能在太空拍攝地球的3D高清大片！高分七號衛星，憑啥這麼牛

錢江晚報·小時新聞記者 陳素萍

8月20日，國家航天局發布消息：我國高解析度對地觀測系統高分七號衛星正式投入使用。

精度國內最高、能拍「地球3D大片」的測繪神器……作為國家科技重大專項「高解析度對地觀測系統」中的新成員，師出我國「高分」家族這個名門，高分七號一直備受矚目，之前早已名聲在外。

C位出道的「小七」，到底有什麼驚豔世人的魅力呢？它又是如何練就這一身強大本領的？本期科學匯，我們請教了國內著名遙感測繪企業的技術骨幹，一起來正式認識一下「高分七號」衛星。

背著雙線陣立體相機

3D大片「隨手拍」

如果把以往的測繪衛星比喻成一把直尺，那麼「小七」就如同一把遊標卡尺，用它測量的地圖上，建築物不再只是一個個方格，而是一個個「3D模型」。

簡單來說，高分七號就是一臺在太空的3D攝影機，利用前視相機和後視相機的時差所產生的立體感，來實現立體測繪。

比如，高分七號能夠給我們一張非常立體的杭州3D高清大片：這張從太空拍下來的照片裡，既可以看到平如鏡面的西湖，也可以看到北高峰的山脊、山尖、遊步道，甚至在遊步道上的健身者，也能被拍得清晰又立體。

要做到這一點，「小七」就不僅要知道地物水平方向長什麼樣，還要知道山峰有多高、峽谷有多深。當長、寬、高、地物位置信息綜合在一起，一次合格的測繪才算初步完成。所以，「小七」身上裝備了一套雙線陣立體相機，而且高分七號突破了亞米級立體測繪技術。

這套相機又是如何工作的呢？

進入正題之前，請同學們先做一個簡單的實驗：睜開雙眼，將左右手的食指慢慢靠近，最後對在一起，相信這很容易就能做到。接下來，我們閉上一隻眼睛，只睜開一隻眼睛，再試一次，這下，可能食指們就不太容易對上了。因為左右眼略有不同的畫面，經過大腦合成，才能產生前後距離感。

同理，衛星在軌飛行時，雙線陣相機的前視相機首先會拍攝某一地物，同時衛星會記錄下自己的位置A；然後衛星繼續飛行一段時間，後視相機會拍攝同一地物，衛星記錄下此時自己的位置B；最終就獲得由衛星位置A、衛星位置B以及地物構建的三角形，從而確定地物的空間位置。

1∶10000高精度立體測繪

高空看清小汽車天窗

我國民用1∶10000比例尺衛星立體測圖，這個填補國內空白的榮譽，也被高分七號輕鬆拿下。

1∶10000高精度立體測繪的能力有多強？從理論上講，作為立體測繪擔當，「小七」不僅可以在500千米的高度上看清小轎車的天窗，還能知道這輛車在地球上的精確位置，平面誤差在一個車身，海拔誤差在一個車輪左右。

從看見到看清，如此大幅提升我國衛星對地觀測與立體測繪的水平，是怎麼做到的？除了前面說過的「雙線陣立體相機」，值得一提的還有「小七」攜帶的雷射測高儀。這是一個雷射釐米量級高精度測距神器。

目前，無論在星羅棋布的城鎮，還是人跡罕至的熱帶雨林、南極內陸、深山高峽、千裡大漠，雷射測高儀已隨著衛星飛越全球各地，精確測繪出衛星遨遊過的天地。

雷射發射能瞬時獲取地面可見光影像及對應的雷射光斑影像，這些代表著雷射落點位置的光斑就像雷射踩在大地上的一個個「足印」。

雷射脈衝在測繪「足印」和衛星之間進行折返跑，只要精確計時，就可以知道「足印」裡的屋頂、樹木、草地等離衛星有多遠，再將距離反饋給立體測繪相機，比如相機裡的那棵樹高度差了一米，除了按雷射測量的高度改，這塊區域的計算參數也要跟著修正，這也就是專業人士口中的雷射廣義高程控制點獲取技術。

正是有了雷射測高儀的加持，高分七號衛星才能在我國衛星家族中脫穎而出，實現高精度高程定位，成為驚豔全場的新秀。

功能看似極為高大上

應用其實非常接地氣

其實，正式上崗前，「小七」已經過了好幾個月「見習生活」。早在2019年11月3日，高分七號在太原衛星發射成功。

在軌測試期間，高分七號衛星對土地違法監察、基本地物要素識別、農作物種植面積測量、公路建設施工監測等方面的一系列功能得到驗證。實際應用方面，比如在礦山開發佔地等巡查工作中，我們就可以利用高分七號的數據，及時制止礦山開發中盜採濫採、環境破壞等違法行為。

對於浙江來說，這些應用非常接地氣。

比如，可以通過高分七號來拍攝險峻山地、沿海海塘等人們難以涉足的地區，從而更清晰立體地了解這些地方的實際情況，為我們對這些地方的保護和發展提供更多參考數據。

再比如，1米以內空間解析度光學影像能夠準確反映倒塌房屋尺度的地表細節信息，是獲取災後倒塌房屋信息的主要數據源。當浙江某地遭遇颱風時，可以通過高分七號看到颱風對迎擊地區的破壞，從而更好地評估災害損失和災後救援、重建。

當然，除了能夠為測繪、國土、住建、統計、農業、規劃、環保等部門提供寶貴信息，「小七」與我們的日常生活也密切相關，快遞、外賣、叫車等都離不開它的支持。

同學們都知道，各種軟體的導航功能要依靠北鬥等導航衛星來定位，但導航衛星僅僅解決位置精度，地圖的精度則由測繪衛星來實現。以後，北鬥的定位信息，加上高分七號獲取的地圖信息，不止城市主路、高速公路等位置能準確無誤，鄉間小支路、弄堂小胡同也能清清楚楚，真正實現無死角定位。

興趣小組

「高分」家族成員，個個身懷絕技

1957年，第一顆人造衛星升空，標誌著人類進入了太空時代。從此，人類開始以全新的視角來重新認識自己賴以生存的地球。

隨後，世界各主要航天大國相繼研製出各種以對地觀測為目的的遙感衛星，並逐步向商用化轉移。在中國，不得不提「高分專項」。

高分專項是《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》確定的十六個重大專項之一，2010年批准啟動實施以來，已成功發射多顆高分衛星，高分數據在20餘個行業、31個省（自治區、直轄市）得到廣泛應用，成為國民經濟各領域、各部門重要的數據和技術支撐。

這是一個非常龐大的遙感技術項目，包含至少7顆衛星和其他觀測平臺，分別編號為「高分一號」到「高分七號」。

它們各有千秋、各懷絕活：高分一號視野廣闊，一眼覆蓋800公裡，4天即可完整觀測地球一遍；高分二號讓我國跨入亞米級解析度時代；高分三號具備全天時、全天候的成像能力；高分四號是世界首顆地球靜止軌道高解析度成像遙感衛星；高分五號擁有多部大氣環境和成分探測設備；高分六號衛星，是我國首顆設置紅邊譜段的多光譜遙感衛星……

今年，新冠肺炎疫情暴發後，高分二號在武漢火神山醫院和雷神山醫院施工過程中拍攝了一系列遙感影像，為施工進度監測提供了有力支撐；進入汛期以來，高分三號衛星對鄱陽湖區進行了跟蹤拍攝，全天候捕捉、分析洪災數據，極大提升了該地區抗洪救災能力。

（本文圖片來源：國家航天局）

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