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唐新明 国家测绘地理信息局卫星测绘应用中心 2011年11月,国产测绘卫星关键技术和应用系统,主要内容,测绘卫星规划 资源三号卫星测绘关键技术 卫星测绘应用,遥感影像是测绘的基础,监测地理国情,信息化测绘体系建设,最基本的数据源遥感影像,地理信息产业发展,测绘公共 服务,测绘任何一个方面的业务工作都离不开最基本的数据源，即遥感影像的支持,国务院关于加强测绘工作的意见,地面分辨率：Landsat系列（80米）- TM（30米）- SPOT1/2/4（10米）-SPOT5 HRS（105米）-SPOT5 HRG（2.5米）-IKONOS（1.0米）-QuickBird（0.6米）-WorldView（0.5米）GeoEye-1（0.41米） 高质量：高信噪比，高几何和辐射分辨率（大于8比特/像素）；全色立体（同轨/异轨）+多光谱；高地面覆盖率 形成了覆盖全球的各种分辨率的卫星影像序列:卫星测图比例尺由1:25万，10万 1:50000，1:1万甚至是1:5000 开创了快速，持续，大范围卫星测图的时代： 为快速获取/更新国家和省级基础地理信息技术体系带来革命性的变化,高分辨率光学卫星,雷达卫星,世界雷达卫星百花齐放 加拿大、美国、欧空局、德国、意大利以及日本等国家都拥有自己的高质量雷达卫星,Radarsat,美国航天飞机SRTM系统,美国航天飞机雷达地形测绘任务（SRTM）是迄今唯一成功的天基单航迹InSAR系统。 总体指标： C/X双频SAR； 空间分辨率：30m30m； 绝对精度：水平20m，垂直16m； 相对精度：水平15m，垂直6m； 测绘带宽：C频段225km，X频段50km。 运行轨道： 类型：一般倾角圆轨道； 高度：233km； 倾角：57； 发射时间：2000年2月11日；运行时间：11天4小时8分。,美国航天飞机SRTM系统,有效载荷： 主天线（继承SIR-C/X-SAR）：长12m，宽3.5m（L+C+X）； 副天线：6m，可双向调整； 天线支撑臂： 长度：60m； 稳定性：伸展：50mm；转动：0.3；挠曲：75cm； 姿态控制： 动力学参数在轨辨识，对控制器参数进行修订； 姿态控制精度：0.1； 姿态与轨道确定（AODA）： 平台定位精度：1m； 平台定姿精度：滚动与偏航：1；俯仰：1.2； 双天线相对姿态：5 ； 轨道保持控制：每天1次，每次1.5km。,姿态稳定度：0.01；,基线长度测量精度：2mm；,干涉SAR卫星,干涉SAR实现地形测绘必须具备以下条件： 确保SAR图像相干性：影响图像相干性有以下因素 基线或几何关系 多普勒中心偏移 地面物体散射 相关参数精确测量：影响高程测量有以下参数 轨道高度H 雷达斜距R 基线B 基线倾角,雷达系统热噪声 两次观测时间间隔 配准处理误差,激光雷达卫星,星载激光雷达三足鼎立，美国、欧洲和日本研制投入较多，其中欧美开发研究时间较早 美国2003年发射ICESAT卫星，搭载的地学激光测高系统GLAS在陆地上的主要用于测定全球的陆地地形，作为地形图和数字高程模型的参考基准,ICESAT,ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite),ICESat 卫星星载地学激光测高系统GLAS指标,重力卫星及其应用,重力卫星 2000年德国发射了高低卫星跟踪卫星CHAMP 2002年由美德合作的低低卫星跟踪卫星GRACE 2009年欧洲空间局发射了载有重力梯度仪的GOCE重力卫星,CHAMP,GOCE,我国测绘卫星发展规划,生态环境,城市测绘,国土资源,重大工程,制作各种影像产品,防灾减灾,决策支持,科研教育,高分辨率立体测图（资源三号）卫星 是我国第一颗民用测绘卫星！ 国务院已经于2008年3月批准立项 2011年12月发射,资源三号卫星,主要技术参数 XX-3平台（姿态稳定度，两台双频GPS，3台高精度星敏感器，高精度陀螺等） 有效载荷采用“31”方案 正视相机分辨率2.5米 前、后视相机分辨率4米 多光谱相机分辨率8米，4个谱段 幅宽均为51公里 轨道高度505公里 寿命41年 2011年在太原发射 1：5万测图精度（平面25米，高程5米）,卫星任务,实现1:5万卫星立体测图，形成资源三号卫星的规模化、业务化处理能力 建设卫星测绘技术体系，为国家提供安全可靠和高精度的数据源，为国民经济发展提供服务，促进产业化推广和应用,资源三号的技术难点,高程精度：5米。 是技术难度极大的一颗卫星,资源三号卫星关键技术,卫星轨道高精度模拟和事后定轨 遥感影像压缩和质量评价 资源三号卫星成像模拟 资源三号卫星几何成像模型 星地一体化几何检校关键技术 三线阵立体测图 资源三号卫星影像管理技术 快速影像服务技术 三维动态应用,卫星轨道高精度模拟,初步建立了空间轨道动力学仿真的数学模型； 完成了太阳同步轨道设计与分析，实现了高精度轨道递推/预报部分功能（考虑地球非球形摄动、大气阻力摄动）； 为资源三号卫星业务运行管理、影像分析与地面检校、成像模型研究、卫星在轨标定等提供了重要的技术基础,卫星轨道高精度模拟,卫星轨道高精度模拟,ZY-3卫星定轨仿真试验,不同定轨策略下轨道精度结果统计,精度事后定轨,研究轨道质量综合评价方法,CHAMP、GRACE卫星动力轨道与SLR比较的残差RMS,精度事后定轨,（a）原始影像,“高山地”的原始影像经过压缩后原始影像和压缩影像的对比以及局部放大效果：,（b）原始影像放大效果,不管是采用JPEG2000还是SPIHT压缩算法，对于“高山地”在8:1压缩比下的重建影像和原始影像相比已经发生了明显的失真， 清晰程度下降 山脊线变得模糊或消失 出现分块效应 说明影像质量已经严重损坏,遥感影像压缩和质量评价系统,压缩质量评价方法已经得到科工委和行业认可 多数遥感卫星已采用测绘提出的指标,全色模拟影像,多光谱模拟影像,蓝,绿,红,近红外,立体影像模拟,西藏拉萨地区后视影像（GSD=3.47米）,西藏拉萨地区前视影像（GSD=3.47米）,西藏拉萨地区正视影像（GSD=3.47米）,资源三号严密成像几何模型,基于JB6 有理函数模型几何纠正,x=3.5471,y=3.0340,中巴资源卫星02B几何校正实验,选取2007年10月16-11月7日获取的11景影像共66个控制点数据进行精度评定,基于SPOT5严密成像模型几何纠正,x=1.2830,y=0.6921,高精度事后定姿技术 内方位元素测试和检校 外方位元素精化 天地一体化的几何检校 几何检校场,几何检校和几何检校场,需标定参数及影响精度因素,内方位元素精度 内方位元素相机内部部分 （标定精度） 相机在本体安装矩阵精度 （标定精度） 外方位元素线元素 双频GPS+SLR定轨精度（动态精度） GPS相位中心在本体坐标系中的三个平移量精度（标定精度） 26基地提供的J2000轨道精度（动态精度） 外方位元素角元素 星敏陀螺联合定姿精度（动态精度） 星敏安装矩阵（标定精度） 陀螺联合定姿精度（动态精度） 陀螺安装矩阵（标定精度）,几何检校,导航星均匀选取方法 原始SAO星表与导航星选取后实验结果,（1）原始导航星分布（SAO）,（2）选取后导航星分布,导航星选取前后恒星分布对比（SAO，VMT=7.0）,高斯拟合方法对星图进行提取,原始星图,单张星图（五院提供）提取结果,几何检校,两种高精度的姿态确定算法,加入0.1pixel的像点坐标位置误差 给定姿态：alpha = 282.72 sigma = -79.9 kappa = 82.0,通过姿态精度比较可知，Quest方法精度最高,不同姿态确定方法精度比较,几何检校,高精度几何检校试验,内方位元素检校,内方位检校列方向上的残差 内方位检校行方向上的残差,标定精度优于0.3个像元,外方位元素解算,高精度几何检校试验,外方位元素检校前利用系统参数对地目标定位的精度（米）,外方位元素检校后利用系统参数对地目标定位的精度（米）,圆形=主要检校场，三角形=次要检校场，菱形=废弃检校场 SPOT的全球分布检校场,-SPOT检校,几何检校场,全国范围分析,气象数据：全国30年（1971-2000年）累年平均总云量分布图,资源三号几何检校场选址分析,初步满足地形和云量区域,资源三号几何检校场选址,国内内外方位元素检校场位址,海量遥感影像和管理,卫星影像快速纠正平台,精纠正级影像产品 正射级影像产品,遥感影像 控制点数据库,RawData 原始影像,DEM 数字高程模型,自动纠正平台,国产遥感卫星无控制定位精度低,一景环境遥感卫星影像横跨500多幅五万地形图,遥感影像纠正需要大量的控制资料,传统遥感影像纠正效率低下,影像快速纠正,自动正射影像服务平台,地理信息应用和服务,多种卫星影像的快速纠正服务 资源卫星1-2公里 环境减灾800米 LANDSAT卫星：200米 SPOT卫星：50米 资源三号卫星：120米,在线可视化查询,影像控制点在线浏览,主要功能 数据采集 特征点自动识别、属性数据自动/半自动录入 数据管理 在线可视化管理平台，浏览、查询、编辑、数据维护备份 影像服务 准实时快速响应、多种服务模式 处理精度 高精度自动匹配，根据不同用户类型与级别，提供相应级别纠正精度,自动正射影像服务平台,影像控制点自动匹配,影像控制点在线浏览,主要特点： 新旧数据的匹配 不同分辨率的匹配 已在二调中实验,自动正射影像服务平台,遥感影像自动纠正系统,水库溃坝模拟,地形和水文模型的结合 三维地理信息和动态系统的组合 SPH并行计算 三维水体模拟：流速、流向 三维水面模拟 精确度90% 计算村庄、道路等被淹没的时间。,测绘卫星，技术复杂，天地一体化程度高,数据量大，是减灾环保卫星应用系统5-7倍,开展立体测图，处理过程复杂，处理技术要求高,精度要求高，高程精度优于5米,应用系统满足业务化运行要求,特点,资源三号卫星应用系统特点,数字正射影像产品,1、测绘遥感 影像产品,2、数字地形 产品,立体产品,精纠正产品,4D产品,精纠正立体影像产品,立体影像产品,数字线划图,数字高程模型,数字栅格图,卫星测绘产品（1）,正射纠正产品,数字表面模型,核线影像产品,3、专题产品,基础专题产品,行业专题产品,卫星测绘产品（2）,融合影像产品,坡度图,三维可视化产品,正射影像立体 配对片产品,坡向图,城镇变化图,植被指数图,地表覆盖图,水资源分布图,交通要素图,洪水淹没 模拟场景图,城市规划 模拟场景图,应用系统功能,4年总数据存储量为5.3PB CCD探元的指向角标定到0.3像元，事后姿态处理相对精度优于1，1:5万高程精度达到5米 研制8个分系统58个子系统，业务产品处理能力为120台高性能计算集群以及相应服务器和工作站 每天生产3类22种测绘产品，年生产的产品总量满足测绘业务需求的35 门户网站支持最大日访问量40000次/日；支持最高同时在线人数1000人 业务中心建设面积7546平米，异地备份机房改造面积234 平米,应用系统总体指标,资源三号业务流程,系统每天接收数据量（总计）,信息量分析,系统每天生产数据量（总计）,业务应用系统建设-组成,资 源 三 号 卫 星 业 务 系 统,业务运行管理分系统,影像分析与地面检校分系统,影像处理与应用分系统,立体测图产品生产分系统,数据管理分系统,数据分发服务分系统,产品质量监督与评价分系统,国土资源应用分系统,应用系统架构,应用系统内部接口,常规模式下,应急模式下,应用系统外部接口,数据库设计,数据产品生产的标准规范,系统基础数据规范,资源三号卫星测绘术语 资源三号卫星应用系统数据分类编码标准 资源三号卫星测绘元数据标准 资源三号卫星测绘数据字典,资源三号卫星数据产品规范 资源三号卫星数据产品生产技术规范 资源三号卫星数据产品质量控制技术规范 资源三号卫星几何检校技术规范,系统集成与应用软件 开发技术规范,资源三号卫星应用系统信息系统集成技术规范 资源三号卫星应用系统软件开发技术规范 资源三号卫星应用系统信息系统接口技术规范,测绘遥感影像产品检查验收标准规范 数字地形产品检查验收标准规范 专题产品检查验收标准规范,数据产品质量标准规范,数据库设计规范 数据库安全保障技术规范 数据存储技术规范 数据产品归档技术规范 数据库备份与恢复技术规范 资源三号卫星应用系统数据管理与维护制度,数据共享与交换标准规范,立体影像数据交换技术规范 立体影像数据共享标准规范 立体影像数据产品网络分发规范,数据库设计与管理规范,标准规范：6类23种,业务应用系统建设-支撑体系,高