摘要:测绘是建设地理空间信息数字框架的基础,各国都将地理空间基础数据建设作为重中之重。欧美多国在20世纪就已经掌握测绘卫星研制技术,中国也已经建立了对地观测体系。高分辨率影像获取技术正在逐步取代测绘中很多应用,中国测绘卫星的研制能力和应用水平尚需不断提高,以满足国家对基础地理信息的需求。
1、引言
测绘即对地理要素或人工设施进行空间位置和形状尺寸的测定、表述及其数据的处理。测绘是建设地理空间信息数字框架的基础,人类活动中涉及到全局性或战略性的事件,大部分都与地理空间信息相关[1]。因为地理空间信息是围绕方位的基础信息,涉及到国家安全和经济发展的各个领域,所以各国都将地理空间基础数据建设作为重中之重。
现在测绘方法是以计算机和通讯网络为基础,以遥感技术和定位技术为核心的新型技术体系。卫星测绘已经成为现代地理空间数据获取的重要手段,卫星测绘可实时采集地理信息,获取高分辨率影像。高分卫星作为遥感卫星的代表,是推动空间地理信息化的主要力量,正在对中国测绘产业的发展产生深远影响。
2、国内外现状
欧美多国在20世纪就已经掌握测绘卫星研制技术,目前亚洲的日本、印度、泰国也都拥有本国测绘卫星,并且印度的测绘卫星为分辨率2.5m的高分辨测绘卫星。高影像分辨率和高空间分辨率传感器不断应用到测绘卫星上,目前世界上最高分辨的测绘卫星GeoEye系列卫星由美国研制[2]。除了光学测绘卫星外,其他新型的测绘卫星也在不断涌现,比如激光测绘卫星、重力卫星、干涉雷达卫星等。
目前,中国也已经建立了对地观测体系,包含资源、海洋、气象等多种卫星,在国土资源和防灾减灾等领域发挥着重要作用。中国自主研发的高分辨率测绘卫星资源三号,配备了分辨率2.5m的全色相机,在国土资源信息详查和自然资源调查等领域发挥了巨大作用。中国仍属于发展中国家,测绘卫星的星系运作能力与国际先进技术仍存在一定差距,测绘部门对地理信息有着迫切需求,必须大力发展自主测绘卫星的研制。
3、高分辨率技术优势
测绘技术正在多样化,无论是全球卫星定位测绘技术,还是数字遥感影像技术,高分辨率影像获取技术正在逐步取代测绘中的很多应用。中国早期的遥感影像技术存在很多不足,在测量几何图形和测量范围的能力有限,高分辨率技术的发展弥补了这些不足。高分辨率技术的精准性在测绘领域的前景可观,高分辨率影像可以充分展示地表物体的细节特征,便于识别和提取。高分辨率影像有很强的高程信息功能,可以提取出更高精度的高程信息[3,4]。目前,卫星影像的地表分辨率正在快速提高,由前些年的10m、5m,已经提高到近几年的2m、1m、0.6m等。
高分辨率技术的优势在于地物纹理信息丰富,纹理信息是指物体表面的规律性结构组织或排列属性,这种结构组织具有不断重复和非随机排列的特点,在纹理区域内均匀统一。地物纹理信息描述了影像中目标监测物的表面性质,能够体现全局特征性质信息。
高分辨率技术的优势还在于成像光谱波段多,成像光谱是相机在获取地表目标影像的同时,同时能够获取反映目标的连续和光滑的光谱曲线。光谱成像是利用物质对不同波段电磁波的吸收或辐射特性,在普通的平面成像基础上,增加一组光谱信息。因为地表目标物体的成分不同,所以,对应的光谱也有区别。
高分辨率技术的优势还在于重访时间短,高分辨率卫星可以实现侧摆拍摄,能够更快回访同一地表目标所在区域。卫星在运行在各自的轨道中,重访拍摄是为了监测地表目标物体在短时间内的变化。高分辨率卫星的侧摆拍摄优势使得其重访时间较短,对于短时间内的目标物体变化情况监测效果较好。假如采用普通卫星进行重访,通常需要调用其他多颗卫星进行配合,并且由于天气变化因素,24h内的重访很难实现。
4、高分卫星的测绘应用
经过了10多年的快速发展,中国已经形成了国产高分辨率观测体系,包括高分一号、高分二号、高分三号雷达卫星、高分四号静止轨道卫星、高分五号高光谱卫星、高分六号、高分七号、环境系列卫星、天绘卫星、实践九号、资源系列卫星、高景一号卫星等[5]。测绘卫星的类型如图1所示。
图1测绘卫星的类型图
太原发射中心在2019-11用长征四号运载火箭将高分七号卫星发射入轨,高分七号卫星自按照规划开展服务后运行平稳,高分影像获取能力优秀,载荷工作运转良好。高分七号卫星是一颗高分辨率国土测绘卫星,是高分专项工程中的重要卫星之一,是中国首颗民用亚米级的高分辨率测绘卫星。以往高分卫星的最大比例尺为1∶50000,高分七号卫星立体测绘比例尺达1∶10000,较前者的测绘能力有显著提高,高分七号卫星的载荷指标参数如表1所示。
表1高分七号卫星载荷指标参数
高分七号卫星配备了双线阵相机和激光测高仪器,双线阵相机用来获取地表监测目标的重叠影像,用于制作立体影像;激光测高仪器配备有波长1064nm的激光光束,适合用于地形复杂的地表测绘,目前高程定位精度尚需进一步提高。高分七号卫星与之前的测绘卫星相比,其先进点在于地表建筑物或山脉,在测绘地图上不再是多个方格,而是立体的真实模型。
2012年中国第一颗民用高分辨率测绘卫星资源三号升空,资源三号上配备了四台不同功能的相机,用于获取三线阵立体影像,包括一台分辨率2m的全色相机,两台分辨率3.5m的全色相机和一台分辨率5.8m的多光谱相机。虽然资源三号已经具备覆盖全国的高分影像数据获取能力,但是其主要用于进行重点区域的地表数据获取。高分七号卫星载荷配备相当于是资源三号卫星的升级,资源三号卫星已经能够绘制1∶50000比例尺地图,而高分七号卫星可以绘制1∶10000比例尺地图。
5、结论
目前,中国正处于高分卫星测绘事业发展的关键阶段,机遇和挑战都是前所未有。测绘是高分卫星应用的重要领域,信息化测绘体系正在积极建设,同时数字中国地理空间框架也在迅速开展。当前中国是航天大国而非航天强国的国情仍未改变,测绘卫星的研制能力和应用水平尚需不断提高,以满足国家对基础地理信息的需求。测绘局专门成立了卫星测绘应用中心,航天测绘行业正在积极深入的进行高分卫星测绘技术的攻关,为国土资源和国民经济发展提供准确可靠的测绘数据和服务。
参考文献:
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2021-12-15我要评论
期刊名称:测绘
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主管单位:四川省测绘地理信息局
主办单位:四川省测绘学会,四川省测绘局
出版地方:四川
专业分类:科学
国际刊号:1674-5019
国内刊号:51-1711/P
创刊时间:1978年
发行周期:双月刊
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