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地球的“3D大片”來了 高分七號衛星首批影像圖發布

地球的“3D大片”來了 高分七號衛星首批影像圖發布

2019年12月10日 11:48 來源:人民日報客戶端參與互動參與互動

  今天,我國首顆民用亞米級高分辨率光學立體測繪衛星——高分七號拍攝的首批衛星影像圖正式亮相,揭開了這顆發射時頗為低調的“高分家族”新成員的神秘面紗。

  高分七號是一顆什么樣的衛星?有哪些神奇的本領?未來將發揮什么作用?本報記者進行了采訪解讀。

  高分七號是顆什么樣的星?——定位精度最高的測繪衛星,可為地球繪制立體圖像

  高分七號的全稱是“高分辨率國土測繪衛星”,是高分辨率對地觀測系統重大專項(簡稱高分專項)的重要組成部分,也是目前高分專項系列衛星中測圖精度要求最高的科研型衛星。今年11月3日,高分七號在太原衛星發射中心成功發射,11月5日在軌開機工作并獲取了首批衛星影像。高分七號的成功,標志著我國跨入1:1萬比例尺航天測繪新時代,已達到國際先進水平。

  簡單地說,高分七號是一顆測繪衛星,主要用于我國1:1萬立體測圖生產及更大比例尺基礎地理信息產品的獲取和更新。中國航天科技集團有限公司中國空間技術研究院高分七號衛星總設計師曹海翊進一步解釋,“測繪衛星就是精確測量大地的尺子,如果把以往其他通用遙感衛星比作米尺,那么高分七號就是一把游標卡尺,能夠高精度地測量地物的平面位置和高度。”

  那么,這個高精度具體是什么含義?

  曹海翊說,我國以往衛星的測繪精度是1:5萬比例尺,高分七號能達到1:1萬比例尺,對地物的平面定位精度優于5米,測高精度優于1米。也就是說,高分七號對于地面物體的平面定位精度誤差在5米以內;而之前1:5萬比例尺時代,衛星對地物的平面定位精度誤差在20米左右。“因此,高分七號能夠更準確地定位地物的位置、識別更多的細節。打個比方,以往我們能夠定位比較寬闊的高速公路和國道的位置,現在則能夠精確定位鄉間小路的位置。”

  除了定位精準,高分七號還有一項神奇的本領——能給地球拍攝“3D”大片。

  自然資源部國土衛星遙感應用中心總工、高分七號衛星應用系統副總設計師唐新明介紹,與一般光學遙感衛星只能拍攝平面圖像相比,高分七號可以繪制立體圖像,投入使用后,建筑物在地圖上不再只是一個方格,而是一個個三維“模型”。“高分七號配置1臺雙線陣相機和1臺激光測高儀,測高精度和定位精度是目前國內最高的。不僅能夠拍出高清晰度的地表圖片,還能明確圖中每一個像素點的橫豎坐標位置。因此,高分七號能夠高效地繪制地面地形模型,甚至是城市三維模型。”

  國防科工局重大專項工程中心主任、高分專項工程總設計師童旭東表示,高分七號衛星是實現國家高分辨率對地觀測能力的重要標志之一。目前只有少數航天強國具備1:1萬比例尺的衛星測繪能力,高分七號的發射將進一步凸顯我國航天大國的國際地位。

  高分七號能做什么?——雄安新區建設、冬奧會場館選址等都需要高精度測繪數據

  作為一顆測繪衛星,高分七號的牽頭主用戶為自然資源部,其他用戶包括住房和城鄉建設部、國家統計局等。也就是說,高分七號將滿足測繪、住建、統計等用戶在基礎測繪、全球地理信息保障、城鄉建設監測評價、農業調查統計等方面對高精度立體測繪數據的迫切需求,意義十分重大。

  “測繪是經濟社會發展和國防建設的一項基礎性工作,隨著我國經濟發展加快,城鄉結構劇變、農業用地變化、自然災害頻發,測繪地理信息系統建設、地理國情監測、住房和城鄉建設、國家統計應用等業務都對1:1萬比例尺測繪數據產品提出了迫切的需求。”曹海翊表示,高分七號的投入使用將實現我國民用大比例尺測繪衛星從整星研制到圖像應用領域的全方位突破,從而在國民經濟建設等眾多應用領域產生直接的經濟和社會效益。

  專家舉例說,大到一帶一路重點項目規劃、雄安新區的建設、冬奧會場館的選址,小到住宅小區、學校、公園的選址布局,都需要大量高精度測繪數據作為決策依據。以往是大量測繪人員跋山涉水、手提肩扛,甚至是冒著生命危險到實地執行任務,人力耗費大、持續時間久。而高分七號發射之后,可以短短幾分鐘就完成原來幾個月甚至幾年才能完成的任務。

  唐新明介紹,高分七號在高精度立體測繪、自然資源監測等領域具有獨特的應用優勢,是各級資源主管部門和政府獲取自然資源現狀數據和動態變化數據的重要支撐。“比如全國土地利用變更的調查監測與核查,利用衛星數據就能動態掌握全國年度土地利用現狀變化情況,及時更新國家級土地調查數據庫。再比如對礦產資源開發現狀、礦山開發占地等的巡查工作,能夠強化事中監管、動態掌握礦產資源開發情況,可以及時發現問題,及時制止礦山開發盜采濫采、越界開采以及環境破壞等違法行為。甚至對極地探測都有很大幫助,通過挖掘高分七號衛星激光測高儀在北極海冰厚度變化監測應用的潛力,能夠為我國開展極地科學考察與應對全球氣候變化提供相應的數據支撐。”

  那么,高分七號在普通百姓的日常生活中有應用嗎?

  專家表示,目前,導航地圖的應用已經深入民眾生活。快遞、外賣、叫車,現代人的生活方式離不開手機APP中的導航功能。導航功能不僅僅依靠北斗、GPS之類的導航衛星,還需要測繪衛星的支持。

  “舉個例子,假如小明想導航到天壇,自己的位置可以通過手機接收導航衛星的信號得知,那天壇的位置是怎么知道的呢?一種方法是拿著GPS接收機到天壇去定位一下,但這樣費時費力;更便捷有效的方法就是使用測繪衛星進行大面積、高效率的在軌測繪,獲取的測繪數據經地面進一步處理后生成手機導航功能中的背景地圖,為導航業務提供地表基準位置信息。”曹海翊告訴記者,高分七號將大幅提升我國地圖的精度,以后大家出行就可以使用高分七號獲取的地圖和北斗的導航信號,讓航天技術真正服務于人民生活。

  “高分家族”有多厲害?——我國已構建起穩定運行的高分衛星遙感系統

  高分七號衛星可以說是“高分家族”的“老小”,隨著它的成功發射,我國的高分專項工程7型衛星“七戰七捷”,初步構建起了穩定運行的高分衛星遙感系統。

  專家介紹,“高分家族”里的衛星“各有千秋”。其中,高分一號和高分二號都是光學成像遙感衛星,只是高分二號全色和多光譜分辨率都提高了一倍。高分三號是家族中唯一一個微波遙感衛星,高分四號為地球同步軌道上的光學衛星。高分五號不僅裝有高光譜相機,而且擁有多部大氣環境和成分探測設備。高分六號與高分一號擁有相似的載荷性能。

  童旭東告訴記者,高分專項實施9年來,我國低軌遙感衛星分辨率由高分專項實施前最高2.1米提高到0.65米,靜止軌道遙感衛星分辨率由千米級提高到50米,低軌遙感衛星設計壽命由3年大幅提高到8年,重點突破了一系列技術瓶頸,推動我國遙感衛星技術跨上新的臺階,極大提高了我國天基對地觀測水平。

  目前,由高低不同軌道、從可見光到微波不同譜段觀測手段的高分專項衛星,初步構成了我國自主高分辨率對地觀測系統,形成了全天候、全天時、時空協調的對地觀測能力。“隨著高分專項天基系統的建設進程,國內進口衛星遙感數據接近80%已被高分專項數據替代,遠超高分專項實施方案規定的60%的目標。”童旭東說,高分專項實施前,僅有國土、林業、測繪等8個行業、北京等少數幾個區域開展遙感衛星應用,現在高分專項數據已在20個行業、31個區域得到廣泛應用,成為國家治理體系和治理能力現代化的重要信息技術支撐。

  特別需要指出的是,高分專項已成為我國國家航天局在衛星遙感領域進行雙邊、多邊合作的重要抓手,促進了中俄、中巴(西)、中埃(及)、中印(度)等合作協議、大綱、諒解備忘錄的簽訂和實施,為開展“一帶一路”空間信息走廊、金磚五國星座計劃、亞太空間合作組織多任務小衛星星座等論證工作奠定堅實基礎。以高分七號為例,不僅滿足了我國對高分辨率衛星影像的需求,還能滿足亞太地區、非洲、南美等國家對高分辨率衛星影像的需求,極大地提高我國的國際地位,并進一步推動國際合作。

  今年11月6日,我國首次面向國際社會免費開放高分一號、高分六號兩顆衛星的16米全球數據,是繼美國陸地衛星、歐洲哨兵衛星數據全球開放共享之后,又一項引起全球轟動的遙感領域重大事件,國際社會和相關國際組織給予高度評價,為構建人類命運共同體,落實《聯合國2030年可持續發展議程》,提供了中國智慧和中國方案,也使國際社會享受到了飛速發展的中國航天成果。

  【延伸閱讀】

  1、2013年4月26日,首發星高分一號成功發射。衛星配置2臺全色2米分辨率相機,拼接幅寬60千米;4臺多光譜16米分辨率相機,拼接幅寬800千米,實現了中分辨率與大幅寬相結合的觀測能力。

  點評:高分一號衛星視野廣闊,一眼下去覆蓋800公里,4天即可完整觀測地球一遍,航天科研人員稱其是“大幅寬成像”。

  2、2014年8月19日,高分二號成功發射。衛星配置2臺分辨率優于1米的相機,拼接幅寬45千米,標志我國民用航天遙感真正進入亞米級“高分時代”。

  點評:高分二號可以用“目光銳利”來形容,如果說地球上的小轎車在高分一號衛星的眼中還只是一個黑點的話,那么,高分二號衛星已經能分辨出小轎車是兩廂還是三廂了。

  3、2015年12月29日,高分四號成功發射。衛星配置1臺大面陣凝視相機,單景幅寬優于400千米,可實現對我國及周邊區域的近實時成像,其50米×50米的分辨率,是目前世界上地球同步軌道衛星中最高的。

  點評:高分四號是世界首顆地球靜止軌道高分辨率成像遙感衛星。它不像高分一號衛星和高分二號衛星那樣在600—700公里的近地軌道環繞地球“奔跑”,而是站在距地36000公里的地球同步軌道上相對靜止地駐留凝望,可以對某一目標區域持續進行觀測。

  4、2016年8月10日,高分三號成功發射。衛星配置1部C頻段多極化合成孔徑雷達,最高分辨率可達1米,相比光學觀測衛星具有全天時、全天候成像優勢,其11種成像模式是目前世界上同類衛星中最多的。

  點評:高分三號最大的特點就是具備全天時、全天候的成像能力,不管白天或黑夜、晴空或雷雨多云,隨時都能對地成像,尤其適合應用于防災減災。

  5、2018年5月9日,高分五號成功發射,衛星配置了2臺陸地觀測相機和4臺大氣觀測設備,光譜覆蓋紫外到長波紅外,光譜分辨率優于5納米,是世界上首次在一顆衛星上實現對陸地和大氣的高光譜綜合觀測。

  點評:高分五號是國內光譜分辨率最高的衛星,可以使光譜與圖像結合為一體,探測物質的具體成分,可以為環境監測、資源勘查提供高光譜數據。

  6、2018年6月2日,高分六號成功發射。衛星配置了2臺相機,1臺可實現全色2米分辨率90千米幅寬成像、1臺可實現多光譜16米分辨率800千米幅寬成像,并首次為農業應用配置了2個“紅邊”觀測譜段。高分六號與高分一號組網運行,全球觀測的時間分辨率由4天提高至2天。

  點評:高分六號可以說是真正意義上的“中國農業一號衛星”,首次安裝的紅邊波段傳感器能有效反映作物等植被特有的光譜特性,農業觀測更細更精準。

  人民日報客戶端馮華 葉傳增

  (供圖:國家航天局對地觀測與數據中心)

【編輯:于曉】
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