城市遥感：常用卫星平台

航天遥感平台主要指人造卫星、航天飞机和空间站。传感器的监测需要知道卫星的轨道参数。为了介绍遥感应用，我们需要先了解轨道参数的相关知识。

(1)轨道高度:定义为卫星到地区表面的距离，单位通常为千米。通常情况下，遥感卫星飞行高度为离地面150～36000km(GEO)。飞行高度影响着能看到地面的范围和能看到地面多大的细节，也影响着卫星的空间分辨率。

(2)轨道倾角:是卫星飞行平面和赤道平面的交角。卫星飞行的轨道倾角，与传感器的视场、到地面的高度等都是可以观测的。

(3)轨道周期:完成一次完整飞行所需要的时间。

(4)重复飞行周期:两次连续经过同一个地方的时间差，通常用天来记录。

卫星传感器需要将遥感影像数据发送到地面进行分析和处理。获得的高分辨率全色影像和成像光谱仪数据能对城市空间数据的快速更新提供服务，多波段和多极化方式的雷达数据，能解决阴雨多雾情况下的城市全天候和全天时对地观测。

下面介绍几个在城市应用中常用的卫星遥感平台，包括美国的QuickBird卫星、WorldView系列卫星，欧洲航天局(European Space Agency，ESA，简称欧空局)的Sentinel-2A卫星，法国的SPOT卫星、中国的资源三号卫星和高分辨率对地观测系统。

1.QuickBird卫星

QuickBird卫星于2001年10月由美国DigitalGlobe公司发射，是目前世界上最先提供亚米级分辨率的商业卫星(图2-4)，卫星影像分辨率为0.61m。它具有引领行业的地理定位精度，海量星上存储，单景影像比同时期其他的商业高分辨率卫星高出2～10倍的优点。而且QuickBird卫星系统每年能采集7500万平方千米的卫星影像数据，在中国境内每天至少有2～3个过境轨道，存档数据以很高的速度递增。其基本参数如表2-1所示。

图2-4　QuickBird卫星

表2-1　QuickBird卫星基本参数

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2.WorldView系列卫星

WorldView卫星是美国DigitalGlobe公司的商业成像卫星系统。目前WorldView系列卫星已发射4颗，WorldView-1于2007年9月18日发射成功，WorldView-2于2009年10月8日发射成功，WorldView-3于2014年8月13日发射成功。WorldView-4卫星于2016年11月发射升空，在617km的预期轨道高度运行，目前因控制力矩陀螺(CMG)故障导致无法收集图像而报废。

图2-5为WorldView卫星的工作状态示意图，表2-2为WorldView卫星基本参数。

图2-5　WorldView卫星

表2-2　WorldView卫星基本参数

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3.Sentinel-2A卫星

哨兵-2A(Sentinel-2A)卫星是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星(图2-6)，于2015年6月23日发射。哨兵-2A携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，幅宽达290km。10m空间分辨率、重访周期10天，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率，在光学数据中，哨兵-2A数据是唯一一个在红边范围含有三个波段的数据，这对监测植被健康信息非常有效。其基本参数如表2-3所示。卫星入轨运行后，开始采集地球陆地表面的高分辨率图像，包括大的岛屿、内陆和沿岸水域。

图2-6　Sentinel-2A卫星

表2-3　Sentinel-2A卫星基本参数

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4.SPOT-5卫星

SPOT-5卫星于2002年5月4日发射，是法国SPOT卫星的第五颗卫星(图2-7)。卫星上载有2台高分辨率几何成像装置(HRG)、1台高分辨率立体成像装置(HRS)、1台宽视域植被探测仪(VGT)等，空间分辨率最高可达2.5m，前后模式实时获得立体像对，运营性能有很大改善，在数据压缩、存储和传输等方面均有显著提高，其基本参数如表2-4所示。

图2-7　SPOT-5卫星

表2-4　SPOT-5卫星基本参数

5.资源三号卫星

资源三号(ZY3)卫星是中国第一颗自主的民用高分辨率立体测绘卫星(图2-8)，搭载了4台光学相机，包括1台地面分辨率2.1m的正视全色TDI CCD相机、2台地面分辨率3.6m的前视和后视全色TDI CCD相机、1台地面分辨率5.8m的正视多光谱相机。通过立体观测，可以测制1∶5万比例尺地形图，为国土资源、农业、林业等领域提供服务。卫星可对地球南北纬84°以内地区实现无缝影像覆盖，回归周期为59天，重访周期为5天。其基本参数如表2-5所示。

图2-8　资源三号卫星

表2-5　资源三号卫星基本参数

6.国产高分辨率对地观测系统

自2010年高分辨率对地观测系统重大专项工程(简称高分专项工程)启动实施以来，中国在9年间发射了9颗“高分”系列卫星，高分专项工程的各项成果已实现由试验应用型向业务服务型转变。“高分”系列卫星覆盖了从全色、多光谱到高光谱，从光学到雷达，从太阳同步轨道到地球同步轨道等多种类型，构成了一个具有高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率能力的对地观测系统。

1)高分一号

高分一号(GF-1)卫星搭载了两台2m分辨率全色/8m分辨率多光谱相机，四台16m分辨率多光谱相机。卫星工程突破了高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术，多载荷图像拼接融合技术，高精度、高稳定度姿态控制技术，5年至8年寿命高可靠卫星技术，高分辨率数据处理与应用等关键技术，对于推动中国卫星工程水平的提升，提高中国高分辨率数据自给率，具有重大战略意义。

2)高分二号

高分二号(GF-2)卫星是中国自主研制的首颗空间分辨率优于1m的民用光学遥感卫星，搭载有两台高分辨率1m全色、4m多光谱相机，具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点，有效地提升了卫星综合观测效能，达到了国际先进水平。高分二号卫星是中国目前分辨率最高的民用陆地观测卫星，星下点空间分辨率可达0.8m，它标志着中国遥感卫星进入了亚米级“高分时代”。

3)高分三号

高分三号(GF-3)卫星是中国首颗分辨率达到1m的C频段多极化合成孔径雷达(Synthetic Aperture Rader，SAR)成像卫星，于2016年8月10日在太原卫星发射中心用长征四号丙运载火箭成功发射升空，填补了民用高分辨率合成孔径雷达卫星的空白，标志着高分专项工程全天时、全天候对地观测能力初步形成，对服务经济社会发展、保障国家安全和民生安全具有重要意义。

4)高分四号

高分四号(GF-4)卫星于2015年12月29日在西昌卫星发射中心成功发射，是中国第一颗地球同步轨道高分遥感卫星，搭载了一台可见光50m/中波红外400m分辨率、大于400km幅宽的凝视相机，采用面阵凝视方式成像，具备可见光、多光谱和红外成像能力，设计寿命8年，通过指向控制，实现对中国及周边地区的观测。

5)高分五号

高分五号(GF-5)卫星是世界首颗实现对大气和陆地综合观测的全谱段高光谱卫星，是中国实现高光谱分辨率对地观测能力的重要标志。高分五号卫星所搭载的可见短波红外高光谱相机是国际上首台同时兼顾宽覆盖和宽谱段的高光谱相机，在60km幅宽和30m空间分辨率下，可以获取从可见光至短波红外(400～2500nm)光谱颜色范围里共330个光谱颜色通道，颜色范围比一般相机大了近9倍，颜色通道数目比一般相机多了近百倍，其可见光谱段光谱分辨率为5nm，几乎相当于一张纸厚度的万分之一，因此对地面物质成分的探测十分精确。

6)高分六号

高分六号(GF-6)卫星是一颗低轨光学遥感卫星，也是中国首颗精准农业观测的高分卫星。高分六号卫星配置2m全色/8m多光谱高分辨率相机、16m多光谱中分辨率宽幅相机，2m全色/8m多光谱相机观测幅宽90km，16m多光谱相机观测幅宽800km。

7)高分七号

高分七号(GF-7)卫星是光学立体测绘卫星，将在高分辨率立体测绘图像数据获取、高分辨率立体测图、城乡建设高精度卫星遥感和遥感统计调查等领域取得突破。高分七号卫星分辨率不仅能够达到亚米级，而且定位精度是目前国内最高的，能够在太空轻松拍出媲美《阿凡达》电影中的3D影像。投入使用后，将为我国乃至全球的地形地貌绘制出一幅误差在1m以内的立体地图。

8)高分八号与高分九号

高分八号与高分九号卫星是高分辨率对地观测系统国家科技重大专项安排的光学遥感卫星，主要应用于国土普查、城市规划和防灾减灾等领域。