能在太空拍摄地球的3D高清大片!高分七号卫星,凭啥这么牛

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钱江晚报·小时新闻记者 陈素萍

8月20日,国家航天局发布消息:我国高分辨率对地观测系统高分七号卫星正式投入使用。

精度国内最高、能拍“地球3D大片”的测绘神器……作为国家科技重大专项“高分辨率对地观测系统”中的新成员,师出我国“高分”家族这个名门,高分七号一直备受瞩目,之前早已名声在外。

C位出道的“小七”,到底有什么惊艳世人的魅力呢?它又是如何练就这一身强大本领的?本期科学汇,我们请教了国内著名遥感测绘企业的技术骨干,一起来正式认识一下“高分七号”卫星。

背着双线阵立体相机
3D大片“随手拍”

如果把以往的测绘卫星比喻成一把直尺,那么“小七”就如同一把游标卡尺,用它测量的地图上,建筑物不再只是一个个方格,而是一个个“3D模型”。

简单来说,高分七号就是一台在太空的3D摄影机,利用前视相机和后视相机的时差所产生的立体感,来实现立体测绘。

比如,高分七号能够给我们一张非常立体的杭州3D高清大片:这张从太空拍下来的照片里,既可以看到平如镜面的西湖,也可以看到北高峰的山脊、山尖、游步道,甚至在游步道上的健身者,也能被拍得清晰又立体。

要做到这一点,“小七”就不仅要知道地物水平方向长什么样,还要知道山峰有多高、峡谷有多深。当长、宽、高、地物位置信息综合在一起,一次合格的测绘才算初步完成。所以,“小七”身上装备了一套双线阵立体相机,而且高分七号突破了亚米级立体测绘技术。

这套相机又是如何工作的呢?

进入正题之前,请同学们先做一个简单的实验:睁开双眼,将左右手的食指慢慢靠近,最后对在一起,相信这很容易就能做到。接下来,我们闭上一只眼睛,只睁开一只眼睛,再试一次,这下,可能食指们就不太容易对上了。因为左右眼略有不同的画面,经过大脑合成,才能产生前后距离感。

同理,卫星在轨飞行时,双线阵相机的前视相机首先会拍摄某一地物,同时卫星会记录下自己的位置A;然后卫星继续飞行一段时间,后视相机会拍摄同一地物,卫星记录下此时自己的位置B;最终就获得由卫星位置A、卫星位置B以及地物构建的三角形,从而确定地物的空间位置。

1∶10000高精度立体测绘
高空看清小汽车天窗

我国民用1∶10000比例尺卫星立体测图,这个填补国内空白的荣誉,也被高分七号轻松拿下。

1∶10000高精度立体测绘的能力有多强?从理论上讲,作为立体测绘担当,“小七”不仅可以在500千米的高度上看清小轿车的天窗,还能知道这辆车在地球上的精确位置,平面误差在一个车身,海拔误差在一个车轮左右。

从看见到看清,如此大幅提升我国卫星对地观测与立体测绘的水平,是怎么做到的?除了前面说过的“双线阵立体相机”,值得一提的还有“小七”携带的激光测高仪。这是一个激光厘米量级高精度测距神器。

目前,无论在星罗棋布的城镇,还是人迹罕至的热带雨林、南极内陆、深山高峡、千里大漠,激光测高仪已随着卫星飞越全球各地,精确测绘出卫星遨游过的天地。

激光发射能瞬时获取地面可见光影像及对应的激光光斑影像,这些代表着激光落点位置的光斑就像激光踩在大地上的一个个“足印”。

激光脉冲在测绘“足印”和卫星之间进行折返跑,只要精确计时,就可以知道“足印”里的屋顶、树木、草地等离卫星有多远,再将距离反馈给立体测绘相机,比如相机里的那棵树高度差了一米,除了按激光测量的高度改,这块区域的计算参数也要跟着修正,这也就是专业人士口中的激光广义高程控制点获取技术。

正是有了激光测高仪的加持,高分七号卫星才能在我国卫星家族中脱颖而出,实现高精度高程定位,成为惊艳全场的新秀。

功能看似极为高大上
应用其实非常接地气

其实,正式上岗前,“小七”已经过了好几个月“见习生活”。早在2019年11月3日,高分七号在太原卫星发射成功。

在轨测试期间,高分七号卫星对土地违法监察、基本地物要素识别、农作物种植面积测量、公路建设施工监测等方面的一系列功能得到验证。实际应用方面,比如在矿山开发占地等巡查工作中,我们就可以利用高分七号的数据,及时制止矿山开发中盗采滥采、环境破坏等违法行为。

对于浙江来说,这些应用非常接地气。

比如,可以通过高分七号来拍摄险峻山地、沿海海塘等人们难以涉足的地区,从而更清晰立体地了解这些地方的实际情况,为我们对这些地方的保护和发展提供更多参考数据。

再比如,1米以内空间分辨率光学影像能够准确反映倒塌房屋尺度的地表细节信息,是获取灾后倒塌房屋信息的主要数据源。当浙江某地遭遇台风时,可以通过高分七号看到台风对迎击地区的破坏,从而更好地评估灾害损失和灾后救援、重建。

当然,除了能够为测绘、国土、住建、统计、农业、规划、环保等部门提供宝贵信息,“小七”与我们的日常生活也密切相关,快递、外卖、叫车等都离不开它的支持。

同学们都知道,各种软件的导航功能要依靠北斗等导航卫星来定位,但导航卫星仅仅解决位置精度,地图的精度则由测绘卫星来实现。以后,北斗的定位信息,加上高分七号获取的地图信息,不止城市主路、高速公路等位置能准确无误,乡间小支路、弄堂小胡同也能清清楚楚,真正实现无死角定位。

兴趣小组

“高分”家族成员,个个身怀绝技

1957年,第一颗人造卫星升空,标志着人类进入了太空时代。从此,人类开始以全新的视角来重新认识自己赖以生存的地球。

随后,世界各主要航天大国相继研制出各种以对地观测为目的的遥感卫星,并逐步向商用化转移。在中国,不得不提“高分专项”。

高分专项是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》确定的十六个重大专项之一,2010年批准启动实施以来,已成功发射多颗高分卫星,高分数据在20余个行业、31个省(自治区、直辖市)得到广泛应用,成为国民经济各领域、各部门重要的数据和技术支撑。

这是一个非常庞大的遥感技术项目,包含至少7颗卫星和其他观测平台,分别编号为“高分一号”到“高分七号”。

它们各有千秋、各怀绝活:高分一号视野广阔,一眼覆盖800公里,4天即可完整观测地球一遍;高分二号让我国跨入亚米级分辨率时代;高分三号具备全天时、全天候的成像能力;高分四号是世界首颗地球静止轨道高分辨率成像遥感卫星;高分五号拥有多部大气环境和成分探测设备;高分六号卫星,是我国首颗设置红边谱段的多光谱遥感卫星……

今年,新冠肺炎疫情暴发后,高分二号在武汉火神山医院和雷神山医院施工过程中拍摄了一系列遥感影像,为施工进度监测提供了有力支撑;进入汛期以来,高分三号卫星对鄱阳湖区进行了跟踪拍摄,全天候捕捉、分析洪灾数据,极大提升了该地区抗洪救灾能力。

(本文图片来源:国家航天局)

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xin忻
xin忻

科技真的厉害

180****1880
180****1880

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139****2128
139****2128

厉害了我的国。

137****7811
137****7811

真的假的

荣荣
荣荣

科技就是第一生产力。

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