高分七號:開啟衛星測繪新時代

來源:中國軍網綜合作者:趙威 武勇江 安普忠責任編輯:楊曉霖
2020-01-03 07:07

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高分七號:開啟衛星測繪新時代

■趙威 武勇江 解放軍報記者 安普忠

圖為高分七號衛星模擬圖。張曦 供

2019年12月10日,國家航天局發布高分七號衛星的首批22幅亞米級立體影像產品,包括北京市、安徽涇縣、廣東陽春市、山東菏澤市等多個地區境內的正射影像圖、立體核線影像、數字表面模型產品等。這些影像紋理清晰、層次分明、信息豐富、立體感強,體現了高分七號衛星特有的立體測繪性能。一經亮相,迅即驚艷全網,引起眾多網友點擊關注、轉發轉載。

機場里飛機的起落狀態、高速路上的實虛線、植被覆蓋下的鄉村小路……看到一幅幅來自太空的“高清照片”,許多網友感言:猶如觀看“3D大片”一般令人震撼!

今天,讓我們一起追尋我國高分七號衛星的建設與發展,感受這位“太空攝影師”的魅力!

“高分專項”,一改昔日遙感測繪格局

說起高分七號衛星,首先要歸功于我國早年啟動的“高分辨率對地觀測系統重大專項”(簡稱“高分專項”)。

回首過往,我國長期缺乏高性能、高分辨率的對地觀測衛星,與美國等西方國家相比有較大差距。1986年,我國建成了自己的遙感衛星地面站,陸續開始接收和處理美國LANDSAT-5衛星數據、歐空局ERS-1和日本JERS-1衛星合成孔徑雷達(SAR)數據,實現了全天時和全天候的對地觀測。但購買國外衛星數據獲取相應資料,難度大、時效性差、數量又極其有限,數據接收范圍不能完全覆蓋我國全境。這種局面,長期制約著我國陸地觀測衛星地面系統的發展和服務。

2007年,我國正式批準啟動了高分辨率對地觀測系統國家科技重大專項站網項目,由中國科學院遙感與數字地球研究所統籌我國民用陸地衛星地面接收系統建設,擴建和新建衛星數據接收站,填補局部地區民用衛星數據空白,著手解決這些地區長期缺乏遙感衛星數據的狀況。

地面站的建立,承擔起近地軌道空間科學衛星的跟蹤、接收、記錄和傳輸任務,將數據接收業務從對地觀測領域拓展至空間科學領域。從2015年開始,地面站相繼成功實現了我國空間科學衛星-暗物質粒子探測衛星、實踐十號返回式科學實驗衛星、量子科學實驗衛星、硬X射線調制望遠鏡衛星的數據接收。

近年來,我國遙感衛星技術躍上新的臺階。隨著高分一號、二號、四號衛星成功發射升空,實現了亞米級高空間分辨率與高時間分辨率的有機結合。2016年,高分三號衛星成功發射,衛星配置1部C頻段多極化合成孔徑雷達,相比光學觀測衛星,具有全天時、全天候成像優勢,其成像模式是目前世界上同類衛星中最多的。2018年,高分六號衛星成功發射,與高分一號組網運行。去年11月3日,高分七號衛星成功發射后,已獲取上萬條衛星影像數據。從初步測試結果來看,衛星能夠達到設計指標,平面精度、高程精度大大提高,能夠高效繪制地面1∶10000地形模型。

由高低不同軌道、從可見光到微波不同譜段觀測手段的高分專項衛星,初步構成了我國自主高分辨率對地觀測系統,形成了全天候、全天時、時空協調的對地觀測能力。按“數據型譜”建立了天基數據源,已基本形成涵蓋不同空間分辨率、不同覆蓋寬度、不同譜段、不同重訪周期的高分數據體系,與其他衛星遙感數據相配合,為高分遙感應用奠定了堅實基礎。

“七號”升空,瞄準地球拍出“3D大片”

高分七號衛星作為“高分專項”工程衛星之一,標志著我國低軌遙感衛星分辨率比“高分專項”實施前提高了3倍多,靜止軌道遙感衛星分辨率、低軌遙感衛星設計壽命也大大提升。高分七號衛星配置1臺雙線陣相機和1臺激光測高儀。其中,雙線陣相機可連續觀測地面重疊影像,用于獲得立體影像;激光測高儀可對地形條件復雜的地區進行測繪,進一步提高衛星的高程定位精度?!案叻謱m棥惫こ炭傇O計師童旭東介紹說,一段時期以來,我國遙感衛星數據主要依賴進口衛星,隨著“高分專項”天基系統的建設,我國進口衛星遙感數據已大多被“高分專項”數據所替代,遠超“高分專項”實施方案規定的目標。

“1∶10000比例尺數據幾何精度高、內容詳細,相比1∶50000比例尺能夠更準確地確定地物位置,識別更多細節。打個比方,以往我們只能精準確定高速公路和國道的位置,而現在則能精確定位鄉間小路在哪里?!敝袊臻g技術研究院高分七號衛星總設計師曹海翊說,高分七號衛星是我國首顆民用亞米級光學傳輸型立體測繪衛星,也是民用測圖精度最高的衛星,將首次實現1∶10000比例尺航天測圖。衛星不僅能獲取平面影像,還可形成立體影像,在激光測高數據的支持下,能夠滿足測繪、住建、統計、交通等用戶在基礎測繪、全球地理信息保障、城鄉建設監測評價、農業調查統計等方面對高精度立體測繪數據的迫切需求。

發快遞、叫外賣、網約車等,如今已成為人們生活中的“日?!?。大家都知道,這些現代人的生活方式離不開北斗、GPS之類的導航衛星,但很少有人知道,方便快捷的工作、生活方式還需要測繪衛星的支持。在人跡罕至的四川省甘孜藏族自治州塔公草原,如何給牧民精準測量出牧場面積,給牦牛一個穩定的生活環境,曾是困擾當地管理部門的一道難題。該州草原工作站副站長馬濤告訴記者,以前大量測繪人員跋山涉水、手提肩扛,甚至冒著生命危險才能完成的測繪任務,如今依靠四川省高分中心提供的衛星數據,便可在短短幾分鐘內輕松完成,而且數據精確可靠。

與遙感領域一些大名鼎鼎的高分辨率衛星相比,高分七號衛星的分辨率不僅有了長足進步,而且定位精度也有頗高聲譽。它不僅能夠拍出高清晰度的地表圖片,還能對圖片中每一個像素點的橫豎坐標位置“了然于心”。曹海翊告訴記者,一帶一路重點項目規劃、雄安新區建設、地質災害監測、林場牧場管理、河流湖泊生態環境治理……這些都需要大量高精度測繪數據作為決策依據。高分七號衛星能夠大幅提升這些測繪數據的精確度,真正讓航天技術進一步造福百姓生活。

中國空間技術研究院高分七號衛星總指揮王祥介紹說,衛星發射入軌后,可與兩顆在軌運行的資源三號衛星組建首個光學立體測繪衛星星座,“三星”組網運行可有效提高國土立體覆蓋能力,更快更好地完成國土測繪,開啟了中國自主大比例尺航天測繪新時代。

“高分家族”,寶貴信息應用未來可期

“高分,同時意味著高值?!弊鳛椤案叻旨易濉敝械闹匾蓡T,高分七號衛星投入使用后,不僅能為規劃、環保、稅務、國土、農業等部門提供寶貴信息,而且是民用導航領域核心競爭力所在。

童旭東介紹,“高分專項”實施前,僅有國土、林業、測繪等8個行業和北京等少數幾個區域開展遙感衛星應用,現在“高分專項”數據已在20個行業、31個區域得到廣泛應用。未來,高分七號衛星將與“高分家族”中的其他“六兄弟”一起,構成一個能夠覆蓋從全色、多光譜到高光譜,從光學到雷達,從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型,具有高空間分辨率、高時間分辨率和高光譜分辨率能力的對地觀測系統。

“高分專項”已成為我國國家航天局在衛星遙感領域進行雙邊、多邊合作的重要抓手,為開展“一帶一路”空間信息走廊、金磚五國星座計劃等論證工作奠定了堅實基礎。2019年11月6日,我國首次面向國際社會免費開放高分一號、高分六號兩顆衛星的16米全球數據,是繼美國陸地衛星(LANDSAT)、歐洲哨兵衛星數據全球開放共享之后,又一項引起全球轟動的遙感領域重大事件,國際社會和相關國際組織給予高度評價。這一重大舉措,為構建人類命運共同體、落實《聯合國2030年可持續發展議程》提供了中國智慧和中國方案,也使國際社會享受到了飛速發展的中國航天成果。

“高分專項”啟動實施9年多來,成為我國國家治理體系和治理能力現代化的重要信息技術支撐。未來,高分專項將進一步把握“天眼工程”“創新工程”“應用工程”“民生工程”的戰略定位,陸續建成先進的陸地、大氣、海洋對地觀測系統,為現代農業、防災減災、資源環境、公共安全等重要領域提供服務,為保障“一帶一路”“數字中國”、國家治理體系和治理能力現代化建設做出新的更大貢獻。

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