势

测绘技术正在多样化，无论是全球卫星定位测绘技术，还是数字遥感影像技术，高分辨率影像获取技术正在逐步取代测绘中的很多应用。中国早期的遥感影像技术存在很多不足，在测量几何图形和测量范围的能力有限，高分辨率技术的发展弥补了这些不足。高分辨率技术的精准性在测绘领域的前景可观，高分辨率影像可以充分展示地表物体的细节特征，便于识别和提取。高分辨率影像有很强的高程信息功能，可以提取出更高精度的高程信息[3-4]。目前，卫星影像的地表分辨率正在快速提高，由前些年的10 m、5 m，已经提高到近几年的2 m、1 m、0.6 m等。

高分辨率技术的优势在于地物纹理信息丰富，纹理信息是指物体表面的规律性结构组织或排列属性，这种结构组织具有不断重复和非随机排列的特点，在纹理区域内均匀统一。地物纹理信息描述了影像中目标监测物的表面性质，能够体现全局特征性质信息。

高分辨率技术的优势还在于成像光谱波段多，成像光谱是相机在获取地表目标影像的同时，同时能够获取反映目标的连续和光滑的光谱曲线。光谱成像是利用物质对不同波段电磁波的吸收或辐射特性，在普通的平面成像基础上，增加一组光谱信息。因为地表目标物体的成分不同，所以，对应的光谱也有区别。

高分辨率技术的优势还在于重访时间短，高分辨率卫星可以实现侧摆拍摄，能够更快回访同一地表目标所在区域。卫星在运行在各自的轨道中，重访拍摄是为了监测地表目标物体在短时间内的变化。高分辨率卫星的侧摆拍摄优势使得其重访时间较短，对于短时间内的目标物体变化情况监测效果较好。假如采用普通卫星进行重访，通常需要调用其他多颗卫星进行配合，并且由于天气变化因素，24 h内的重访很难实现。

4 高分卫星的测绘应用

经过了10多年的快速发展，中国已经形成了国产高分辨率观测体系，包括高分一号、高分二号、高分三号雷达卫星、高分四号静止轨道卫星、高分五号高光谱卫星、高分六号、高分七号、环境系列卫星、天绘卫星、实践九号、资源系列卫星、高景一号卫星等[5]。测绘卫星的类型如图1所示。

图1 测绘卫星的类型图

太原发射中心在2019-11用长征四号运载火箭将高分七号卫星发射入轨，高分七号卫星自按照规划开展服务后运行平稳，高分影像获取能力优秀，载荷工作运转良好。高分七号卫星是一颗高分辨率国土测绘卫星，是高分专项工程中的重要卫星之一，是中国首颗民用亚米级的高分辨率测绘卫星。以往高分卫星的最大比例尺为1∶50 000，高分七号卫星立体测绘比例尺达1∶10 000，较前者的测绘能力有显著提高，高分七号卫星的载荷指标参数如表1所示。

表1 高分七号卫星载荷指标参数

项目技术指标名称参数 双线阵相机前视相机倾角+26° 后视相机倾角﹣5° 星下点地面像元分辨率全色≤0.8 m 多光谱≤3.2 m 幅宽≥20 km 谱段全色0.45～0.9 μm 多光谱0.45～0.52 μm 多光谱0.52～0.59 μm 多光谱0.63～0.69 μm 多光谱0.77～0.89 μm 静态MTF≥0.18 信噪比≥48 dB（太阳高度角70°，地物反射率0.65） ≥23 dB（太阳高度角20°，地物反射率0.05） 影像量化位数11 bits 实验室辐射定标不确定度绝对定标≤7% 相对定标≤3% 激光测高仪激光波束2个 激光工作波长1.064 μm 激光地面足印≤60 μrad 激光重复频率≥3 Hz 距离测量精度≤0.3 m

高分七号卫星配备了双线阵相机和激光测高仪器，双线阵相机用来获取地表监测目标的重叠影像，用于制作立体影像；激光测高仪器配备有波长1 064 nm的激光光束，适合用于地形复杂的地表测绘，目前高程定位精度尚需进一步提高。高分七号卫星与之前的测绘卫星相比，其先进点在于地表建筑物或山脉，在测绘地图上不再是多个方格，而是立体的真实模型。

2012年中国第一颗民用高分辨率测绘卫星资源三号升空，资源三号上配备了四台不同功能的相机，用于获取三线阵立体影像，包括一台分辨率2 m的全色相机，两台分辨率3.5 m的全色相机和一台分辨率5.8 m的多光谱相机。虽然资源三号已经具备覆盖全国的高分影像数据获取能力，但是其主要用于进行重点区域的地表数据获取。高分七号卫星载荷配备相当于是资源三号卫星的升级，资源三号卫星已经能够绘制1∶50 000比例尺地图，而高分七号卫星可以绘制1∶10 000比例尺地图。

5 结论

目前，中国正处于高分卫星测绘事业发展的关键阶段，机遇和挑战都是前所未有。测绘是高分卫星应用的重要领域，信息化测绘体系正在积极建设，同时数字中国地理空间框架也在迅速开展。当前中国是航天大国而非航天强国的国情仍未改变，测绘卫星的研制能力和应用水平尚需不断提高，以满足国家对基础地理信息的需求。测绘局专门成立了卫星测绘应用中心，航天测绘行业正在积极深入的进行高分卫星测绘技术的攻关，为国土资源和国民经济发展提供准确可靠的测绘数据和服务。

［1］孙承志，唐新明，翟亮.中国测绘卫星的发展思路和应用展望［J］.测绘科学，2009，34（2）：5-7.

［2］唐新明，丛楠.中国测绘卫星现状与发展思考［J］.地理信息世界，2011，9（2）：40-44.

［3］司传波，齐睿，王豪.高分辨率遥感影像技术在测绘中的应用［J］.黑龙江科技信息，2016（30）：167.

［4］唐新明，高小明.中国测绘卫星和卫星测绘“十二五”发展战略研究［J］.测绘通报，2012（10）：1-4.

［5］胡芬，高小明.面向测绘应用的遥感小卫星发展趋势分析［J］.测绘科学，2019，44（1）：132-138.

V448.2

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.070

2095－6835（2020）22－0160－02

田瑜基（1986—），女，福建厦门人，硕士研究生，2013-07-01毕业于上海海洋大学农业信息化专业，中级测绘工程师，主要从事测绘、GIS和信息化技术研究工作。

〔编辑：张思楠〕