21世紀以來，許多國家都在大力發展空間遙感，建設高解析度的地球觀測系統。在高解析度對地觀測系統重大專項工程的指導下，中國高分遙感成像技術不斷取得突破和進步，高分遙感衛星發展勢頭強勁，已經形成了一個相對穩定、完善的高分地球觀測系統。高分遙感衛星的發展極大地促進和豐富了現代測繪技術和方法。
為總結回顧我國高解析度遙感衛星的發展和測繪應用，同時分析十年來中國高分項目的成就和不足，李德仁院士、王密教授、蔣捷教授聯合撰寫了學術論文China’s high-resolution optical remote sensing satellites and their mapping applications，系統回顧了我國高解析度遙感衛星的發展現狀、成圖模式及應用，並探討全球和無地面控制的高解析度地球觀測系統的發展趨勢，為我國高解析度遙感衛星的後續發展提供參考。
Deren Li, Mi Wang & Jie Jiang(2020) China’s high-resolution optical remote sensing satellites and their mapping applications, Geo-spatial Information Science， DOI: 10.1080/10095020.2020.1838957
以下為論文主要研究內容：
回顧我國高解析度遙感衛星的發展。從與他國聯合製造到自主研發，我國發射的遙感衛星的空間解析度、波段數和回訪周期不斷提高，觀測的光譜範圍和覆蓋範圍不斷擴大。
概述我國商用高解析度遙感衛星的發展。目前我國的商用高解析度遙感衛星星座主要包括TripleSat、吉林一號、珠海一號、SuperView-1系列衛星等。
以國內典型測繪衛星ZY-3、GF-7為例，闡述高解析度光學衛星的測繪模式及其應用。此外，還展示了單線陣/面陣測繪衛星的成像模式及其特點。
文中還列出了中國高解析度遙感衛星和中國商用遙感衛星的主要參數。
近年來，我國高解析度遙感衛星發展不斷取得重大進展，單星性能不斷提高，多星組網成為趨勢，商用衛星應用穩步推進。
然而，全球覆蓋和地圖更新的任務仍然艱巨：
無地面控制測圖系統有待進一步發展
雷達衛星幹涉測量、雷射高度計等新的測圖技術必須不斷突破，以補充傳統的光學衛星測圖手段
高解析度遙感衛星觀測系統有待進一步完善，以更好地服務於測繪應用。
這為後續十年中國高分系統的發展和中國遙感衛星測繪應用的方向指明了道路。
「高分項目於2010年啟動實施，建設獨立先進的高解析度遙感衛星，顯著促進了整個遙感產業基礎技術水平的提高，帶動了我國高解析度衛星的廣泛發展。
The GaoFen project was launched and implemented in 2010 to build an independent and advanced HREOS, significantly promoting the improvement of the basic technology level of the entire remote sensing industry and driving the widespread development of high-resolution satellites in China (Zhao 2019).
「在過去的十年中，中國自主研發、發射和運行了多個系列的高解析度衛星，包括資源系列（ZY）和高分系列（GF）。與國外的技術差距正在縮小，甚至達到世界同類衛星發射的領先水平。
私營企業越來越多地參與遙感衛星的商業化，從而豐富了獨立的高解析度遙感數據源。
形成了以高分衛星為首，集國內各類衛星於一身的高解析度遙感影像系統，提高了獨立高解析度遙感數據的充足率和數據採集的及時性。
Over the past decade, China has independently developed, launched, and operated multiple series of high-resolution satellites, including ZiYuan series (ZY) and GaoFen series (GF) (Xu, Gong, and Wang 2014). The technology gap with foreign countries is narrowing, even reaching the leading level of similar satellites launched by other countries in the world. Private enterprises are being increasingly involved in the commercialization of remote sensing satellites, thus enriching independent high-resolution remote sensing data sources. China’s HREOS, led by GaoFen satellites and gathering various domestic satellites, has been formed to improve the sufficiency rate of independent high-resolution remote sensing data, as well as the timeliness of data acquisition.
「2012年，中國第一顆民用高解析度光傳輸測繪衛星ZY-3發射升空。
它配備的三線陣相機（TLC）可以實現三視立體成像，最低點解析度為2.1 m，正視圖和後視圖解析度為3.5 m。ZY-3立體影像可以生成比例尺為1:5萬的地形圖。
2016年，ZY-3 02衛星發射，與發射的ZY-3衛星組網運行。前後向圖像的解析度由3.5m提高到2.5m。
In 2012, the first civilian high-resolution optical transmission mapping satellite of China, ZY-3, was launched (Li 2012). The Three-Line Array Camera (TLC) it is equipped with can achieve three-view stereo imaging with a resolution of 2.1 m in nadir view and 3.5 m in forward view and backward view.
ZY-3 stereo images can be used to produce a topographic map with a scale of 1:50,000. In 2016, ZY-3 02 satellite was launched, operating in a network with the launched ZY-3 satellite. The resolution of the forward and backward images increased from 3.5 m to 2.5 m.
「2015年，吉林一號系列衛星中的4顆用一枚火箭發射。吉林一號是中國第一顆真正獨立的商用遙感衛星系列……經過9次發射，吉林一號星座的16顆衛星在軌運行並形成網絡，每天可重訪世界任何地方5-7次，為各個領域提供了充足的遙感數據。
In 2015, four of the Jilin-1 series satellites were launched with one rocket. Jilin-1 is China’s first truly independent commercial remote sensing satellite series.……After 9 launches, 16 satellites of Jilin-1 constellation are in orbit and operate in a network，which can revisit any place in the world 5–7 times a day, providing sufficient remote sensing data for various fields.
「SuperView-1衛星星座是中國首個能夠實現高敏捷性和多模成像的商用衛星星座。BSVT負責該星座的全球商業運營。它將於2022年建成。
The SuperView-1 satellite constellation is China’s first commercial satellite constellation that can achieve high agility and multi-mode imaging. BSVT is responsible for the global commercial operation of this constellation. It will be completely built by 2022.
「基於攝影測量原理，高解析度光學衛星測圖主要是通過在同一區域的不同視點上獲取同一軌道或不同軌道的視覺立體圖像來完成高程測量。映射模式有三種主要形式：TLC、DLC和SLC/SAC。
Based on the principle of photogrammetry, mapping by a high-resolution optical satellite mainly complete the elevation survey by obtaining the same-orbit or different-orbit visual stereo images from different views in the same region. Mapping modes have three main forms: TLC, DLC, and Single-Line Array/Area Array Camera (SLC/SAC).
「SLC和SAC的立體成像模式分別如圖6和圖7所示。在衛星沿一條軌道飛行的過程中，衛星的成像姿態被調整，而SLC則沿衛星的飛行方向推動和掃描同一物體。
在姿態條件允許的情況下，SLC可以獲得具有多個基高比的圖像對。SAC無需推掃，一次曝光即可獲得一幅圖像。通過姿態調整，SAC還可以實現同一區域的多視點成像。
The stereo imaging modes of SLC and SAC are shown in Figures 6 and 7, respectively. During a satellite’s flight along one orbit, the imaging attitude of the satellite is adjusted, while the SLC pushes and scans the same object along the satellite’s flight direction. With attitude conditions permitting, SLC can obtain image pairs with multiple base-height ratios. SAC does not need to push and scan and one exposure can obtain one image. Through attitude adjustment, SAC can also achieve multi-view imaging for the same region.
李德仁 武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授、學術委員會主任。1991年當選中國科學院院士，1994年當選中國工程院院士。他在德國斯圖加特大學獲得博士學位，2008年被授予瑞士ETH榮譽博士稱號。主要研究方向包括攝影測量學和遙感學、全球導航衛星系統、地理信息系統及其創新集成和應用。
Deren Li is a professor and chair of the Academic Committee of the State Key Laboratory for Information Engineering in Surveying, Mapping, and Remote Sensing, Wuhan University. He was selected as a member of Chinese Academy of Sciences in 1991 and a member of Chinese Academy of Engineering in 1994. He got his PhD degree from University of Stuttgart, Germany. He was awarded the title of honorary doctor from ETH, Switzerland in 2008. His research interests include photogrammetry and remote sensing, global navigation satellite system, geographic information system, and their innovation integrations and applications.
王 密 武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室教授。2001年獲武漢大學博士學位。他的研究方向包括高解析度遙感衛星地面處理以及攝影測量學和地理信息系統的集成和快速更新。
Mi Wang is a professor at the State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping, and Remote Sensing, Wuhan University. He received the PhD degree from Wuhan University in 2001. His research interests include high-resolution remote sensing satellite ground processing and the integration and rapid update of photogrammetry and GIS.
蔣 捷 北京建築大學地理信息與城市空間信息學院教授。2000年獲中國礦業大學（北京）博士學位。主要研究方向包括衛星遙感信息提取、網絡地理信息服務、室內外導航地理數據模型等。
Jie Jiang is a professor at School of Geomatics and Urban Spatial Informatics, Beijing University of Civil Engineer and Architecture. She received the PhD degree from China University of Mining and Technology (Beijing) in 2000. Her research interests include satellite remote sensing information extraction, network geographic information service, and indoor and outdoor navigation geographic data model.
圖4 中國高山測繪成果：（a）高精度繪圖結果；（b） Nanga Parbat地區測繪結果。這一繪圖結果將與1930年至1980年代德國繪製的歷史地圖以及ESRI使用其他衛星圖像和軟體繪製的地圖進行比較。稍後將分析該地區近幾十年來的環境變化。
*****以下為全文渣翻，強烈建議閱讀英文全文*****
1957年，前蘇聯發射了世界上第一顆人造衛星，開啟了從太空觀測地球的時代。1972年，美國第一顆陸地觀測衛星Landsat-1成功發射，實現了中解析度衛星對地觀測。1986年，法國第一顆地球資源觀測衛星SPOT-1發射升空，開啟了遙感衛星民用市場。1994年，美國發布PDD-23號令，放開1m高解析度數據和遙感衛星系統的出口，推動高解析度衛星的發展。
1999年，美國發射了第一顆解析度為1 m的高解析度商用衛星IKONOS，標誌著商用衛星新時代的開始。高解析度衛星出色的觀測能力具有巨大的軍事和經濟效益。一些國家正在競爭開發高解析度地球觀測系統（HREOS），許多高解析度衛星已經成功發射，如QuickBird、WorldView、昴宿星、CARTOSAT等。在中國遙感領域多位院士的共同倡議下，HREOS被列為《國家中長期科學技術發展規劃綱要（2006-2020年）》（2016年）的重大科技項目（簡稱高分項目）。高分項目於2010年啟動實施，建設獨立先進的高解析度遙感衛星，顯著促進了整個遙感產業基礎技術水平的提高，帶動了我國高解析度衛星的廣泛發展。
2020年是中國高分項目的最後一年。在過去的十年中，中國自主研發、發射和運行了多個系列的高解析度衛星，包括資源系列（ZY）和高分系列（GF）。與國外的技術差距正在縮小，甚至達到世界同類衛星發射的領先水平。私營企業越來越多地參與遙感衛星的商業化，從而豐富了獨立的高解析度遙感數據源。形成了以高分衛星為首，集國內各類衛星於一身的高解析度遙感影像系統，提高了獨立高解析度遙感數據的充足率和數據採集的及時性。
本文在總結分析我國高解析度衛星和商用高解析度衛星發展現狀的基礎上，介紹了我國高解析度衛星的測繪模式和應用，有助於了解我國高解析度衛星的發展進程，為今後高解析度衛星的發展提供參考。
中國從2007年發射CBERS-02B衛星開始研製高解析度遙感衛星。由中國和巴西聯合製造的CBERS-02B衛星首先配備了一個2.36 m高解析度相機。它在軌道上運行了2年零7個月，於2010年4月退役。2011年，我國發射了自主研製的ZY-102c衛星，其載荷性能與CBERS-02B衛星相同，取代CBERS-02B衛星用於國土資源調查。
2012年，中國第一顆民用高解析度光傳輸測繪衛星ZY-3發射升空。它配備的三線陣相機（TLC）可以實現三視立體成像，最低點解析度為2.1 m，正視圖和後視圖解析度為3.5 m。ZY-3立體影像可以生成比例尺為1:5萬的地形圖。2016年，ZY-3 02衛星發射，與發射的ZY-3衛星在網絡中運行。前後向圖像的解析度由3.5m提高到2.5m。
2013年，高分項目第一顆衛星GF-1發射升空，成像特點如下：高解析度2 m，寬800 km。2014年，發射了第一顆空間解析度優於1 m的民用亞米遙感衛星GF-2。隨後，高解析度地球靜止衛星GF-4（最大數據速率為每分鐘三次圖像捕獲）、具有陸地和大氣綜合觀測能力的高光譜衛星GF-5、第一顆具有超大成像寬度的精密農業觀測衛星GF-6，亞米解析度的立體測繪衛星GF-7等先後發射。
2018年，我國第一顆民用高解析度衛星星座發射升空，由3顆性能和狀態相同的GF-1 02/03/04衛星組成。這三顆衛星聯網後，實現了15天全球覆蓋和2天重訪的成像能力。這三顆衛星還與2013年發射的GF-1衛星合作，可實現11天的全球覆蓋和1天的重訪。
我國發射的高解析度遙感衛星主要成像參數見表1。遙感衛星的空間解析度、波段數和回訪周期不斷提高，觀測的光譜範圍和覆蓋範圍不斷擴大。圖1顯示了三個GF-6衛星圖像，包括全色圖像、多光譜圖像和超寬覆蓋圖像。圖1（a）顯示了2019年9月9日獲得的解析度為2 m的全色圖像，覆蓋中國石家莊。圖1（b）顯示了解析度為8 m的多光譜圖像，與圖1（a）相對應。圖1（c）顯示了GF-6衛星於2019年5月6日獲得的800 km寬的WFV圖像，覆蓋天津、北京、河北和山西北部。
2015年，英國製造的TripleSat衛星星座發射升空，由三顆光學遙感衛星組成，具有1 m全色和4 m多光譜成像能力。這個衛星星座可以實現1 d的重訪。
2015年，吉林一號系列衛星中的4顆用一枚火箭發射。吉林一號是中國第一顆真正獨立的商用遙感衛星系）。四顆衛星分別是：一顆全色0.72 m、多光譜成像能力2.88 m的光學衛星GXA，兩顆解析度為1.12 m的超清晰視頻衛星SP01和SP02，一顆解析度為5 m的智能驗證衛星LQ，六顆視頻衛星SP03–08。此後發射了2顆26波段的多光譜衛星GP01和GP02，3顆全色和多光譜光學衛星GF03a、02A和02B，1顆寬測繪帶衛星KF01。經過9次發射，吉林一號星座的16顆衛星在軌運行並形成網絡，每天可重訪世界任何地方5-7次，為各個領域提供了充足的遙感數據。
2016年，SuperView-1 01和02衛星用一枚火箭成功發射。2018年，SuperView-103和04衛星發射升空。四顆設計參數相同的SuperView-1系列衛星在同一軌道網絡中運行，解析度為0.5 m，可以在1天內重新訪問任何目標。SuperView-1衛星星座是中國首個能夠實現高敏捷性和多模成像的商用衛星星座。BSVT負責該星座的全球商業運營。它將於2022年建成。
自2017年起，珠海一號商用微納衛星星座已發射升空。奧比塔計劃為這個衛星星座發射34顆衛星。至此，共發射了3批12顆衛星。第一批包括兩顆視頻衛星OVS-1A和1B，它們可以獲得解析度優於1.98 m的高解析度彩色視頻數據。第二批包括一顆視頻衛星OVS-2和四顆高光譜衛星OHS-01、02、03和04。OVS-2衛星的空間解析度從OVS-1的1.98m提高到0.9m，OHS-01、02、03和04衛星可以獲得256個波段的高光譜數據。第三批衛星數據和類型與第二批相同。
隨著高解析度衛星性能和種類的不斷提高，高解析度衛星測繪已成為獲取必要地理信息的成功手段，是國家重要的基礎性戰略資源。基於攝影測量原理，高解析度光學衛星測圖主要是通過在同一區域的不同視點上獲取同一軌道或不同軌道的視覺立體圖像來完成高程測量。映射模式有三種主要形式：TLC、DLC和單線陣列/面陣相機（SLC/SAC）。本節以國內典型測繪衛星為例，介紹高解析度光學衛星測繪模式及其應用。
ZY-3衛星是我國第一代高解析度民用立體測繪衛星。星載薄層攝影測量是我國最早採用的星載攝影測量方法。TLC由前進、後退和最低點線陣推掃傳感器組成。TLC的立體成像模式如圖2所示。最低點傳感器垂直於衛星下方的點，向前傳感器從最低點傳感器向前傾斜+22°，向後傳感器向後傾斜−22°。TLC沿飛行方向連續推進，生成三幅寬度為52km的重疊條帶圖像。因此，獲得了同一接地點的三視圖立體圖像。通過建立嚴格的目標-圖像空間關係，通過正交集計算出立體圖像中相應圖像點的目標坐標。然後，可以繪製地形圖。
最低點傳感器的空間解析度為2.5 m，而前向和後向傳感器的空間解析度為3.5 m。最低點圖像具有較高的空間解析度，通過垂直於地面成像，可以將地形起伏引起的投影差異降至最低。使用最低點圖像生成高解析度正射影像，使用三視圖立體圖像計算高程。
ZY-3衛星還配備了一個6.8 m的多光譜傳感器，包括藍、綠、紅和近紅外光譜波段。多光譜圖像與高解析度全色圖像融合後，可以提高地物解譯精度。自2012年發射以來，ZY-3衛星數據已應用於多種測繪應用，全面支持國家1:5萬一級地理信息資料庫動態更新、第一次國家地理普查、1:25生產等國家重大測繪工程，2000西部地區的數據面模型。
以覆蓋山東省的150幅TLC圖像為試驗數據（如圖3所示），利用1090個實測高精度全球定位系統（GPS）檢查點對ZY-3衛星的成圖精度進行了測試。ZY-3無地面控制點分塊平差（BA）前後影像幾何定位精度見表3。BA前圖像定位精度較差，無明顯系統誤差。BA後，平面和高程的均方根誤差（RMSE）均大於5m，圖像整體精度一致。同時，利用GLAS採集的LAD，配合ICESat，可將ZY-3的高程精度進一步提高到3m以內。
武漢大學等在無GCPs的BA、高性能計算等處理技術的支持下，研究了無GCPs的大比例尺、高精度測繪技術和軟體，使用來自全國各地ZY-3衛星的數萬張TCL圖像演示應用。ZY-3高精度成圖結果如圖4（a）所示。北京建築大學、漢諾瓦萊布尼茲大學、薩爾茨堡歐洲科學與藝術學院和ESRI開展了高山測繪國際合作研究。中國利用武漢大學開發的測繪技術和國產軟體，利用ZY-3影像完成了喜馬拉雅山最西端南嘎帕爾巴特地區的高山測繪，如圖4（b）所示。這一繪圖結果將與1930—1980年代德國繪製的歷史地圖以及ESRI使用其他衛星圖像和軟體繪製的地圖進行比較。稍後將分析該地區近幾十年來的環境變化。
與ZY-3、GF-7等專業測繪衛星不同，配備單攝像機的高解析度遙感衛星具有特定的測繪能力。這些衛星裝備有SLC或SAC，主要利用姿態機動對同一物體進行多視點觀測，如SuperView-1衛星和吉林一號視頻衛星。SLC和SAC的立體成像模式分別如圖6和圖7所示。在衛星沿一條軌道飛行的過程中，衛星的成像姿態被調整，而SLC則沿衛星的飛行方向推動和掃描同一物體。在姿態條件允許的情況下，SLC可以獲得具有多個基高比的圖像對。SAC無需推掃，一次曝光即可獲得一幅圖像。通過姿態調整，SAC還可以實現同一區域的多視點成像。
採用SLC或SAC進行多視點立體觀測的測繪衛星需要高穩定度的姿態控制和高精度的姿態、軌道參數測量。雖然SLC和SAC的解析度可以達到亞米級，但與TLC和DLC的穩定映射模式相比，它們的幾何控制能力較弱。SLC和SAC需要大量的地面控制來實現大比例尺的測繪。此外，SLC和SAC的成像寬度受其亞米解析度的限制，例如空間解析度為0.5m的SuperView-1衛星的測繪帶寬度僅為12km。因此，SLC和SAC的映射對象主要面向關鍵目標的局部小區域。
本文綜述了我國高解析度遙感衛星的發展及其在測繪中的應用。中國高解析度遙感衛星發展取得重大進展。單星性能不斷提高，多星組網成為趨勢，衛星商業化穩步推進。隨著商用高解析度遙感衛星的有益補充，高解析度遙感衛星觀測系統日益豐富和完善。高解析度衛星測圖模式越來越多，包括TLC、DLC、SLC/SAC等，可以滿足全球1:5萬、全國1:1萬的測圖要求。然而，全球覆蓋和地圖更新的任務仍然艱巨。無地面控制測圖系統有待進一步發展，雷達衛星幹涉測量、雷射高度計等新的測圖技術必須不斷突破，以補充傳統的光學衛星測圖手段。高解析度遙感衛星觀測系統有待進一步完善，以更好地服務於測繪應用。
關於 Geo-spatial Information Science
Geo-spatial Information Science（GSIS）是由武漢大學主辦的測繪遙感專業英文期刊，主編為中國科學院院士、中國工程院院士李德仁教授。2020年9月被SCIE收錄。
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