一、引言

　　測繪獲取的是與地表有關的地理空間信息，是“數(shù)字中國”地理空間框架的基本內容和國民經濟、社會信息化建設的重要基礎。目前，在我國的測繪事業(yè)與科技發(fā)展中，基礎地理信息資源短缺、信息數(shù)據(jù)獲取能力不足，已成為制約發(fā)展的嚴重的“瓶頸”問題。測繪衛(wèi)星由于其全球、全天候、實時動態(tài)觀測等優(yōu)點，越來越成為主要的對地觀測手段，成為測繪數(shù)據(jù)獲取的重要信息源。

　　現(xiàn)代測繪已經十分依賴于衛(wèi)星測繪技術，目前高分辨率衛(wèi)星遙感資料主用于測繪和地理信息產業(yè)；衛(wèi)星定位系統(tǒng)成為測繪定位的全新手段；國家高程基準的建立愈來愈依賴于衛(wèi)星重力測量資料；我國海平面和高程基準建立、海面地形測繪均需要海洋測高衛(wèi)星的數(shù)據(jù)；干涉雷達衛(wèi)星不僅可以用于數(shù)字高程模型的建立，更由于其可滿足惡劣天氣條件下的數(shù)據(jù)獲取，已在測繪諸多領域中發(fā)揮特殊的作用。

　　二、國內外衛(wèi)星測繪發(fā)展應用現(xiàn)狀

　　(一) 國外衛(wèi)星測繪應用現(xiàn)狀

　　國外測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用已相當廣泛，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)已成為1：50萬至1：5萬地形圖修測的主要地理空間信息源。隨著對地觀測技術的重大進步和一些龐大計劃（如美國NASA的EOS計劃）的實施，資源遙感已進入新的發(fā)展時期，衛(wèi)星測繪對測繪制圖技術取得了重大進展。表1為國外較具代表性的遙感衛(wèi)星。

　　法國SPOT-5衛(wèi)星在保持60km的攝影帶寬的同時，將影像的分辨率提高到5m，并利用“超級模式”（Supemode）的技術方法，在黑白相片上達到2.5m的分辨率。新搭載的高分辨率立體成像儀（HRS），能夠制作10m高分辨率立體照片。

　　美國第一顆高分辨率商業(yè)小衛(wèi)星-IKONOS-2以米級分辨率實現(xiàn)對地面同一地段重復攝影觀測的周期為2.9晝夜，經過圖像正交變換，使用地面基準點的校正精度可達到2米，用于編制1:24000比例尺的地圖。另一顆高分辨率商業(yè)衛(wèi)星QuickBird-2影像的地面分辨率達0.61m，平面和高程精度為5米。GeoEye公司于2008年發(fā)射當前最高分辨率的商業(yè)遙感衛(wèi)星GeoEye-1，具有0.41m分辨率。

　　日本ALOS衛(wèi)星系統(tǒng)攜帶三套有效載荷，分別為全色遙感立體儀器（PRISM）、先進可見光近紅外2型輻射計（AVNIP-2）和L波段合成孔徑雷達（PALSAR）。3個光學系統(tǒng)能獲取空間分辨率為2.5m的光學影像，其正視相機地面幅寬70km，前后視相機地面幅寬35km。

　　印度航天測繪發(fā)展迅速，其首顆測繪衛(wèi)星CARTOSAT-I于2005年發(fā)射，可提供2.5m分辨率的本國和海外地區(qū)立體影像，地形高程的確定精度為5m。

　　在干涉測量方面，美國的航天飛機測圖任務（SRTM）用了11天時間，對北緯60°和南緯56°之間的區(qū)域進行了雙天線InSAR成像，取得了全球超過80％的陸地區(qū)域的DEM。目前NASA開放的SRTM所獲取的DEM，北美地區(qū)水平分辨率為30米（1〞），歐亞地區(qū)水平分辨率為90米（3〞）（如表）

　　高程精度約為10m，在地形起伏較大的地區(qū)，精度相應的更低一些。歐空局于2002年3月發(fā)射的Envisat替代了之前的ERS-1/2，所搭載的先進合成孔徑雷達系統(tǒng)ASAR，具有極化方式可選擇、兩種極化方式同時成像、多視角、多分辨率等特點。

　　星載激光測高已得到高度重視，美國于2003年1月發(fā)射了ICESAT（Ice, Cloud and land Elevation Satellite）衛(wèi)星，用于測量冰原地形及其時變以及云層及大氣層的特征，搭載的地學激光測高系統(tǒng)GLAS （Geoscience Laser Altimeter System）可測定沿軌道的陸地和水面的地形。

　　從總體上講，國外測繪衛(wèi)星總體性能和技術指標較為先進，基本形成系列甚至成網絡，且具有很高的商業(yè)化運行程度，正在進一步向高空間分辨率、高光譜分辨率、短重訪周期發(fā)展。測繪衛(wèi)星攝影系統(tǒng)不僅需要高分辨率，而且需要獲得立體影像，帶有精密的衛(wèi)星定位定姿系統(tǒng)。這些衛(wèi)星由于其巨大的應用市場，已吸引了世界上大批用戶的注意力。

　　(二) 我國衛(wèi)星測繪發(fā)展應用現(xiàn)狀

　　目前我國已建立了資源、氣象、海洋、環(huán)境與減災衛(wèi)星系列，初步形成了國家對地觀測體系，正在啟動高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項，以建立更完善的國家對地觀測系統(tǒng)。我國對高分辨率衛(wèi)星影像具有大量而迫切的需求，國家每年需投入大量經費，訂購SPOT2/4/5、Landsat TM/ETM+、QuickBird、IKNOWS、MODIS等遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，用于我國1：100萬、1：25萬、1：5萬、1：1萬基礎地理信息的建設和更新。

　　現(xiàn)有資源一號、資源二號系列衛(wèi)星可提供中等分辨率遙感影像，用于1∶100萬和1∶25萬地形圖更新。2007年發(fā)射的02B星和計劃中的CBERS-3/4的高分辨率影像原則上可對1∶5萬和1∶2.5萬的基礎地理信息進行部分要素的更新，但由于立體觀測能力非常有限，無法生成數(shù)字高程模型，難以滿足1：5萬和更大比例尺的測繪的全面需求。因此，到目前為止，我國尚沒有能夠滿足測繪要求的自主的測繪衛(wèi)星。

　　在衛(wèi)星測繪數(shù)據(jù)應用方面，我國已基本解決利用國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)修測地形圖和更新各種比例尺的地形數(shù)據(jù)庫的關鍵技術，形成了科學的生產工藝。國家測繪局從1999年開始大面積利用法國SPOT衛(wèi)星數(shù)據(jù)制作1∶5萬正射影像圖及修測相應的地形圖，利用美國LANDSAT的TM數(shù)據(jù)更新1∶25萬數(shù)據(jù)庫，為縮短地圖的更新周期提供了有效的方法，并積極投入開展未來測繪衛(wèi)星影像處理技術基礎性研究和建設，以及高分辨率衛(wèi)星影像幾何糾正及后處理方案方法的研究和應用。

　　三、我國衛(wèi)星測繪發(fā)展規(guī)劃

　　隨著計算機科學、材料科學、系統(tǒng)科學等以及通信、電子、航空航天科技的飛速發(fā)展，衛(wèi)星測繪在基礎理論與技術手段等方面取得了顯著的進步，星載光電傳感器、合成孔徑雷達干涉以及對地觀測系統(tǒng)若干關鍵技術獲得重大突破，使得測繪衛(wèi)星搭載的有效載荷功能總體、分辨率及觀測精度越來越高。

　　(一) 測繪衛(wèi)星的定義

　　為滿足我國測繪行業(yè)與國民經濟和社會信息化建設對測繪衛(wèi)星的迫切需求，國家測繪局從2005年開始啟動測繪衛(wèi)星計劃，并制定了《測繪部門“十一五”航天規(guī)劃（草案）》，明確提出了測繪衛(wèi)星的分類。

　　根據(jù)我國國民經濟和社會信息化建設的需要，要求加快我國空間信息基礎設施建設和測繪信息產品的生產更新速度，急需發(fā)展我國滿足測繪用途的衛(wèi)星（簡稱測繪衛(wèi)星）。測繪衛(wèi)星包括：高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星、干涉雷達衛(wèi)星、激光測高衛(wèi)星、重力衛(wèi)星和導航定位衛(wèi)星。

　　擬用10-15年時間，建立我國具有長期穩(wěn)定運行能力的測圖衛(wèi)星系列體系，作為國家空間基礎設施的重要組成部分。其中，高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星包括：2m全色、10m多光譜正射影像和5m全色立體影像的高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星（國家已立項研制資源三號衛(wèi)星），以滿足國家基礎測繪1∶5萬地形測圖和基礎地理信息生產的需要，并作為資源衛(wèi)星02B的接替，滿足資源調查等方面的應用需要；1-2m全色、3-6m多光譜的超高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星，用于區(qū)域基礎測繪，以滿足1∶1萬地形測圖和基礎地理信息生產的需要；0.5-1m全色、1-3m多光譜的甚高分辨率光學立體測圖衛(wèi)星，用于城市基礎測繪，以滿足1∶2000-1∶5000地形測圖和基礎地理信息生產的需要；干涉雷達衛(wèi)星包括：3-5米、單波段、單極化干涉雷達衛(wèi)星，滿足困難地區(qū)1∶5萬地形測圖和基礎地理信息生產的需要；0.5-1米、多波段、多極化干涉雷達衛(wèi)星，以滿足困難地區(qū)測繪1∶1萬地形測圖和基礎地理信息生產的需要；激光測高衛(wèi)星利用激光脈沖來精確測定地面和海面高度, 完成對陸地地形和植被的采集，建立高精度的全球DEM模型, 并可測定局部地形的米級年度變化。需開展對表1激光衛(wèi)星的軌道設計、控制激光脈沖計時器的時鐘的穩(wěn)定性、衛(wèi)星方位以及激光器指向的精確確定方法等關鍵技術預研，發(fā)展我國激光測高衛(wèi)星；重力衛(wèi)星用來測定高精度的全球重力場及其隨時間的變化，以精確求定大地水準面，建立和維護高精度的高程基準及其框架，實現(xiàn)高程測量自動化。需研制開發(fā)低－低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星模式的衛(wèi)星重力測量系統(tǒng)，發(fā)展我國重力測量衛(wèi)星。導航定位衛(wèi)星用來測量地面運動或靜止物體的三維坐標，國家已對導航定位衛(wèi)星系統(tǒng)做出詳細的規(guī)劃。

　　四、我國促進衛(wèi)星測繪發(fā)展的政策和措施

　　(一) 建設衛(wèi)星測繪應用系統(tǒng)，形成自主的衛(wèi)星測繪技術體系

　　建設衛(wèi)星測繪應用系統(tǒng)，開展測繪衛(wèi)星地面接收、校正、處理、多級產品加工和分發(fā)服務的關鍵技術研究與系統(tǒng)研制工作。依托信息技術、現(xiàn)代大地測量技術、航空航天攝影測量技術、遙感數(shù)據(jù)處理技術和系統(tǒng)集成技術等先進技術，全面突破測繪衛(wèi)星地面應用系統(tǒng)建設及其測繪衛(wèi)星應用的關鍵技術，研制具有自主知識產權的測繪衛(wèi)星應用系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)預處理、數(shù)據(jù)有損壓縮、相機幾何畸變、大氣和地面輻射、立體測圖、數(shù)字高程模型等方面以及幾何糾正和輻射校正技術，形成基于航天影像的生產技術流程，建立由業(yè)務運行管理、測繪產品生產、測繪數(shù)據(jù)管理與分發(fā)、應用與推廣、影像分析與檢校、產品質量監(jiān)督與評價等系統(tǒng)，基本形成基于高分辨率立體測圖衛(wèi)星的衛(wèi)星測繪技術體系，并為測繪衛(wèi)星的發(fā)展規(guī)劃、技術論證、教育培訓、測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品開發(fā)以及推廣應用提供穩(wěn)定長期的技術支持。

　　(二) 成立國家測繪衛(wèi)星應用中心，支撐測繪衛(wèi)星的發(fā)展和應用

　　成立衛(wèi)星測繪應用統(tǒng)籌協(xié)調的重要支撐機構--國家測繪衛(wèi)星應用中心，主要職責是：貫徹國家關于測繪衛(wèi)星發(fā)展的方針和政策，負責測繪衛(wèi)星“天地”一體化系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃；研究提出測繪衛(wèi)星發(fā)展戰(zhàn)略、中長期規(guī)劃、年度計劃和經費預算建議；負責測繪衛(wèi)星應用系統(tǒng)的方案設計、工程建設、技術協(xié)調和運行管理，開展基于測繪衛(wèi)星的基礎地理信息生產、更新與數(shù)據(jù)庫建設，建立航天測繪生產和服務技術體系；負責測繪衛(wèi)星影像產品和測繪產品的分發(fā)服務，負責向國家領導機關和國防建設提供測繪衛(wèi)星保障服務，組織開展測繪衛(wèi)星向相關領域的推廣應用；研究提出測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用政策、管理政策、共享和分發(fā)服務政策等相關政策性建議，提出測繪衛(wèi)星相關技術標準草案或建議；開展測繪衛(wèi)星知識產權保護與科技成果轉化，促進測繪衛(wèi)星的產業(yè)化建設；負責組織開展衛(wèi)星測繪應用領域科學、技術和應用服務的研究、開發(fā)和技術推廣工作，組織和實施與衛(wèi)星測繪應用相關的科研項目；組織完成測繪衛(wèi)星在軌測試；負責統(tǒng)籌建設衛(wèi)星地面幾何檢校場，負責衛(wèi)星幾何標定及與幾何定位精度相關的輻射標定工作；負責開展國際國內測繪衛(wèi)星科技合作與交流，組織相關的應用培訓工作，開拓測繪衛(wèi)星的國際市場。

　　(三) 開拓測繪衛(wèi)星市場，參與國際化測繪衛(wèi)星市場競爭

　　在滿足國內測繪需求的基礎上，大力開展測繪衛(wèi)星的國際市場開拓，與其他國家開展廣泛的交流和合作，并制定靈活的營銷策略，宣傳測繪衛(wèi)星、制作國外影像產品、參與地理信息方面的國際化合作，利用我國測繪的技術優(yōu)勢參與其他國家的測繪市場競爭，爭取在我國周邊及其他國家建立地面衛(wèi)星接收和處理系統(tǒng)，打入國際市場。

　　(四) 制定測繪衛(wèi)星發(fā)展政策，促進測繪衛(wèi)星產業(yè)化

　　創(chuàng)造滿足測繪衛(wèi)星發(fā)展的政策環(huán)境，強化測繪衛(wèi)星科技成果與新產品推廣政策，加強測繪衛(wèi)星知識產權保護與科技成果轉化。建立完善的測繪衛(wèi)星數(shù)據(jù)使用政策、管理政策、共享和分發(fā)服務政策，使測繪系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)揮最大的使用效率，促進測繪衛(wèi)星的產業(yè)化建設。建立滿足測繪衛(wèi)星應用的政策環(huán)境，促進測繪衛(wèi)星的應用開發(fā)，使測繪衛(wèi)星在應用規(guī)模和應用水平上顯著提高。

　　(五) 積極開展國際合作，加強人才隊伍建設

　　發(fā)展國際國內測繪衛(wèi)星科技合作與交流，特別是開展項目合作，引進消化國際先進技術和資金援助，培養(yǎng)高層次的、具有國際影響的測繪衛(wèi)星科技人才，提升在國際測繪科技界的地位。加強測繪衛(wèi)星的人才隊伍建設，在培養(yǎng)測繪衛(wèi)星的領軍人才的同時建立測繪衛(wèi)星科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)多層次的技術人才。

　　五、我國首顆民用高分辨率立體測圖衛(wèi)星--資源三號簡介

　　2008年3月12日，國務院批準《國防科工委 財政部關于資源三號衛(wèi)星工程研制立項的請示》，同意資源三號衛(wèi)星工程項目立項并開展研制建設。資源三號衛(wèi)星是我國首顆民用高分辨率光學傳輸型立體測繪衛(wèi)星，集測繪和資源調查功能于一體，將用于1:5萬立體測圖及更大比例尺基礎地理信息產品的生產和更新，開展國土資源調查與監(jiān)測。，資源三號衛(wèi)星工程由衛(wèi)星、運載火箭、發(fā)射場、測控、地面和應用六大系統(tǒng)組成，歷經36個月的研制與建設，衛(wèi)星計劃于2011年上半年發(fā)射。資源三號衛(wèi)星工程的建設，將大力增強我國獨立獲取地理空間信息的能力，提升我國測繪服務保障水平，提高國土資源調查與監(jiān)測的數(shù)據(jù)保障能力，加快空間數(shù)據(jù)基礎設施建設，推動地理信息產業(yè)發(fā)展。

　　(一) 資源三號衛(wèi)星

　　資源三號衛(wèi)星配置三線陣測繪相機和多光譜相機等有效載荷，三線陣測繪相機前視、后視全色影像地面像元分辨率將優(yōu)于4m，正視全色影像地面像元分辨率將優(yōu)于2.5m，多光譜影像地面像元分辨率將優(yōu)于8m。衛(wèi)星基高比介于0.85-0.95，發(fā)射后將在軌道高度約500-600公里的太陽同步圓軌道飛行。在一個回歸周期內，衛(wèi)星可對地球南北緯80度以內地區(qū)實現(xiàn)無縫影像覆蓋，重訪周期為5天，衛(wèi)星設計工作壽命5年，重量約2630kg。資源三號衛(wèi)星構形見圖2所示。

　　(二) 應用系統(tǒng)

　　資源三號衛(wèi)星應用系統(tǒng)是整個衛(wèi)星工程的重要組成部分，由國家測繪局負責建設。其建設目標是最終實現(xiàn)長期、穩(wěn)定、高效地將高分辨率影像轉化為高質量的基礎地理信息產品的業(yè)務化運行系統(tǒng)。在利用我國現(xiàn)有衛(wèi)星測繪數(shù)據(jù)獲取、處理條件和各種成熟技術裝備的基礎上，以空間信息技術、測繪新技術為依托的設施先進、信息暢通、管理科學、運轉高效、服務便捷的國家級衛(wèi)星測繪業(yè)務化應用系統(tǒng)，開展資源三號衛(wèi)星的高精度幾何校正，大規(guī)模高精度三線陣以及多光譜影像處

　　理，測繪遙感影像產品、立體測繪產品以及各種專題產品快速生產，形成資源三號衛(wèi)星的管理、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分發(fā)等測繪生產業(yè)務流程，以滿足基礎測繪、國土資源調查與監(jiān)測、地球空間信息產業(yè)運行、防災減災、對地觀測系統(tǒng)建設、國防基礎能力建設、境外數(shù)據(jù)獲取等重大工程領域的廣泛需求。

　　資源三號衛(wèi)星應用系統(tǒng)由龐大的計算機硬件和軟件集成，具有較高自動化程度，該專業(yè)化生產運行系統(tǒng)將包括業(yè)務運行管理、影像分析與地面檢校、影像處理與應用、立體測圖產品生產、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分發(fā)服務、產品質量監(jiān)督與評價和國土資源應用等8個分系統(tǒng)以及1個地面幾何檢校場（見圖3所示）。圖3在測繪部門內，應用系統(tǒng)在業(yè)務上將分為衛(wèi)星測繪應用中心和衛(wèi)星測繪應用分中心（陜西、黑龍江、四川、海南和重慶）。衛(wèi)星測繪應用中心的硬件設備由存儲、計算集群、接收服務器、三線陣立體測圖工作站以及各種應用服務器等構成。分中心硬件由各種應用服務器、三線陣立體測圖工作站和異地備份存儲構成（如圖4所示）。圖4需建設國家衛(wèi)星測繪應用中心業(yè)務大樓，用于應用系統(tǒng)的日常管理、系統(tǒng)運行和維護、影像數(shù)據(jù)及測繪產品的處理、存儲、分發(fā)以及服務。

　　資源三號衛(wèi)星每天獲取與需處理的數(shù)據(jù)量巨大，應用系統(tǒng)每天需處理的0級數(shù)據(jù)量將為1790GB，每天接收和歸檔景數(shù)為2508景，每天可完成10幅1:5萬DEM、10幅1:5萬DRG、10幅1:5萬DLG生產，具有完成152幅1:5萬DRG、140幅1:5萬DLG、600幅1:2.5萬DRG、600幅1: 2.5萬DLG更新的能力，并生產各類增值產品。應用系統(tǒng)將對原始數(shù)據(jù)和產品數(shù)據(jù)永久保存。

　　(三) 資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品分類

　　利用資源三號衛(wèi)星傳感器獲取的全色和多光譜影像可以生產出多種產品，從應用的角度可以將資源三號衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品劃分為測繪遙感影像產品、立體測繪產品和專題產品。

　　測繪遙感影像產品根據(jù)幾何處理精度分為初級、基本、高級三類產品，其中初級測繪遙感影像產品包括原始數(shù)據(jù)、輻射校正產品、初級系統(tǒng)幾何校正產品。基本測繪遙感影像產品包括傳感器校正產品、系統(tǒng)幾何校正產品。高級測繪遙感影像產品包括精糾正產品、正射糾正產品、數(shù)字正射影像產品。

　　與其它高分辨率資源遙感衛(wèi)星不同，資源三號衛(wèi)星是可以充分利用三線陣立體成像的特點生成立體測繪產品，立體測繪產品根據(jù)幾何處理精度和產品形式分為基本立體影像產品、高級立體影像產品、數(shù)字高程模型、數(shù)字表面模型、數(shù)字線劃圖和數(shù)字柵格圖。其中基本立體影像產品包括立體傳感器校正產品、立體系統(tǒng)幾何校正產品、傳感器校正核線產品和系統(tǒng)幾何校正核線產品，高級立體影像產品包括立體精糾正產品、精糾正核線產品和正射影像立體配對片產品。

　　專題產品是由基礎地理信息數(shù)據(jù)與專業(yè)信息數(shù)據(jù)整合加工所形成的數(shù)字產品，包括融合影像產品、坡度圖、坡向圖、三維可視化產品、影像分類產品和植被指數(shù)等。

　　六、結束語

　　測繪科技的發(fā)展日新月異，本文在綜述國內外測繪衛(wèi)星應用及發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，結合我國測繪航天規(guī)劃建設目標，分析了衛(wèi)星測繪未來廣闊的應用前景，介紹了我國第一顆民用自主測繪衛(wèi)星--資源三號衛(wèi)星的建設情況，資源三號衛(wèi)星工程對我國測繪事業(yè)的發(fā)展具有革命性意義，將填補我國民用測繪衛(wèi)星應用領域的空白，開創(chuàng)我國航天攝影測量新紀元。（孫承志　唐新明等）