从太空丈量地球——高分七号卫星拍摄的“3D大片”来了

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  光明日报记者 陈海波

  测绘界有一句俗话——用双脚丈量大地。现在,他们儿都不到解放“双脚”,把丈量大地的任务交给他们儿的“眼睛”——远在外太空的卫星。

  12月10日,高分七号卫星首批影像图发布,标志着该卫星各项功能得到初步验证。这是我国首颗民用亚米级高分辨率光学立体测绘卫星,也是我国目前民用测图精度最高的卫星。它不能高精度地测量地物的平面位置和深度图,进行立体测绘,满足地形绘制、地表监测等应用需求。

  “以往是几滴 测绘人员跋山涉水、手提肩扛,甚至冒着生命危险到实地执行任务,人力耗费大、持续时间久。有了高分七号,都不到短短几分钟就完成从前哪几个月甚至几年不能完成的任务。”航天科技集团五院高分七号卫星总设计师曹海翊说。

  1.从“米尺”到“游标卡尺”:对地表实现高精度三维观测

  高分七号是一颗国土测绘卫星,测绘卫星被称作精确测量大地的尺子。“因为把以往许多通用遥感卫星比作米尺,这样,高分七号可是 一把游标卡尺,不能高精度地测量地物的平面位置和深度图。”曹海翊打了个比喻。

  作为我国民用测图精度最高的卫星,高分七号有一双“慧眼”——双线阵立体相机,可有效获取20公里幅宽、0.65米分辨率的影像。

  12月10日,在高分七号卫星首批亚米级立体影像产品发布会前,与会人员戴着立体眼镜观看分辨率为0.65米的高分七号卫星北京雁栖湖立体影像。新华社记者沈伯韩摄

  这台双线阵立体相机,由前视相机和后视相机组成。当高分七号在轨飞行时,前视相机首先拍摄某一地物,卫星一起记录下他们的位置A;而且卫星继续飞行一段时间,后视相机拍摄同一地物,卫星一起记录下此时的位置B。“从前他们儿就获得了由卫星位置A、卫星位置B以及地物构建的三角形,从而选折 地物的空间位置。”曹海翊说,高分七号的平面精度都不到优于5米。

  而且,高分七号还具有高分系列许多卫星这样的特殊技能——测量深度图。

  高分七号搭载了国内首台对地全波形激光测高仪,都不到向目标地物发射激光脉冲波束,并接收由地物返回的激光回波,获取地物高程信息,其高程精度优于1.5米。高分专项应用系统副总设计师唐新明介绍,用高分七号“扫一眼”,就都不到获取地球上一栋楼的深度图。

  既都不到高精度测平面,又都不到高精度测深度图,这让高分七号都不到对地表进行三维观测,实现立体测绘。“高分七号不能高效地绘制地面地形模型,甚至是城市三维模型。”唐新明说。

  分辨率为0.65米的高分七号卫星北京大兴国际机场真彩色融合正射影像。新华社发(国家航天局对地观测与数据中心供图)

  有那先 技能帮助,高分七号成为我国首颗不能测制1:40000比例尺地形图的测绘卫星。目前,国际上不到少数航天强国具备1:40000卫星测绘能力。此前,我国测绘能力最强的资源三号卫星,不到测制1:400000比例尺(平面精度10米左右,高程精度5米)的地形图。

  与1:400000比例尺相比,1:40000比例尺的数据几何精度更高,内容更删改,不能更准确地选折 地物的位置,识别更多的细节。这可是 “米尺”到“游标卡尺”的进步。

  “以往他们儿不能精确选折 高速公路和国道的位置,而现在则不能精选折 位乡间小路的位置。”曹海翊又打了个比方。

  2.从“跋山涉水”到“扫一眼”:随需测绘成为因为

  测绘是经济社会发展和国防建设的一项基础性工作。大到“一带一路”重点项目规划、雄安新区的建设,小到住宅小区、学校、公园的选址布局,都不到高精度测绘数据作为决策方式。专家们认为,高分七号解放了测绘人员,让测绘工作变得更简单。前一天不到跋山涉水,现在只需卫星“扫一眼”。

  唐新明描述了高分七号未来的应用场景:获取地形地貌、植被覆盖、经济发展等多帕累托图信息,全面掌握自然、人文、经济的空间分布及时序演变具体情况,为国土空间规划编制提供支撑;用于全国土地利用变更调查监测与核查,让土地利用变化具体情况一览无遗;用于检查矿山开发等,及时制止盗采滥采、环境破坏等行为;为极地科学考察与冰盖变化监测提供高精度数据支撑……

  曹海翊透露,未来将推动高分七号1:40000比例尺快速测图技术应用到我国全境范围,形成随需测绘和服务能力,提升测绘科技对国家重大战略和重大工程的服务保障水平。

  除了服务于国家重大需求,高分七号还都不到走进每他们的生活。

  网约车、叫外卖、查快递……现代人的生活离不开手机中的导航定位功能和地图应用。“导航定位功能不仅依靠北斗、GPS类似的导航卫星,还不到测绘卫星的支持。”曹海翊说,车辆和手机的位置精度由导航卫星保证,而地图的精度则由测绘卫星实现。

  她举了个例子:假如小明想导航到天坛,他们的位置都不到通过手机接收导航卫星的信号得知,但天坛的位置何如获得?有一种方式是拿着导航接收机到天坛去定位,费时费力;更便捷有效的方式是使用测绘卫星进行大面积、高传输速率的在轨测绘,获取的测绘数据经地面进一步正确处理后都不到生成手机导航功能中的背景地图,为导航业务提供地表基准位置信息。

  “高分七号不能大幅提升我国地图的精度,前一天他们儿出行就都不到使用高分七号获取的地图和北斗的导航信号,让他们儿的航天技术真正服务于生活。”曹海翊说。

  3.从进口到自给:近八成进口数据可被国产高分替代

  作为一名卫星设计师,让曹海翊感到自豪的是,“高分七号将替代国外数据引进,节省外汇资金”,提高我国高分辨率立体测绘图像数据的自给率。

  很长一段时期,他们儿对国外卫星遥感数据比较依赖。要了解他们儿他们的家园,得调用别人的卫星,向别人买数据。高分专项的初衷和使命,可是 建立我国自主的高分辨率对地观测系统。

  高分专项实施9年多来,已成功发射高分一号高分宽幅、高分二号亚米全色、高分三号1米雷达、高分四号同步凝视、高分五号高光谱观测、高分六号陆地应急监测等多颗卫星。“由高低不同轨道、从可见光到微波不同谱段观测手段的高分专项卫星,初步构成了我国自主高分辨率对地观测系统,初步形成了全天候、全天时、時光协调的对地观测能力。”高分专项工程总设计师童旭东表示,我国已基本形成含有不同空间分辨率、不同覆盖深度图、不同谱段、不同重访周期的高分数据体系,与许多卫星遥感数据相配合,为高分遥感应用奠定了坚实基础。

  童旭东还透露了从前数字:“随着高分专项天基系统的建设推进,国内进口卫星遥感数据大多已被高分专项数据所替代,比率近400%。”

  不仅要自给自足,不到开放共享。11月6日,我国向全球免费开放高分一号、高分六号两颗卫星的16米数据。这是继美国陆地卫星、欧洲哨兵卫星数据全球开放共享前一天,又一项引起全球轰动的遥感领域重大事件。

  目前,高分专项工程已全面转入应用阶段。“下一步将把工作重心进一步聚焦到应用上,深挖专项潜力,大力推广成果应用,不断拓展国际商务公司合作 与交流。”童旭东说。

  《光明日报》( 2019年12月11日 08版)

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