在國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心有這樣一群人，他們就在這個(gè)距離上對(duì)地球“畫(huà)”出了精準(zhǔn)的坐標(biāo)，并且創(chuàng)造了平面精度優(yōu)于3米、高程精度優(yōu)于2米的業(yè)績(jī)。他們依托軌道高度500公里環(huán)繞地球飛行的資源三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，完成的國(guó)產(chǎn)民用高分辨率立體測(cè)圖衛(wèi)星測(cè)繪和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。1月10日，衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心副主任唐新明作為團(tuán)隊(duì)代表，在北京人民大會(huì)堂舉行的2013年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，從黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人手中領(lǐng)取了光榮的獎(jiǎng)勵(lì)證書(shū)。
記者在采訪時(shí)，唐新明更多的時(shí)候在強(qiáng)調(diào)外界對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星項(xiàng)目的關(guān)懷和支持：“國(guó)家測(cè)繪地理信息局領(lǐng)導(dǎo)多次親臨一線(xiàn)指導(dǎo)幫助我們，局領(lǐng)導(dǎo)為資源三號(hào)衛(wèi)星的立項(xiàng)和研制反復(fù)與相關(guān)部門(mén)溝通、協(xié)調(diào)，多次到衛(wèi)星研制部門(mén)視察慰問(wèn)，反復(fù)強(qiáng)調(diào)測(cè)繪衛(wèi)星的意義和重要性，為衛(wèi)星的發(fā)射傾注了大量的心血。局黨組的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)是我們干好這項(xiàng)工作的重要保證。國(guó)防科工局、發(fā)改委、國(guó)土資源部等單位向資源三號(hào)衛(wèi)星給與了最大力的支持。中國(guó)航天科技集團(tuán)為研制發(fā)射資源三號(hào)衛(wèi)星付出了艱辛的勞動(dòng)。武漢大學(xué)、中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院等許多科研單位和各省測(cè)繪地理信息局等單位協(xié)助做了大量工作。龔健雅院士直接參與項(xiàng)目的策劃和設(shè)計(jì)，陳俊勇、李德仁、劉先林、寧津生、劉經(jīng)南、張祖勛等測(cè)繪學(xué)科的院士為資源三號(hào)的建設(shè)付出了大量的努力。沒(méi)有局黨組的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)、沒(méi)有各部門(mén)的鼎力支持，沒(méi)有院士和專(zhuān)家的振臂高呼和參與，我們是無(wú)法取得今天的成績(jī)的。”
其實(shí)，作為團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)頭人，他是資源三號(hào)衛(wèi)星工程應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師。在他的努力下，我國(guó)衛(wèi)星測(cè)繪和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的跨越發(fā)展。
打破衛(wèi)星影像的瓶頸
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，地球空間信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)高分辨率遙感影像的需求異常迫切：要實(shí)現(xiàn)多種分辨率衛(wèi)星遙感影像對(duì)陸地國(guó)土的必要覆蓋。陸地國(guó)土1∶5萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息覆蓋率達(dá)到95%以上，年更新率爭(zhēng)取達(dá)到20%；1∶1萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息實(shí)現(xiàn)必要的覆蓋，年更新率爭(zhēng)取超過(guò)20%;內(nèi)海水域與領(lǐng)海基礎(chǔ)地理信息覆蓋率達(dá)到80%以上。
要滿(mǎn)足以上規(guī)劃的要求存在巨大的困難,其中原始影像的貧乏成為巨大的制約因素。因此，建設(shè)我國(guó)長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)自主的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，發(fā)展我國(guó)高分辨率立體測(cè)圖衛(wèi)星，顯得十分必要和緊迫。而衛(wèi)星測(cè)圖是當(dāng)代測(cè)繪科技發(fā)展的必然趨勢(shì)，是我國(guó)測(cè)繪事業(yè)以及國(guó)家安全保障的迫切需求，也是一個(gè)國(guó)家對(duì)地觀測(cè)水平的重要標(biāo)志。但長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)衛(wèi)星影像的精度不高，基本無(wú)法測(cè)圖，與國(guó)外相比存在巨大差距。我國(guó)一直依靠航空影像和國(guó)外衛(wèi)星影像進(jìn)行測(cè)圖，國(guó)產(chǎn)高精度衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)也成為制約我國(guó)測(cè)繪和地理信息發(fā)展的最大瓶頸。
黨中央、國(guó)務(wù)院對(duì)此高度重視，李克強(qiáng)總理在視察中國(guó)測(cè)繪創(chuàng)新基地時(shí)指出，要盡快發(fā)展我國(guó)的立體測(cè)圖衛(wèi)星。國(guó)家測(cè)繪地理信息局和國(guó)家國(guó)防科工局將資源三號(hào)為代表的測(cè)繪衛(wèi)星系列列入我國(guó)航天事業(yè)的中長(zhǎng)期規(guī)劃。
2012年1月9日，資源三號(hào)衛(wèi)星在太原衛(wèi)星發(fā)射中心騰空而起，中國(guó)的民用高分辨率立體測(cè)圖衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了“零的突破”，由此也開(kāi)啟了中國(guó)航天測(cè)繪發(fā)展的新紀(jì)元。隨后的幾天里，記者在衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心見(jiàn)證了資源三號(hào)衛(wèi)星工程應(yīng)用系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)師唐新明和同事們繪制第一幅地形圖的每一個(gè)細(xì)節(jié)。確認(rèn)平面與高程精度都優(yōu)于3米，測(cè)繪精度超過(guò)了國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星后，唐新明深感欣慰：“說(shuō)明我們之前的大量工作沒(méi)有白費(fèi)，高精度立體才是這顆衛(wèi)星的核心和靈魂”。
在此之前，我國(guó)高分辨率立體衛(wèi)星影像完全被國(guó)外壟斷，1:5萬(wàn)衛(wèi)星測(cè)繪數(shù)據(jù)源基本依賴(lài)國(guó)外衛(wèi)星。資源三號(hào)成功應(yīng)用不久，國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的價(jià)格就大幅下降，從每平方公里40元降至6元左右。初步估算，這一項(xiàng)目已經(jīng)為國(guó)家節(jié)省了大量外匯。更重要的是，這一技術(shù)跨越對(duì)維護(hù)國(guó)家安全具有重大意義。
衛(wèi)星測(cè)繪夢(mèng)想成真
面對(duì)計(jì)算機(jī)上衛(wèi)星實(shí)時(shí)軌道圖和一幅測(cè)制好的日喀則地區(qū)的地形圖，唐新明向記者介紹說(shuō)：“衛(wèi)星測(cè)繪，簡(jiǎn)單說(shuō)就是對(duì)衛(wèi)星拍攝的遙感影像進(jìn)行檢校、幾何和輻射處理，使衛(wèi)星這個(gè)千里眼‘看’到的與實(shí)際地理情況盡可能地吻合。”這個(gè)衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)，就像是處于地面的“大腦”，對(duì)天上的“眼睛”看到的情景進(jìn)行加工分析，哪里是山脈、河流、植被，在哪個(gè)位置，形態(tài)如何，通過(guò)精細(xì)處理得到更精確的地球面貌。
“整個(gè)系統(tǒng)涉及數(shù)千項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致誤差。”唐新明解釋。由于衛(wèi)星在發(fā)射過(guò)程中會(huì)受到運(yùn)載火箭巨大的震動(dòng)沖擊，進(jìn)入軌道后又處于太空環(huán)境，溫度、壓力會(huì)發(fā)生很大變化，這些因素都引起衛(wèi)星的有效載荷和技術(shù)參數(shù)發(fā)生變化。比如衛(wèi)星的指向偏了0.1度，地面精度就會(huì)影響800多米。“也就是說(shuō)，天上發(fā)生這么一點(diǎn)微小的偏差，中南海在地圖上的位置就要到西單了。”唐新明說(shuō)。還有衛(wèi)星上的陀螺的漂移、相機(jī)CCD拼接等等微小的變化都會(huì)導(dǎo)致圖像與實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。
“但是這些因素導(dǎo)致的誤差都混合在一起，你并不知道每個(gè)因素對(duì)最終產(chǎn)生的總誤差影響。”因此，唐新明帶領(lǐng)著團(tuán)隊(duì)對(duì)相關(guān)難點(diǎn)技術(shù)展開(kāi)了攻關(guān)研究。從2003年開(kāi)始，集中對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)、軌道、相機(jī)系統(tǒng)等衛(wèi)星關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行仿真，建立了資源三號(hào)衛(wèi)星影像的成像模型，同時(shí)在地面建立了高精度的衛(wèi)星幾何檢校場(chǎng)，對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，在數(shù)千次的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，確保了接收到第一軌資源三號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)后，即采用這個(gè)模型生產(chǎn)出了滿(mǎn)足精度要求的影像產(chǎn)品。
在這個(gè)項(xiàng)目攻關(guān)過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)完成了近百個(gè)設(shè)計(jì)方案和論證試驗(yàn)，終于達(dá)到了令人激動(dòng)的測(cè)繪精度指標(biāo)：無(wú)地面控制點(diǎn)條件下的測(cè)繪平面精度提高90倍，即從原來(lái)的900米提高到10米，高程精度優(yōu)于5米，可直接滿(mǎn)足1:5萬(wàn)丘陵、山地和高山地的精度要求;稀少地面控制點(diǎn)條件下的測(cè)繪平面精度優(yōu)于3米，高程精度優(yōu)于2米，全面超過(guò)了1:5萬(wàn)立體測(cè)圖衛(wèi)星設(shè)計(jì)指標(biāo)，可用于1:2.5萬(wàn)測(cè)圖，甚至1:1萬(wàn)部分地理信息的更新，總體上優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星的水平。
開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星測(cè)繪成果應(yīng)用先河
唐新明表示，目前資源三號(hào)應(yīng)用系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、業(yè)務(wù)化生產(chǎn)，能實(shí)現(xiàn)當(dāng)天接收數(shù)據(jù)、當(dāng)天完成處理，業(yè)務(wù)化生產(chǎn)水平也已完全與國(guó)際接軌。他說(shuō)：“我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次建立了覆蓋全國(guó)的高精度控制點(diǎn)影像庫(kù)，影像數(shù)據(jù)接收以后，可以直接進(jìn)行控制點(diǎn)比對(duì)融合。以前一天處理一兩幅圖，現(xiàn)在每天處理10多幅以上，把正射遙感影像生產(chǎn)效率提高5倍以上的說(shuō)法還是比較保守的。”
經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的發(fā)展，現(xiàn)在系統(tǒng)已為測(cè)繪、國(guó)土、地礦、水利等眾多行業(yè)提供了5000萬(wàn)平方公里的影像，為全國(guó)1:5萬(wàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)更新工程、國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)、全國(guó)首次地理國(guó)情普查、海島礁測(cè)繪等國(guó)家重大項(xiàng)目提供了1500萬(wàn)平方公里的影像。除日常應(yīng)用之外，在四川蘆山地震、云南火災(zāi)、黃巖島事件等突發(fā)事件中，資源三號(hào)衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)也為應(yīng)急救災(zāi)、邊境維穩(wěn)提供數(shù)據(jù)支撐。
資源三號(hào)作為我國(guó)民用首顆高分辨率立體測(cè)圖衛(wèi)星，除在測(cè)繪行業(yè)發(fā)揮巨大作用外，在國(guó)土監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查、農(nóng)林水利、科研教學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用也產(chǎn)生了很大效益，實(shí)現(xiàn)了“一星多用”，與其他類(lèi)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星一起為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。比如，資源三號(hào)發(fā)射成功以來(lái)，已連續(xù)兩年中標(biāo)全國(guó)土地利用變更調(diào)查項(xiàng)目共計(jì)約340萬(wàn)平方公里的數(shù)據(jù)采集工作，被廣泛應(yīng)用于開(kāi)展土地變更調(diào)查、遙感監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)核查、衛(wèi)片執(zhí)法等工作。還為武漢大學(xué)、中科院遙感所等多家科研單位免費(fèi)提供了大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為相關(guān)科研人員開(kāi)展深入研究提供了數(shù)據(jù)保障。
“目前我們還是以滿(mǎn)足國(guó)家需求的公益型應(yīng)用為主，但是商業(yè)性的需求也越來(lái)越大。四維圖新等導(dǎo)航企業(yè)，利用資源三號(hào)衛(wèi)星影像開(kāi)展了導(dǎo)航電子地圖更新、外業(yè)采集路線(xiàn)設(shè)計(jì)等業(yè)務(wù)應(yīng)用，已經(jīng)逐步走入大眾的日常生活。”唐新明介紹，如今資源三號(hào)衛(wèi)星的成果更是走出國(guó)門(mén)，已向美國(guó)、澳大利亞等30多個(gè)國(guó)家、地區(qū)提供了450萬(wàn)平方公里的影像數(shù)據(jù)。
敢為人先拓荒路
談起資源三號(hào)衛(wèi)星，參與項(xiàng)目鑒定的專(zhuān)家認(rèn)為，項(xiàng)目打破了國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖和數(shù)據(jù)壟斷，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星從“有”到“好用”、從難以測(cè)圖到高精度立體測(cè)圖，從示范應(yīng)用到業(yè)務(wù)化運(yùn)行的根本性轉(zhuǎn)變，突破了航天攝影測(cè)量的一整套核心技術(shù)，形成了我國(guó)光學(xué)衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)體系，使我國(guó)一舉成為國(guó)際上少數(shù)幾個(gè)掌握成套衛(wèi)星測(cè)繪技術(shù)的國(guó)家。
篳路藍(lán)縷，勇于挑戰(zhàn)。作為國(guó)家測(cè)繪地理信息局衛(wèi)星測(cè)繪應(yīng)用中心副主任，資源三號(hào)衛(wèi)星工程應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師，唐新明主持編寫(xiě)了國(guó)家測(cè)繪衛(wèi)星十一五、十二五發(fā)展規(guī)劃草案，負(fù)責(zé)提出了我國(guó)民用測(cè)繪衛(wèi)星的研制總要求，完成了高精度測(cè)繪衛(wèi)星的總體論證和自主設(shè)計(jì)。主持開(kāi)展了測(cè)繪衛(wèi)星影像模擬與仿真技術(shù)研究，解決了衛(wèi)星總體技術(shù)指標(biāo)的誤差分解問(wèn)題，從根本上保障了衛(wèi)星總體技術(shù)指標(biāo)的精度控制。他提出了滿(mǎn)足我國(guó)測(cè)繪衛(wèi)星需求的高精度幾何檢校方案，負(fù)責(zé)研制了資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星在軌幾何標(biāo)定算法，突破了我國(guó)光學(xué)衛(wèi)星一體化幾何檢校的技術(shù)難題，全面實(shí)現(xiàn)了資源三號(hào)衛(wèi)星內(nèi)外方位元素的高精度在軌檢校和驗(yàn)證，結(jié)束了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星難以測(cè)圖的歷史。
負(fù)責(zé)起草了我國(guó)測(cè)繪衛(wèi)星發(fā)展規(guī)劃。全面分析了測(cè)繪對(duì)衛(wèi)星的需求，闡述了測(cè)繪衛(wèi)星的整體發(fā)展戰(zhàn)略，提出了發(fā)展我國(guó)高分辨率光學(xué)測(cè)繪衛(wèi)星、干涉雷達(dá)衛(wèi)星、激光測(cè)高衛(wèi)星和重力衛(wèi)星等測(cè)圖系列衛(wèi)星的宏偉藍(lán)圖。該規(guī)劃已經(jīng)被國(guó)家測(cè)繪地理信息局和國(guó)防科工局采納。資源三號(hào)順利立項(xiàng)并成功發(fā)射，民用測(cè)繪衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了零的突破，而資源三號(hào)后續(xù)星、高分七號(hào)等一批測(cè)繪衛(wèi)星也已成功立項(xiàng)，測(cè)繪衛(wèi)星家族正逐步走向繁榮壯大。
根據(jù)資源三號(hào)衛(wèi)星影像全色、立體、多光譜等數(shù)據(jù)特點(diǎn)，唐新明制定了資源三號(hào)衛(wèi)星測(cè)繪產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程，主持研發(fā)了附帶嚴(yán)密成像幾何模型和RPC模型的傳感器校正產(chǎn)品、系統(tǒng)幾何糾正產(chǎn)品、精糾正產(chǎn)品以及核線(xiàn)產(chǎn)品等不同等級(jí)、不同精度的測(cè)繪產(chǎn)品，負(fù)責(zé)制定了22項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程和產(chǎn)品規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)化生產(chǎn)運(yùn)行。
他特別向記者介紹了針對(duì)資源三號(hào)衛(wèi)星下傳的軌道、姿態(tài)、星敏以及陀螺數(shù)據(jù)，實(shí)施衛(wèi)星事后定姿、事后定軌技術(shù)方法。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，他提出的衛(wèi)星一體化聯(lián)合精密定軌方法和軌道系統(tǒng)誤差標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)了資源三號(hào)衛(wèi)星軌道事后精密確定，三維定軌精度達(dá)到3至4厘米。這項(xiàng)技術(shù)為高速、高效、高精度處理影像數(shù)據(jù)提供了良好條件。這項(xiàng)技術(shù)也引起了其他類(lèi)衛(wèi)星設(shè)計(jì)方的興趣，將被推廣應(yīng)用，最終提高我國(guó)衛(wèi)星的整體幾何定位精度。
自2004年獲荷蘭Twente大學(xué)地理信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用博士學(xué)位后，唐新明參與測(cè)繪衛(wèi)星研發(fā)應(yīng)用工作已經(jīng)10年之久。他在國(guó)內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物及國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文120余篇, 其中被SCI、EI收錄的論文40余篇。出版中文專(zhuān)著2部，英文專(zhuān)著1部，合著4部。取得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利5項(xiàng)，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利15項(xiàng)，軟件著作權(quán)登記32項(xiàng)。他在這個(gè)領(lǐng)域的成績(jī)也得到了業(yè)界的一致認(rèn)可：獲得2013年國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3次;國(guó)家測(cè)繪科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)1次、一等獎(jiǎng)2次、二等獎(jiǎng)1次;國(guó)土資源科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1次。
采訪最后記者獲悉，我國(guó)計(jì)劃在資源三號(hào)之后用10年至15年時(shí)間建立測(cè)繪遙感衛(wèi)星體系。目前3顆資源三號(hào)后續(xù)測(cè)繪衛(wèi)星已納入國(guó)家相關(guān)規(guī)劃，2014年力爭(zhēng)發(fā)射資源三號(hào)02星，實(shí)現(xiàn)兩顆資源三號(hào)測(cè)繪衛(wèi)星組網(wǎng)運(yùn)行。我國(guó)的“測(cè)繪衛(wèi)星”家族將越來(lái)越興旺，衛(wèi)星測(cè)繪事業(yè)也將發(fā)展得越來(lái)越快，也必將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和“中國(guó)夢(mèng)”的最終實(shí)現(xiàn)做出更大的貢獻(xiàn)。“未來(lái)我們將具備每天獲取全球任一點(diǎn)高分辨率影像數(shù)據(jù)的能力!”唐新明對(duì)這套測(cè)繪衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)的期待更強(qiáng)烈。(吳寶成)
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