在高分辨率測繪衛(wèi)星建設(shè)中，自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心總工程師唐新明帶領(lǐng)他的團隊突破航天攝影測量的一系列核心技術(shù)瓶頸，建立了高精度光學(xué)衛(wèi)星立體測圖理論和技術(shù)體系，推動了我國航天測繪的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新。以資源三號、高分七號為標(biāo)志的中國衛(wèi)星測繪技術(shù)的重大突破和融合應(yīng)用，正持續(xù)推動著自然資源領(lǐng)域的效率變革。
自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用中心總工程師唐新明，是資源三號衛(wèi)星工程應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師、高分專項應(yīng)用系統(tǒng)副總設(shè)計師。他和他的團隊在攝影測量與航天測繪方面的探索突破，使我國衛(wèi)星測繪能力實現(xiàn)兩次階梯式跨越，精度和質(zhì)量達到國際前列。
“測繪衛(wèi)星要在新型基礎(chǔ)測繪、自然資源調(diào)查監(jiān)測、國土空間規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)、地質(zhì)礦產(chǎn)及海洋開發(fā)保護等方面發(fā)揮重要作用，破解傳統(tǒng)光學(xué)遙感衛(wèi)星難以解決的自然資源管理難題。”唐新明說，這是當(dāng)代測繪人的初心和使命。
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2016年8月，唐新明（右二）率領(lǐng)團隊在內(nèi)蒙古進行資源三號02星之一次激光在軌檢校。
從1:5萬到1:1萬精確測量大地
民用高分辨率測繪衛(wèi)星就位之前，我國衛(wèi)星影像定位精度和影像質(zhì)量不高。其定位誤差有時甚至超過1公里，常常需要數(shù)十個甚至上百個控制點，才能進行較高精度的平面糾正。為此，我國不得不花巨資長期、大量采購國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行測圖。
“國產(chǎn)高精度衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)，一度是制約我國測繪和地理信息發(fā)展的更大瓶頸。”唐新明說，衛(wèi)星測圖是當(dāng)代測繪科技發(fā)展的必然趨勢，是測繪事業(yè)發(fā)展乃至國家安全的迫切需求，要以國家需要為科研導(dǎo)向，將測繪科學(xué)與航天等其他科學(xué)結(jié)合，突破成規(guī)開拓創(chuàng)新。
2008年，資源三號衛(wèi)星工程正式立項，唐新明團隊立足航天攝影測量的技術(shù)前沿，突破了高分辨率立體測圖衛(wèi)星從總體技術(shù)指標(biāo)設(shè)計到幾何檢校以及立體測圖等一系列技術(shù)難題。資源三號衛(wèi)星影像比原來國產(chǎn)資源衛(wèi)星的直接定位精度提高了近百倍，產(chǎn)品可全面滿足1:5萬和1:2.5萬立體測圖精度要求，終結(jié)了我國遙感衛(wèi)星難以測圖的歷史。“國產(chǎn)衛(wèi)星測繪實現(xiàn)了‘從無到好’的技術(shù)跨越，是我國測繪行業(yè)技術(shù)進步的劃時代標(biāo)志。”當(dāng)時測繪業(yè)界如此評價。
資源三號數(shù)據(jù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了我國1:5萬測繪從依賴國外衛(wèi)星到使用國產(chǎn)衛(wèi)星的根本性變革，使國外同類衛(wèi)星產(chǎn)品的價格在國內(nèi)下降一半以上，據(jù)此測算，多年來為國內(nèi)應(yīng)用機構(gòu)節(jié)省上百億元人民幣。
2020年，隨著高分七號的入列，我國衛(wèi)星立體測圖比例尺跨入1:1萬，精度達到亞米級。在自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺上，高分七號拍攝的一幅幅影像有著油畫般的立體感，影像分辨率達到0.65米，建筑物在地圖上不再只是一個方格，而是一個個“三維模型”，獲取的地物信息和1:5萬比例尺相比，內(nèi)容更豐富、表達更細(xì)膩。
“我們利用高分七號衛(wèi)星繪制珠穆朗瑪峰地區(qū)的1:1萬比例尺地圖，及時為2020珠峰高程測量登頂提供了地形參考。”唐新明說。
關(guān)鍵核心技術(shù)實現(xiàn)自主可控
高精度幾何檢校是衛(wèi)星能否測圖的前提，這是國外不公開的核心技術(shù)。
以前，資源一號無控制點定位精度是1公里，資源二號無控制點定位精度達到200米，而當(dāng)時國外同類衛(wèi)星無控制點定位精度在10米以內(nèi)。資源三號衛(wèi)星工程攻關(guān)時，唐新明團隊提出了天地一體化幾何檢校技術(shù)和幾何檢校場建設(shè)方案，研制了高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星的幾何檢校系統(tǒng)，創(chuàng)新建立了國內(nèi)更高精度的成像幾何模型，實現(xiàn)了測繪衛(wèi)星的高精度事后定姿和定軌，影像直接定位精度達10米以內(nèi)。
高分七號的創(chuàng)新在資源三號基礎(chǔ)上更上層樓，經(jīng)過8年努力，實現(xiàn)了1:1萬立體測圖技術(shù)的全面突破。“高分七號，在高分系列中也是測圖精度要求更高、技術(shù)難度極大的科研型衛(wèi)星。”唐新明團隊根據(jù)衛(wèi)星和載荷，針對衛(wèi)星姿態(tài)處理、雙線陣相機檢校、激光測高技術(shù)等開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。
聚焦測繪功能特殊性，高分七號首次采用“雙線陣相機立體測圖+雙波束激光測高”的復(fù)合體制。兩臺線陣推掃成像相機前后形成夾角，模擬動物雙眼立體視覺功能，疊加激光測高儀進行改善。在無地面控制點條件下，高分七號衛(wèi)星的平面精度達到7.2米, 高程精度達到1.2米，在少量控制點的情況下，衛(wèi)星測繪的平面和高程均可達到0.5米。“激光測高精度在檢校區(qū)域達到0.1米，這是一個了不起的成就，與國外先進的激光測高衛(wèi)星精度相當(dāng)。”唐新明介紹。
“三調(diào)”中對坡耕地的調(diào)查，利用高分七號立體測圖可將坡度計算得非常精確，走向、分布立體式呈現(xiàn)，一目了然。此外，在農(nóng)作物種植面積計算、地物要素識別、退耕還林還草、自然保護區(qū)管理方面，高分七號同樣可以大顯身手。
3D大片的應(yīng)用推動效率變革
近年來，資源三號星座有力保證了我國高分辨率立體測繪數(shù)據(jù)長期穩(wěn)定獲取，已經(jīng)在自然資源、生態(tài)環(huán)境、交通水利、防災(zāi)減災(zāi)等十幾個行業(yè)進行著工程化、業(yè)務(wù)化應(yīng)用，完成5億平方公里的影像和地形等三維立體數(shù)據(jù)，應(yīng)用單位2000多家，相關(guān)產(chǎn)品為全國300多個省市縣節(jié)點提供了軟件和數(shù)據(jù)一體化解決方案。
“科技創(chuàng)新從來沒有像今天這樣深刻影響著測繪領(lǐng)域，從來沒有像今天這樣深刻影響著自然資源事業(yè)。”唐新明說，現(xiàn)代測繪作為履行自然資源“兩統(tǒng)一”核心職能的基礎(chǔ)，以“鼎新”帶動“革故”，創(chuàng)新每上一個臺階，就會產(chǎn)生裂變式的效能，為治理體系和治理能力現(xiàn)代化作出貢獻。
高分辨率航天測繪，業(yè)界形象地比作給地球拍攝3D大片，當(dāng)下的重頭戲就是建設(shè)實景三維中國，以更好地服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)。同時，相關(guān)測繪技術(shù)廣泛應(yīng)用，與自然資源調(diào)查監(jiān)測、國土空間規(guī)劃技術(shù)融合，正不斷優(yōu)化自然資源管理“兵力”配置，自然資源督察執(zhí)法中各專項整治有了“天眼”加持，才能切實做到早發(fā)現(xiàn)、早制止、嚴(yán)查處，提高管理效能。
高分辨率衛(wèi)星測繪還將推動地信產(chǎn)業(yè)發(fā)展，如以高分七號影像做底圖對路況進行精準(zhǔn)計算，可用于高精度的導(dǎo)航電子地圖制作和更新。利用三維影像支撐開展各專項規(guī)劃，水庫、道路等基礎(chǔ)設(shè)施有了立體數(shù)據(jù)，工程測算更加高效……國民經(jīng)濟各領(lǐng)域的應(yīng)用，將深刻改變社會生活。
唐新明介紹，衛(wèi)星測繪極大增強了我國獨立獲取與處理全地表范圍的高精度影像的能力。同時，我國正在為“一帶一路”沿線國家提供有力的空間信息支撐，資源三號數(shù)據(jù)和部分高分衛(wèi)星2米分辨率影像已向40多個國家常態(tài)化提供，產(chǎn)品將進一步為世界地理信息資源建設(shè)服務(wù)。
“當(dāng)然，新時代基礎(chǔ)的測繪技術(shù)和應(yīng)用還要直面許多問題。”唐新明說，如在衛(wèi)星測圖規(guī)模化應(yīng)用中，還需繼續(xù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)體系、數(shù)據(jù)集成，持續(xù)擴大社會化服務(wù)領(lǐng)域，讓國內(nèi)、國際有關(guān)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)生“化學(xué)反應(yīng)”。而這也正是唐新明和他的團隊今后努力的方向。
