卫星摄影测量

卫星摄影测量(6) 主要使用各种焦距的可见光照相机、红外照相机和多光谱照相机对地球进行摄影，以取得大量有研究价值的地球照片和资料 ，根据获取的图 像和信息进行分析 、判释和几何处理，绘成地图或提供地球资源、地球环境保护和军事情报等方面的信息。

在制图中的应用，主要是用于地形图的修编与更新、影像地图的制作和专题地图的编制。

“知天知地，胜乃可全。”我国古代军事家孙子用简单八个字道出了取胜的秘诀——通晓天时，熟知地利。然而，这八个字在古代却因为科学技术的落后，常常是难以完成的任务。如今，伴随着现代航天测绘技术的发展，古人所期盼的“千里眼”终于变为现实。

2010年8月24日，我国首颗传输型立体测绘卫星天绘一号01星成功发射，实现了我国传输型立体测绘卫星零的突破。巧合的是，两年后的8月24日，天绘一号02星圆满完成110天的在轨测试任务，和天绘一号01星一起，首次实现测绘卫星的组网运行。双星影像经无缝拼接后，测绘覆盖宽达110公里，极大地提高了测绘效率和几何控制能力，加快了测绘区域影像获取速度。这是我国航天领域的重大突破，对促进我国测绘事业具有里程碑意义，标志着我国已全面掌握传输型立体测绘卫星的关键技术，为我国后续航天测绘卫星的发展奠定了坚实基础。

银河添新秀，天绘写华章。截至2012年9月底，天绘一号01星已获取全球区域立体影像21万余景，地理影像约8亿平方公里，有效覆盖全球陆地面积已达46%，我国陆地面积约95%。在国防建设的大舞台上，天绘一号精确地理影像数据服务已经开始发挥效能，在上合组织“和平使命”军演、新疆反恐维稳、盈江和彝良地震等重大事件应急保障中，天绘成果全面开花。在如火如荼的国民经济建设大潮中，天绘更是大显身手，已经为国土测绘、水利电力、交通运输、城市规划、土地利用、资源普查、灾害监测等部门的90余家用户提供了2万余景、面积达7千万平方公里的各级各类遥感影像数据，广泛应用于土地、农业、林业、矿产、环境。古人所盼望拥有的遥望千里、目观八方、万里之内、纤毫毕现的神通已经实现！

天绘一号卫星的测绘相机分系统包括三线阵LMCCD立体测绘相机、三台高精度星敏感器和四谱段多光谱相机。立体测绘相机是正视相机、前视相机和后视相机的统称，其连续推扫的影像可以构建5米分辨率的立体测量模型，其中正视相机焦面上还装有4个小面阵CCD，用于提高无地面控制条件下的测绘定位精度。测绘相机采用像方远心的亚对称光学系统，光学系统成像质量好。镜头前端设计有碳纤维复合材料遮光罩，用于消除相机对地成像时进入镜头内部的杂散光，也有利于减轻相机质量。相机共应用了线阵、面阵、TDICCD传感器共计16片，是我国光学有效载荷图像传感器最多的。

在这个共计5台独立光学载荷构建的测绘相机组合体中，正视相机、前视相机和后视相机互成角度装入测绘基座安装孔内，多光谱相机安装在测绘基座正视相机底部的安装腔内，3个星敏感器分别安装在星敏支架顶部斜面上，通过星敏支架安装到测绘基座顶部，有效保证了测绘相机的内部几何关系。打造天绘一号“千里眼”的专家们告诉笔者，三线阵CCD立体测绘相机相互几何位置关系的稳定性是保证相机在轨工作的前提条件，因此，构建测绘相机的支撑结构——测绘基座的结构形式和几何稳定性是三线阵CCD立体测绘相机研制工作中的关键环节之一。

天绘一号卫星的高分辨率相机具有分辨率高、覆盖范围宽、寿命长等特点，与三线阵CCD立体测绘相机相结合，可对同一地区进行高分辨率影像获取，增强地物的详细测绘和修测能力，提高卫星的整体应用价值。

为保证相机的内部几何精度，在国内首次研制采用了0.5秒转台和大口径长焦距平行光管，对相机内方位元素和相机间坐标系关系进行了精密几何标定，为测绘应用提供高精度的摄影测量参数。

天绘一号卫星开创了小卫星搭载光学相机数量多和重量轻的先河，为国家节省了大量研制经费。目前，天绘一号01星在轨运行两年来，各相机运行稳定，未出现任何故障。^[1]

上世纪70年代初期，总参测绘局启动航天摄影测量技术研究。时隔不久，成立了以王任享为组长的“卫星摄影测量”总体设计组。王任享和他的攻关小组群策群力，充分发挥集体智慧与个人的创造性，向一个个摄影测量技术难题攻关。在项目的研究过程中，大家对卫星定位知识知之甚少，只是在国外的摄影测量杂志上看过一些关于登月的报道，大家只有摸索着前进。辛苦的付出，没有换来丰硕的果实，却给他们带来了沉重的打击，课题研究被迫终止。

1980年王任享在荷兰进修期间，我国正进行第一代返回式卫星摄影测量研究。他意识到这是卫星摄影测量学发展趋势，必须立即加以研究。1981年，王任享提出了利用美国的MAPSAT的三线阵CCD影像进行空中三角测量，降低对姿态稳定度的要求，使之可在我国卫星工程所实现的建议，并撰写了《线性阵列相机的影像进行空中三角测量的可行性》论文。此时的王任享内心极度焦虑。那段时间，他把自己关在办公室，不停查找问题的症结，历经几个月的反复实践和论证，终于攻克相机的技术！于是，课题组重新上马。

1989年4月，在工程人员的共同努力下，我国第一颗返回式摄影测量卫星成功返回地面，地面接收系统接收到卫星胶片资料，经过冲洗和相片纠正处理，我国第一张卫星影像地图问世，标志着我国的摄影测量技术登上了卫星摄影测量的台阶。

从理想到现实

2007年10月24日，嫦娥一号踏上奔月之旅，实现了中华民族的千年奔月梦想，“嫦娥奔月”从传说变成现实。

嫦娥一号卫星是中国科学院的重大工程，将卫星送到距地球38万公里的月球上空，对卫星的有效载荷重量要求十分苛刻。这项工程首要目标是获取月球的三维影像并作几何仿真反演，初期方案是采用两台面阵相机作交向摄影，由于两台相机太重，卫星难以负担，攻克这一技术难题的路在何方？

关键时刻，王任享给出意见：用一台相机就可以解决“嫦娥”一号的立体影像获取技术难题。将相机重量减轻了二分之一，成功获取了第一幅月面图像。

现如今，航天遥感测量的成果已广泛应用于军事领域，利用航天遥感测量技术获取地理空间信息，成为现代测绘的重要手段；利用卫星上的红外遥感器感测和跟踪导弹发射飞行轨迹，可以争取到比远程预警雷达系统长得多的预警时间。

王院士说：“我这一生十分幸运，伴随着共和国成长与壮大，我学习了航空摄影测量专业，在科研生涯中参加了我国卫星摄影测量主要国家工程，目睹了我国进入航天摄影测量主要国家行列。”

战斗力的“倍增器”

一直以来，人们可能还没有走出一种认识 “误区”：军事测绘工作，不就是测出几个点，画出几幅图，标出几条线吗？它与部队的战斗力又有什么联系呢？

随着时代文明的进步，军事测绘工作已脱离传统的测绘方式在我军信息化战争的建设中发挥着越来越大的作用。

在酒泉卫星发射中心，随着“3 2 1 点火！”的口令，长征火箭运载着卫星射向苍穹，经过不断的飞行，从太空带回我们需要的数据。

据专家介绍说，如果说战略武器为我们解决了“枪”和“弹”的问题，那么，航天摄影测量技术则解决了“靶心”的问题。我们的返回式卫星获取的正射影像，通过平差计算、匹配量测等手段，将数据装入战略武器的“数据方舱”，使战略武器有了一双“火眼金睛”，在武器打击目标的过程中可以自动进行影像匹配修正，寻找到正确的坐标和方位，直击“敌军”要害，成为战斗力的“倍增器”。

去年10月，由某军区组织的代号为“火力 2009”的信息化条件下炮兵、防空兵精确打击实兵实弹演练，在某训练基地展开。只见空中测量平台飞抵作战区域悬停，地面三维图像随之实时传输至指挥所显示屏。随着战斗命令依托指挥信息系统链路传送至各炮兵群、队，一发发精确制导弹药向“敌阵地”发起火力突击、火力支援和火力围歼。不到30分钟，“敌”前沿阵地的碉堡、火力点、通信枢纽等目标被一一命中摧毁。在这次演练中， 卫星影像数据在其中发挥了精确打击的“引擎”作用，测绘兵的先进技术正引领兵种建设全面迈向精确打击时代。

随着世界航天测量技术的未来走向，王院士又给我们描绘了一幅未来我国航天测量的蓝图：随着航天遥感测绘技术的进一步发展，我国研制的传输型遥感测绘卫星技术，将为指挥员多层次、多角度、全天候和实时地掌握战场态势提供有力支撑。利用航天摄影测量技术，不但可以满足远程武器和巡航导弹等精确制导武器的测绘保障需求，而且是建立数字化战场的主要数据源。