文 | 曹海翊 戴君 徐馳 劉付強(qiáng)中國空間技術(shù)研究院遙感衛(wèi)星總體部

一、資源三號衛(wèi)星任務(wù)概況

資源三號衛(wèi)星是“十一五”期間我國民用航天重點(diǎn)科研項(xiàng)目，是在當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對我國獨(dú)立自主獲取衛(wèi)星立體影像的迫切需求，以及我國測繪手段從以航空為主轉(zhuǎn)向航空和航天相互補(bǔ)充的大背景下推動建設(shè)的國內(nèi)首個民用立體測繪衛(wèi)星工程。

資源三號衛(wèi)星對我國測繪事業(yè)的發(fā)展具有革命性意義，是我國測繪事業(yè)發(fā)展史上一座新的里程碑[1]。資源三號衛(wèi)星建設(shè)的主要目標(biāo)是長期、連續(xù)、穩(wěn)定、快速地獲取覆蓋全球的高分辨率全色立體影像和多光譜影像，實(shí)現(xiàn)1 : 5萬比例尺基礎(chǔ)地理信息產(chǎn)品生產(chǎn)以及1 : 2.5萬和更大比例尺地圖的修測和更新，開展國土資源調(diào)查和監(jiān)測，為防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、城市規(guī)劃與建設(shè)、交通、國家重大工程等領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù)和保障[2]。

2012年1月9日，資源三號衛(wèi)星由長征四號乙運(yùn)載火箭從太原衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，1月11日順利傳回第一景高精度立體影像及高分辨率多光譜圖像，開啟了我國民用航天測繪的序幕。2015年11月17日國家批準(zhǔn)資源三號02星工程立項(xiàng)，是《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》批復(fù)后發(fā)射的首顆業(yè)務(wù)星。02星于2016年5月30日發(fā)射升空，與資源三號01星組網(wǎng)運(yùn)行，形成有效互補(bǔ)。2020年7月25日，資源三號03星成功發(fā)射，與資源三號01、02星組網(wǎng)運(yùn)行，共同組成了我國立體測繪衛(wèi)星星座，大幅提高了我國1 : 5萬比例尺國土測繪效率。目前資源三號03星正在進(jìn)行在軌測試工作，進(jìn)展順利。

二、資源三號衛(wèi)星主要性能

資源三號衛(wèi)星發(fā)射升空，標(biāo)志著光學(xué)遙感衛(wèi)星由第一代返回膠片式、第二代數(shù)字傳輸式、第三代中高分辨式發(fā)展到第四代高精度測繪式，實(shí)現(xiàn)了從短期觀測、連續(xù)觀測、中高分辨率觀測到高精度幾何定量化的技術(shù)跨越。

資源三號01星首次實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)衛(wèi)星地面定位精度達(dá)到國際先進(jìn)水平，無控制地面定位精度由幾百米跨入到十米量級，實(shí)現(xiàn)了“質(zhì)”的飛躍，全面滿足1 : 5萬比例尺立體測圖指標(biāo)要求，甚至達(dá)到1 : 2.5萬比例尺測圖要求。國際上首次實(shí)現(xiàn)X頻段2×450Mbps數(shù)據(jù)傳輸能力，X頻段數(shù)據(jù)傳輸能力達(dá)到國際領(lǐng)先水平。國內(nèi)首次將圖像量化位數(shù)由8bit提高到10bit，大幅提高圖像質(zhì)量。衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定和軌道確定精度得到大幅度的提高，解決了衛(wèi)星外方位元素高精度測量與穩(wěn)定性控制難題。資源三號衛(wèi)星填補(bǔ)了國內(nèi)民用高分辨率立體測圖領(lǐng)域空白，建立了新一代高精度遙感衛(wèi)星技術(shù)平臺，開創(chuàng)了測繪衛(wèi)星系列化發(fā)展的新局面。

資源三號02星繼承了01星的技術(shù)狀態(tài)并進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，將前視、后視相機(jī)的分辨率由3.5m提高到2.5m，同時搭載了國內(nèi)首臺對地觀測的試驗(yàn)性激光測高載荷，主要用于測試國產(chǎn)激光測高儀在低軌遙感衛(wèi)星平臺的功能和性能，探索利用地表高精度的高程控制點(diǎn)輔助提高光學(xué)遙感衛(wèi)星影像無地面控制立體測圖精度的可能性[3]。

資源三號03星相對于02星主要變化為衛(wèi)星壽命由5年提升至8年，相應(yīng)的載荷產(chǎn)品開展嚴(yán)格的適應(yīng)性分析，確保繼承產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足壽命要求，同時服務(wù)產(chǎn)品全面更換為基于8年壽命的長壽命產(chǎn)品。隨著資源三號02星搭載激光測高儀的在軌優(yōu)異表現(xiàn)，03星的任務(wù)明確了激光測高儀作為一個新的測量任務(wù)，且要求滿足8年壽命。結(jié)合資源三號02星激光測高儀在軌使用經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)了結(jié)構(gòu)剛度以保證在軌激光指向穩(wěn)定性和收發(fā)光軸匹配特性，同時針對8年壽命要求，對激光器等重點(diǎn)部件進(jìn)行專項(xiàng)改進(jìn)。

三、資源三號衛(wèi)星在各行業(yè)的應(yīng)用

資源三號衛(wèi)星自發(fā)射以來，一直在軌安全穩(wěn)定運(yùn)行，影像獲取持續(xù)高效，為測繪與地理國情監(jiān)測、全國數(shù)字正射影像和數(shù)字表面模型一版圖等國家重大測繪工程，以及長江經(jīng)濟(jì)帶自然資源調(diào)查與監(jiān)測、雄安新區(qū)自然資源調(diào)查與監(jiān)測等各行業(yè)用戶提供了現(xiàn)勢性強(qiáng)的自主衛(wèi)星測繪地理信息服務(wù)保障，也在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、國土、城市建設(shè)等領(lǐng)域，為國家安全提供了重要保障，產(chǎn)生了顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.測繪與地理國情監(jiān)測

在2013年至2015年開展的第一次全國地理國情普查工作中，資源三號衛(wèi)星為西部困難區(qū)地理國情普查工作提供了數(shù)據(jù)支撐，全面保障了地理國情普查工作的順利開展，衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地表覆蓋國情要素的采集、調(diào)查、核實(shí)、分析工作中發(fā)揮了重要作用。

為了提升我國西部測圖困難地區(qū)的數(shù)字地形產(chǎn)品精度和質(zhì)量，采用資源三號衛(wèi)星三線陣立體影像快速生產(chǎn)該區(qū)域（包括西藏自治區(qū)、新疆維吾爾族自治區(qū)全境，以及青海省大部）約320萬平方千米滿足1:2.5萬比例尺精度的15m格網(wǎng)尺寸數(shù)字表面模型產(chǎn)品。

2.全國數(shù)字正射影像和數(shù)字表面模型一版圖產(chǎn)品生產(chǎn)

資源三號衛(wèi)星全國數(shù)字正射影像一版圖產(chǎn)品是基于資源三號正視全色和多光譜影像生產(chǎn)的全國無縫覆蓋的真彩色正射衛(wèi)星影像，可用作各行業(yè)深層次應(yīng)用的地理空間底圖，滿足各行業(yè)GIS用戶的數(shù)據(jù)需求。作為當(dāng)前分辨率最高的全國級別覆蓋的真彩色正射衛(wèi)星影像庫，該產(chǎn)品具備現(xiàn)勢性強(qiáng)、分辨率高等特點(diǎn)。

資源三號衛(wèi)星數(shù)字表面模型庫是以資源三號02星為主，資源三號01星為補(bǔ)充的2.5m空間分辨率立體像對為數(shù)據(jù)源生產(chǎn)的10m格網(wǎng)數(shù)字表面模型產(chǎn)品，是國內(nèi)分辨率最高、覆蓋最全、時相最新的地表模型產(chǎn)品。

3.長江經(jīng)濟(jì)帶自然資源調(diào)查與監(jiān)測

基于最新時相的資源三號等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，制作了長江經(jīng)濟(jì)帶沿線11個省市衛(wèi)星遙感影像圖（圖1），直觀展現(xiàn)了長江經(jīng)濟(jì)帶沿線山水林田湖草等自然資源因子的空間分布，為開展長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃、建設(shè)提供了重要的自然資源要素支撐。

圖1 長江經(jīng)濟(jì)帶11省市衛(wèi)星遙感影像圖

4.雄安新區(qū)自然資源調(diào)查與監(jiān)測

為了準(zhǔn)確掌握雄安新區(qū)各類土地資源要素變化時序，查明該地區(qū)耕林地、地表水等分布情況，基于多期資源三號影像數(shù)據(jù)開展了多方位的遙感監(jiān)測工作，圖2是雄安新區(qū)智慧管控拆遷進(jìn)度遙感監(jiān)測分析圖，為政府宏觀決策、戰(zhàn)略規(guī)劃制定提供必要支撐。

圖2 雄安新區(qū)智慧管控拆遷進(jìn)度遙感監(jiān)測分析圖

5.服務(wù)“一帶一路”等國家倡議

資源三號衛(wèi)星測繪圖像質(zhì)量達(dá)到了國際先進(jìn)水平，成為第一個進(jìn)入國際對地遙感衛(wèi)星圖像市場的國產(chǎn)衛(wèi)星。為了促進(jìn)區(qū)域及全球多邊合作，先后向聯(lián)合國全球地理信息管理專家委員會提供老撾、日本、韓國、蒙古等國家的資源三號衛(wèi)星影像，積極參與金磚國家地理空間技術(shù)工作組、地球觀測組織、聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展司等相關(guān)事務(wù)，積極推進(jìn)“一帶一路”國家構(gòu)建更為緊密的全球命運(yùn)共同體。

四、結(jié)語

資源三號衛(wèi)星工程的建設(shè)，極大地增強(qiáng)了我國獨(dú)立獲取地理空間信息的能力，提升了我國測繪服務(wù)保障水平，提高了國土資源調(diào)查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)保障能力，加快了空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動了地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

資源三號衛(wèi)星項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)“從無到優(yōu)”的跨越，國產(chǎn)數(shù)據(jù)質(zhì)量和定位精度發(fā)生了根本性變革，1:5萬比例尺測圖由依賴國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)到使用國產(chǎn)數(shù)據(jù)替代，突破了困擾我國高分辨率遙感數(shù)據(jù)長期依賴進(jìn)口的瓶頸，首次實(shí)現(xiàn)了科研衛(wèi)星由示范運(yùn)行到業(yè)務(wù)化運(yùn)行的轉(zhuǎn)變。

資源三號衛(wèi)星全面保障著各級基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)任務(wù)和重大測繪工程建設(shè)，為我國提供了現(xiàn)勢性強(qiáng)、精度高的地理信息數(shù)據(jù)，在資源管理、國防建設(shè)、公共安全等人類經(jīng)濟(jì)社會活動的各個方面發(fā)揮著重要作用。

在“十四五”期間，我國將發(fā)射資源三號04星，實(shí)現(xiàn)多顆1:5萬比例尺立體測繪衛(wèi)星連續(xù)在軌運(yùn)行，同時與高分七號高精度立體測繪衛(wèi)星構(gòu)成空間立體監(jiān)測星座系統(tǒng)，對國土測繪、資源調(diào)查與監(jiān)測形成持續(xù)、穩(wěn)定的業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)獲取能力。