“知天知地，勝乃可全。”我國(guó)古代軍事家孫子用簡(jiǎn)單八個(gè)字道出了取勝的秘訣——通曉天時(shí)，熟知地利。然而，這八個(gè)字在古代卻因?yàn)榭茖W(xué)技術(shù)的落后，常常是難以完成的任務(wù)。如今，伴隨著現(xiàn)代航天測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，古人所期盼的“千里眼”終于變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

天繪一號(hào)衛(wèi)星效果圖

測(cè)繪相機(jī)外形圖

測(cè)繪相機(jī)像面裝調(diào)現(xiàn)場(chǎng)

長(zhǎng)春2米全色影像1比2萬(wàn)

長(zhǎng)春5米三線陣影像1比4萬(wàn)

貴州省清鎮(zhèn)市百花湖鄉(xiāng)林相圖

鳥(niǎo)巢融合圖

香港三維仿真立體影像

釣魚(yú)島衛(wèi)星圖

7—10米分辨率多光譜影像

　　2010年8月24日，我國(guó)首顆傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星天繪一號(hào)01星成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星零的突破。巧合的是，兩年后的8月24日，天繪一號(hào)02星圓滿完成110天的在軌測(cè)試任務(wù)，和天繪一號(hào)01星一起，首次實(shí)現(xiàn)測(cè)繪衛(wèi)星的組網(wǎng)運(yùn)行。雙星影像經(jīng)無(wú)縫拼接后，測(cè)繪覆蓋寬達(dá)110公里，極大地提高了測(cè)繪效率和幾何控制能力，加快了測(cè)繪區(qū)域影像獲取速度。這是我國(guó)航天領(lǐng)域的重大突破，對(duì)促進(jìn)我國(guó)測(cè)繪事業(yè)具有里程碑意義，標(biāo)志著我國(guó)已全面掌握傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星的關(guān)鍵技術(shù)，為我國(guó)后續(xù)航天測(cè)繪衛(wèi)星的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　銀河添新秀，天繪寫(xiě)華章。截至2012年9月底，天繪一號(hào)01星已獲取全球區(qū)域立體影像21萬(wàn)余景，地理影像約8億平方公里，有效覆蓋全球陸地面積已達(dá)46%，我國(guó)陸地面積約95%。在國(guó)防建設(shè)的大舞臺(tái)上，天繪一號(hào)精確地理影像數(shù)據(jù)服務(wù)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮效能，在上合組織“和平使命”軍演、新疆反恐維穩(wěn)、首都防空、盈江和彝良地震等重大事件應(yīng)急保障中，天繪成果全面開(kāi)花。在如火如荼的國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)大潮中，天繪更是大顯身手，已經(jīng)為國(guó)土測(cè)繪、水利電力、交通運(yùn)輸、城市規(guī)劃、土地利用、資源普查、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等部門的90余家用戶提供了2萬(wàn)余景、面積達(dá)7千萬(wàn)平方公里的各級(jí)各類遙感影像數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于土地、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、礦產(chǎn)、環(huán)境。古人所盼望擁有的遙望千里、目觀八方、萬(wàn)里之內(nèi)、纖毫畢現(xiàn)的神通已經(jīng)實(shí)現(xiàn)![page]

　　今天，就讓我們走近我國(guó)首顆傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星天繪一號(hào)，近距離了解一下這個(gè)神通廣大的“千里眼”。

　　用途廣泛，新一代測(cè)繪衛(wèi)星貢獻(xiàn)大

　　如今，距我國(guó)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星已經(jīng)過(guò)去30余年，可衛(wèi)星究竟能做什么，恐怕很多人還不清楚，特別是頗顯神秘的測(cè)繪衛(wèi)星。其實(shí)，當(dāng)今時(shí)代我們的很多行動(dòng)都離不開(kāi)測(cè)繪衛(wèi)星。舉個(gè)簡(jiǎn)單例子，汶川大地震發(fā)生后，如果沒(méi)有測(cè)繪衛(wèi)星第一時(shí)間繪制出震后地形圖，我們的救援大軍就無(wú)法快速挺進(jìn)災(zāi)區(qū)，展開(kāi)救援。

　　放眼望去，國(guó)土普查、石油勘探、鐵路選線、海岸帶測(cè)繪、地圖測(cè)制、控制定位、地質(zhì)調(diào)查、電站選址、地震預(yù)報(bào)、草原及林區(qū)普查、歷史文物考古等多個(gè)領(lǐng)域均有測(cè)繪衛(wèi)星的身影。在農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、林業(yè)調(diào)查、土壤、水文、地質(zhì)分析、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市土地利用、國(guó)土資源調(diào)查、多種自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估等方面，測(cè)繪衛(wèi)星同樣扮演了重要角色。可以說(shuō)，測(cè)繪衛(wèi)星已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在多個(gè)方面發(fā)揮顯著作用。天繪一號(hào)就是其中的佼佼者。

　　筆者從天繪衛(wèi)星應(yīng)用管理中心了解到，天繪一號(hào)衛(wèi)星由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬航天東方紅衛(wèi)星有限公司研制，是我國(guó)第一顆傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星。作為我國(guó)目前有效載荷比最高的高分辨率遙感衛(wèi)星，它搭載了自主創(chuàng)新的線面混合三線陣CCD相機(jī)、多光譜相機(jī)和2米分辨率全色相機(jī)，有效載荷比高達(dá)42%，當(dāng)之無(wú)愧的成為國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星之冠。它還是我國(guó)目前無(wú)地面控制點(diǎn)條件下幾何定位精度最高的測(cè)繪衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)兩年的大規(guī)模生產(chǎn)試驗(yàn)，在無(wú)地面控制條件下的三維幾何定位中誤差優(yōu)于15米，其中高程中誤差優(yōu)于6米。同時(shí)還形成了我國(guó)第一個(gè)完全自主產(chǎn)權(quán)和國(guó)產(chǎn)化的集數(shù)據(jù)接收、運(yùn)控管理、產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用服務(wù)為一體的地面應(yīng)用系統(tǒng)。

　　天繪一號(hào)衛(wèi)星可以長(zhǎng)期在軌運(yùn)行并快速獲取全球地理空間信息，具備快速甚至實(shí)時(shí)獲取三維地理信息的能力，克服了返回式衛(wèi)星因受攜帶的膠片數(shù)量限制而在軌壽命較短，獲取信息的時(shí)效性差，不能直接形成數(shù)字影像等不足。它采用(近)圓形太陽(yáng)同步、回歸、全球覆蓋軌道，軌道高度約500公里。衛(wèi)星由有效載荷、衛(wèi)星公用艙兩部分組成，其有效載荷部分包括三線陣測(cè)繪相機(jī)、多光譜相機(jī)、高分辨率相機(jī)和數(shù)據(jù)處理與傳輸系統(tǒng)。衛(wèi)星公用艙包括結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)、熱控、姿軌控、星務(wù)管理、測(cè)控、供配電等6個(gè)部分。

　　具體來(lái)說(shuō)，天繪一號(hào)衛(wèi)星具有以下功能特點(diǎn)：

　　功能密度高天繪一號(hào)衛(wèi)星重約1000公斤，裝有5臺(tái)相機(jī)，3臺(tái)星敏感器，2臺(tái)測(cè)量型GPS接收機(jī)，是目前我國(guó)最復(fù)雜、功能密度最高的小衛(wèi)星。既能獲取地面像元分辨率優(yōu)于5米、幅寬60公里的立體影像，建立全球攝影測(cè)量控制網(wǎng)，實(shí)施控制定位，測(cè)制1∶5萬(wàn)比例尺地形圖，又能獲取藍(lán)、綠、紅、近紅外4譜段多光譜影像，定量反演地物的物理屬性，提高地圖測(cè)制的完整性。同時(shí)，通過(guò)多光譜影像與全色影像的融合處理，可以生成彩色或假彩色正射影像產(chǎn)品。還可以獲取2米分辨率全色地物影像，增強(qiáng)對(duì)地物目標(biāo)的詳細(xì)、快速、準(zhǔn)確判讀能力，配合完成1∶5萬(wàn)比例尺地形圖測(cè)制和1∶2.5萬(wàn)比例尺地形圖的修測(cè)。

　　測(cè)繪體制新天繪一號(hào)衛(wèi)星采用基于我國(guó)攝影測(cè)量專家發(fā)明的線面陣混合的LMCCD測(cè)繪體制、以三線陣、三視角攝影為主，輔以小面陣成像，巧妙解決了三線陣測(cè)繪相機(jī)動(dòng)態(tài)攝影測(cè)量中的航線立體模型扭曲、高程精度差問(wèn)題，解決了傳輸型光學(xué)攝影測(cè)量衛(wèi)星難以實(shí)現(xiàn)無(wú)地面控制點(diǎn)的高精度攝影測(cè)量的問(wèn)題。衛(wèi)星攝影測(cè)量基高比為1，是國(guó)際同類攝影測(cè)量系統(tǒng)中基高比最大的系統(tǒng)之一，為提高定位精度，特別是高程精度奠定了基礎(chǔ)。

　　筆者了解到，利用天繪一號(hào)衛(wèi)星高分辨率全色影像和多光譜影像，經(jīng)融合處理可生成彩色正射影像，加入來(lái)自三線陣測(cè)繪相機(jī)的高程信息，可制作彩色立體影像;利用天繪一號(hào)衛(wèi)星高分辨率全色和多光譜數(shù)據(jù)，經(jīng)融合處理后，使多光譜影像信息的應(yīng)用更加精細(xì)、廣闊;利用多光譜信息可繪制森林礦產(chǎn)資源分布圖，還可以通過(guò)林木的光譜反射率特征定量反演林木的葉面積指數(shù)、葉綠素含量、氮含量和冠層高度等信息，完成樹(shù)種識(shí)別、樹(shù)林健康狀態(tài)監(jiān)視和林地類型的分類等。

　　小個(gè)子大眼睛，“千里眼”鎖定高精度

　　讓人們驚奇的是，天繪一號(hào)衛(wèi)星個(gè)頭雖然不大，僅重約1000kg，但卻集成5臺(tái)成像寬度均為60公里的相機(jī)。小個(gè)子大眼睛，地面上任何細(xì)節(jié)都逃不過(guò)它的“法眼”。

　　據(jù)了解，天繪一號(hào)衛(wèi)星的光學(xué)有效載荷由中科院長(zhǎng)春光機(jī)所獨(dú)家研制，各光學(xué)相機(jī)獲取的影像清晰，層次分明。其光學(xué)有效載荷包括兩個(gè)獨(dú)立分系統(tǒng)，測(cè)繪相機(jī)分系統(tǒng)和高分辨率相機(jī)分系統(tǒng)。

　　天繪一號(hào)衛(wèi)星的測(cè)繪相機(jī)分系統(tǒng)包括三線陣LMCCD立體測(cè)繪相機(jī)、三臺(tái)高精度星敏感器和四譜段多光譜相機(jī)。立體測(cè)繪相機(jī)是正視相機(jī)、前視相機(jī)和后視相機(jī)的統(tǒng)稱，其連續(xù)推掃的影像可以構(gòu)建5米分辨率的立體測(cè)量模型，其中正視相機(jī)焦面上還裝有4個(gè)小面陣CCD，用于提高無(wú)地面控制條件下的測(cè)繪定位精度。測(cè)繪相機(jī)采用像方遠(yuǎn)心的亞對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量好。鏡頭前端設(shè)計(jì)有碳纖維復(fù)合材料遮光罩，用于消除相機(jī)對(duì)地成像時(shí)進(jìn)入鏡頭內(nèi)部的雜散光，也有利于減輕相機(jī)質(zhì)量。相機(jī)共應(yīng)用了線陣、面陣、TDICCD傳感器共計(jì)16片，是我國(guó)光學(xué)有效載荷圖像傳感器最多的。

　　在這個(gè)共計(jì)5臺(tái)獨(dú)立光學(xué)載荷構(gòu)建的測(cè)繪相機(jī)組合體中，正視相機(jī)、前視相機(jī)和后視相機(jī)互成角度裝入測(cè)繪基座安裝孔內(nèi)，多光譜相機(jī)安裝在測(cè)繪基座正視相機(jī)底部的安裝腔內(nèi)，3個(gè)星敏感器分別安裝在星敏支架頂部斜面上，通過(guò)星敏支架安裝到測(cè)繪基座頂部，有效保證了測(cè)繪相機(jī)的內(nèi)部幾何關(guān)系。打造天繪一號(hào)“千里眼”的專家們告訴筆者，三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)相互幾何位置關(guān)系的穩(wěn)定性是保證相機(jī)在軌工作的前提條件，因此，構(gòu)建測(cè)繪相機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)——測(cè)繪基座的結(jié)構(gòu)形式和幾何穩(wěn)定性是三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)研制工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

　　天繪一號(hào)衛(wèi)星的高分辨率相機(jī)具有分辨率高、覆蓋范圍寬、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，與三線陣CCD立體測(cè)繪相機(jī)相結(jié)合，可對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行高分辨率影像獲取，增強(qiáng)地物的詳細(xì)測(cè)繪和修測(cè)能力，提高衛(wèi)星的整體應(yīng)用價(jià)值。

　　為保證相機(jī)的內(nèi)部幾何精度，在國(guó)內(nèi)首次研制采用了0.5秒轉(zhuǎn)臺(tái)和大口徑長(zhǎng)焦距平行光管，對(duì)相機(jī)內(nèi)方位元素和相機(jī)間坐標(biāo)系關(guān)系進(jìn)行了精密幾何標(biāo)定，為測(cè)繪應(yīng)用提供高精度的攝影測(cè)量參數(shù)。

　　天繪一號(hào)衛(wèi)星開(kāi)創(chuàng)了小衛(wèi)星搭載光學(xué)相機(jī)數(shù)量多和重量輕的先河，為國(guó)家節(jié)省了大量研制經(jīng)費(fèi)。目前，天繪一號(hào)01星在軌運(yùn)行兩年來(lái)，各相機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)任何故障。

　　規(guī)模化生產(chǎn)，地面應(yīng)用系統(tǒng)寫(xiě)神奇

　　地面應(yīng)用系統(tǒng)是天繪一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)工程的重要組成部分，是發(fā)揮衛(wèi)星應(yīng)用效能的主要環(huán)節(jié)。其主要功能是完成衛(wèi)星攝影任務(wù)規(guī)劃和衛(wèi)星有效載荷運(yùn)行管理;接收衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù);對(duì)衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成衛(wèi)星影像產(chǎn)品;完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分發(fā);進(jìn)行衛(wèi)星攝影系統(tǒng)主要參數(shù)檢測(cè)和影像特性的標(biāo)定;進(jìn)行應(yīng)急測(cè)繪保障處理，生成應(yīng)急測(cè)繪保障產(chǎn)品;完成衛(wèi)星影像的平差定位;測(cè)制1∶5萬(wàn)比例尺數(shù)字地形圖、數(shù)字高程模型數(shù)字和正射影像地圖;修測(cè)1∶2.5萬(wàn)比例尺數(shù)字地形圖。

　　如果說(shuō)測(cè)繪相機(jī)是天繪一號(hào)的“眼睛”，那么地面應(yīng)用系統(tǒng)就是天繪一號(hào)的“雙手”和“大腦”。[page]

　　據(jù)了解，天繪一號(hào)衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)可分為任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理服務(wù)、攝影參數(shù)與影像特性檢測(cè)、定位與測(cè)圖以及應(yīng)急測(cè)繪保障等7個(gè)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：

　　新技術(shù)的密集運(yùn)用與集成從系統(tǒng)設(shè)計(jì)到功能系統(tǒng)研制，集成運(yùn)用了多層分布式應(yīng)用系統(tǒng)框架技術(shù)，規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的組件模型設(shè)計(jì)技術(shù)，多站接收的集中調(diào)度和監(jiān)控技術(shù)，海量遙感數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)高效存儲(chǔ)管理技術(shù)，大數(shù)據(jù)量的快速共享與交換技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)的高效無(wú)縫測(cè)圖技術(shù)，基于等效光束法的攝影測(cè)量參數(shù)檢測(cè)與高精度控制定位技術(shù)等大量新技術(shù)和新方法，大大提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性。

　　整體性與可擴(kuò)展性相結(jié)合系統(tǒng)從攝影任務(wù)規(guī)劃、數(shù)據(jù)接收到后期數(shù)據(jù)處理，是一個(gè)完整的閉合鏈路。系統(tǒng)采用寬松耦合、模塊化獨(dú)立的設(shè)計(jì)理念，以任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)作為任務(wù)流中心，以數(shù)據(jù)管理服務(wù)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)信息中心，聯(lián)系各功能系統(tǒng)完成任務(wù)調(diào)度和數(shù)據(jù)的管理，各功能系統(tǒng)則獨(dú)立進(jìn)行本系統(tǒng)的任務(wù)處理和系統(tǒng)維護(hù)，相互間耦合關(guān)聯(lián)程度較低，整個(gè)系統(tǒng)功能拓展能力、維護(hù)能力、穩(wěn)定運(yùn)行能力強(qiáng)。

　　影像產(chǎn)品的多樣化系統(tǒng)具備對(duì)各種分辨率影像進(jìn)行0-3級(jí)影像產(chǎn)品生產(chǎn)能力;具備數(shù)字地形圖、正射影像圖、數(shù)字高程模型等測(cè)繪產(chǎn)品的生產(chǎn)能力;具備各類應(yīng)急測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)能力。產(chǎn)品種類非常齊全，滿足了各類用戶的使用要求。

　　高精度定位與測(cè)圖采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新提出的基于線陣與面陣混合配置LMCCD相機(jī)，并研發(fā)了等效框幅(EFP)多功能光束法平差理論與計(jì)算軟件，有效地解決了線陣影像空中三角測(cè)量航線模型扭曲變形問(wèn)題，使無(wú)地面控制點(diǎn)定位和測(cè)制1∶5萬(wàn)地形圖的精度達(dá)到了工程指標(biāo)。突破了航天攝影測(cè)量在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸，為我國(guó)航天攝影測(cè)量的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　數(shù)據(jù)信息可視化服務(wù)在基于三維地球的遙感影像展示平臺(tái)上，疊加顯示天繪一號(hào)衛(wèi)星影像產(chǎn)品與縮略圖數(shù)據(jù)、矢量、DEM、標(biāo)繪符號(hào)等信息，用戶通過(guò)顯示環(huán)境與數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行產(chǎn)品可視化訂制，提高服務(wù)效率。

　　目前，天繪一號(hào)衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng)已具備了規(guī)?；a(chǎn)的能力，生產(chǎn)了多類衛(wèi)星影像產(chǎn)品和地理信息產(chǎn)品，生產(chǎn)的多種衛(wèi)星影像產(chǎn)品和地理空間信息產(chǎn)品，已向包括中國(guó)資源衛(wèi)星中心、國(guó)土資源部、國(guó)家林業(yè)局、長(zhǎng)江水利委員會(huì)等90余家單位提供了影像和測(cè)繪保障，為國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

　　展望未來(lái)，天繪家族群星閃爍

　　當(dāng)天繪一號(hào)張開(kāi)太陽(yáng)翼穿破萬(wàn)里霞光，當(dāng)數(shù)據(jù)電波追云逐月重建七洲四洋，當(dāng)中華大地因?yàn)榱Ⅲw天繪而毫發(fā)畢現(xiàn)……我國(guó)首顆傳輸型立體測(cè)繪衛(wèi)星——天繪一號(hào)，開(kāi)始以一種昂揚(yáng)的姿態(tài)傲視蒼穹，攬神州山川，攝天地景象，使我國(guó)航天測(cè)繪應(yīng)用進(jìn)入了全新的發(fā)展階段!

　　知天知地的背后因?yàn)楹教鞙y(cè)繪的天高地闊，知彼知己的源頭盡是遙感科技的山高水長(zhǎng)。

　　據(jù)了解，21世紀(jì)的下一個(gè)10年里，我國(guó)還將陸續(xù)發(fā)射一系列測(cè)繪用途的衛(wèi)星，以滿足地形圖測(cè)繪與更新以及各行業(yè)部門對(duì)衛(wèi)星遙感影像的需求，天繪將重點(diǎn)發(fā)展兩類測(cè)繪衛(wèi)星系統(tǒng)。一類測(cè)地形地貌，主要獲取各種分辨率的高精度地形地貌信息;一類測(cè)地球物理場(chǎng)，構(gòu)建全球重力場(chǎng)和磁力場(chǎng)模型，建立重力基準(zhǔn)和磁力基準(zhǔn)。

　　在可以預(yù)計(jì)的未來(lái)，天繪家族群星閃爍，天繪數(shù)據(jù)隨處閃光，全天候、全天時(shí)、全要素、多分辨率天基對(duì)地探測(cè)網(wǎng)絡(luò)初步建成。屆時(shí)，陸地上的任何細(xì)節(jié)都逃不過(guò)天繪的“眼睛”，天繪將在科學(xué)研究、國(guó)土資源普查、地圖測(cè)繪等諸多領(lǐng)域大顯神通，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展必將起到巨大的推動(dòng)作用。

　　群星逐鹿攝寰宇，天繪測(cè)地傲蒼穹。天繪一號(hào)衛(wèi)星不僅是中國(guó)航天測(cè)繪人的驕傲，更是中華民族的自豪。(張強(qiáng) 楊燕群 尹明 李曉燕)