作为我国遥感产业化发展的开拓者与行业领军企业，二十一世纪空间技术应用股份有限公司依托自主建设并运控的“北京”系列遥感卫星系统——这一国内顶尖、国际先进的空间基础设施，历经20余载持续演进，已稳步迈入第三代，即“北京”系列三代卫星（“北京三号”）。凭借高敏捷性、高分辨率及三维立体成像能力，“北京三号”卫星能够在生态环境遥感领域发挥重要作用，助力生态文明与美丽中国建设。

“北京三号”卫星真三维实景——珠穆朗玛峰

“北京三号”卫星凭借其超高分辨率和立体测量技术，为珠穆朗玛峰生成了高空间分辨率、可360°沉浸式的实景三维模型。冰川的纹理、山脊的棱线、营地的细节，均被清晰呈现，构建起一个与物理世界完全对应的数字镜像。图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

由二十一世纪空间技术应用股份有限公司（以下简称“世纪空间”）自主运控的“北京”系列遥感卫星，历经20多年建设，已稳步发展至第三代。从机制创新到技术突破，从数据服务到场景赋能，这一系列卫星不仅见证了我国民用航天产业化的崛起，更以顶尖技术为地球构建起精准、立体的数字镜像。

2005年成功升空的“北京一号”遥感小卫星是我国科技体制和研发机制创新的重大科技成果。作为首个由国家“十五”科技攻关计划、国家高技术研究发展计划（“863计划”）、北京市科技计划联合支持，按企业机制实施的遥感小卫星项目，它开创性探索出“政府支持、企业运行、商业服务”的民用航天产业化新模式，为我国遥感卫星商业化运作探索出成熟的运作路径。紧随其后的“北京二号”遥感卫星星座，是经国家发展和改革委员会核准的第一个商业遥感卫星星座，并纳入“国家民用空间基础设施规划”，具有高空间分辨率、高时间分辨率、高辐射分辨率的特点，自2015年陆续发射以来，已为自然资源部、生态环境部等10个国家部委及全国各省（自治区、直辖市）提供了长期稳定、安全可靠的民用空间基础设施数据服务。其持续运营不仅验证了我国商业遥感卫星的实用价值，更进一步推动了我国航天领域体制机制的创新升级。

“北京”系列三代卫星是超高分辨率、高性能光学遥感卫星星群，2021年起陆续成功发射并投入运行。其中，由中法两国领导人共同见证签约、与欧洲空客集团合作的“北京三号”国际星座，达到国际民用高水平；与中国航天合作的“'北京三号'高分辨率超精超稳超敏捷光学成像卫星工程及应用”项目，获得北京市科学技术进步一等奖，其中的卫星实景三维技术及数据产品在商业遥感卫星应用领域具有极强的国际、国内竞争力。本篇文章将重点讲述“北京三号”卫星是如何通过立体像对构建一个真实立体世界的。

“北京”系列三代卫星 

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

“北京三号”卫星这位“太空摄影师”的核心本领，便是用高精度立体成像技术，为地球拍摄全方位的“3D写真”。

当人们用手机扫描二维码开启AR导航，看着虚拟箭头叠加在真实街道上时，或许未曾察觉：这种“虚实叠置”的体验，正借助“北京三号”卫星的技术从地面延伸到整个地球。从矿山监管到城市治理，从低空经济到数字娱乐，这套精准的“3D写真”正持续解锁多元创新场景，让数字世界与真实地球无缝连接。

太空里的“立体摄影大师”：“北京三号”卫星的立体成像技术

给地球拍摄“3D写真”，远非按下快门那么简单。“北京三号”卫星之所以能胜任这项任务，核心在于其独有的高精度立体成像能力，而这种能力源自它“超敏捷、超稳定、超精度”三大核心优势，让它在太空中如同配备了一套顶级“立体摄影系统”。

“北京三号”卫星的“超敏捷”特性，体现在它可以根据不同地形地貌特点和实际需求，灵活调整拍摄姿态，实现“变基高比多角度成像”。这里的“基高比”指的是卫星拍摄时两个视角之间的距离（基线）与拍摄高度的比值，是立体成像的关键参数。它就像一位经验丰富的摄影师，不会仅拍单一角度，而是能根据任务需求灵活选择“两视立体像对”（两个角度拍摄）、“三视立体像对”（三个角度拍摄），还能实现“同轨多像对”（同一轨道内连续多次拍摄）。灵活的取景方式能为后续三维建模提供丰富的视角数据，就像摄影师拍摄人像时要从正面、45°角、侧面等多个角度取景，才能构建出饱满的立体轮廓。

“北京三号”卫星立体成像模式

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

在距离地球表面约600千米的轨道上，“北京三号”卫星以每秒7.8千米的速度飞行，相当于每小时飞行2.8万千米，比超音速飞机快10倍以上。在这样的高速运动中，要拍摄清晰且能精准拼接的立体影像，必须具备“超稳定”的平台性能。“北京三号”卫星通过高精度惯性测量单元、星敏感器和先进的姿态控制系统，将卫星的“防抖能力”精准控制到“像素级别”。正是这种极致的稳定性，让“北京三号”卫星的立体像对天然具备“精准对齐”的优势，为后续实景三维产品的高精度奠定了基础。

不防抖（上图）和高防抖（下图）影像对比

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

“超精度”是“北京三号”卫星立体成像能力的最终体现，卫星不仅能清晰捕捉物体的平面细节，还能通过立体像对精确测算物体的三维坐标。也就是说，在空间分辨率上，“北京三号”卫星达到0.5米级，从太空能看清地面一辆小轿车的轮廓等细节；在三维测量上，通过立体像对技术，相当于从600千米外能精准判断一栋100米高楼的实际高度，误差控制在很小范围内。这种双重精度让卫星突破了“只能拍平面影像”的局限，真正具备了“测量三维世界”的能力。后续生成的实景三维产品既能满足宏观规划的需求（如大范围地形分析等），又能支撑微观管理的应用（如单栋建筑的测绘等），实现了“遥测一体化”的跨越——既拥有遥感卫星的大范围覆盖的优势，又具备测绘卫星的高精度测量能力。

从立体像对到实景三维产品：如何搭建数字世界的“乐高积木”？

“北京三号”卫星拍摄的立体像对如同一堆“太空素材”。要把这些素材变成能直接使用的实景三维产品，还需要一套“魔法加工”流程。正是这套流程，将零散的卫星立体像对数据转化为数字世界的“乐高积木”，可按需拼接出各类三维应用场景。

世纪空间在国内首次实现的鲁棒性较强的点云匹配算法是流程的核心，这是一种能稳定处理海量卫星影像的“智能三维感知”技术。它的工作原理是：算法能自动识别不同角度影像中的“同名点”（如同一栋楼的屋顶角等），再通过计算这些点在不同视角下的位置差异，反向推导出物体的实际高度和三维坐标。即便影像中存在云层遮挡、地面阴影等干扰因素，算法也能精准“筛选”有效信息，确保三维模型的可靠性与精准度。

基于鲁棒性较强的点云匹配算法，“北京三号”卫星可规模化生产六大类实景三维产品，包括数字真正射影像（TDOM）产品、数字表面模型（DSM）产品、数字高程模型（DEM）产品、数字线划地图（DLG）产品、地表三维景观（Mesh）产品以及地理实体模型产品，覆盖从二维到三维的全需求。

数字真正射影像（TDOM）：呈现无畸变的平面影像

数字表面模型（DSM）：还原地表包括建筑物、植被的高程信息

数字高程模型（DEM）：聚焦地形本身的高程数据

数字线划地图（DLG）：提取地形地物的矢量轮廓

地表三维景观（Mesh）：构建真实可感的三维表面模型

地理实体模型：精准还原单个地理实体的三维形态

六大类实景三维产品

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

这些实景三维产品的精度到底有多高？经测试，它们能满足多种大比例尺的国家或行业测绘标准，能直接应用于专业测绘、规划设计等场景。从实际效果来看，卫星实景三维产品的细节还原度已逐步接近航空摄影或无人机拍摄水平，但同时具备覆盖范围更广、更新速度更快等优势。

要让卫星实景三维产品更好服务于实景三维中国建设等全国性重大项目，规模化生产是关键。世纪空间基于立体像对空三优化、DSM融合优化、三角网优化、纹理质量提升、模型轻量化等地面处理及建模技术，构建了一套卫星实景三维产品生产的工程化技术方法与流程。这套流程能高效处理海量卫星数据，支撑卫星实景三维产品的规模化生产和快速交付，为全国性、大范围的三维数字化建设提供了高效的技术保障。

三维产品的“跨界之旅”：从传统场景到创新赛道的全面开花

“北京三号”卫星实景三维产品像一块功能强大的“万能积木”，既能为传统行业搭建高效实用的“工具台”，又能为新兴领域提供“创新玩法”。从矿山监管到低空经济，从课堂教学到游戏世界，它以精准的三维数据为支点，其应用改写了多个行业的运行规则，构建起数字世界与现实世界的深度联动。

在传统应用场景中，“北京三号”卫星的实景三维产品正推动行业治理从粗放模糊走向精准高效。以露天矿山安全监管为例，通过将Mesh模型与采矿权范围叠加，可精准测量开采深度，自动识别超深、越界等违规开采行为；同时，基于模型计算边坡斜率和内部路宽，可快速研判矿区是否符合安全生产标准。在城市规划中，三维产品能快速测算区域内的建筑数量、总面积，识别“未批先建”“高度超限”等违建。在基层治理中，三维产品通过融合房屋、人口、企业等数据，能支撑社区养老设施规划、商户经营范围监管等精细化服务。在地质灾害风险调查中，三维产品可提取地形模型和地形特征，通过地形特征特别是突变和表面纹理特征分析，大幅提升山区地质灾害隐患判识的准确率和效率，为防灾减灾提供科学依据。

露天矿山开采监管

地质灾害识别

城市精细化管理

传统应用场景

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

随着无人机物流、低空旅游等业态兴起，空域管理成为制约低空经济发展的“卡脖子”问题。“北京三号”卫星白模数据产品正为低空领域装上“隐形护栏”。例如，在航线规划方面，无人机企业可基于白模数据设计避障航线，避开高楼、高压线等障碍物，确保飞行安全；在空域分配方面，监管部门通过白模数据划分“禁飞区”“限飞区”，并动态调整空域资源，实现空域高效利用；在应急救援方面，直升机救援时，三维模型实时显示救援区域的地形、建筑高度，帮助飞行员选择最佳降落点。未来，随着eVTOL（电动垂直起降飞行器）的普及，三维数据还将支撑“空中出租车”的航线调度与流量管控，让低空交通像地面公交一样有序可控。

“ 北京三号”卫星白模数据产品

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

“北京三号”卫星实景三维产品正在颠覆传统教学模式，让课堂变得“可看、可玩、可探索”。世纪空间研发的实景三维地理教学平台已服务全国多所学校。学生无须走出教室，使用该教学平台就能“站”在珠穆朗玛峰峰顶俯瞰地形，“潜入”长江三峡追溯河道变迁，比使用平面地图更直观地理解地理原理；平台还支持“缩放”“测量”“标注”等交互功能，学生可自主测算山脉高度、河流长度等，开展项目式学习，同时能结合其他学科知识，从地理角度深化跨学科学习与分析。

实景三维地理教学平台操作界面

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

实景三维地理教学场景

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

卫星实景三维产品在文旅资源开发与运营中展现出核心引擎力。依托其对山脉、河流等地物大尺度地形的精准建模能力，为区域文旅规划布局、线路设计提供科学支撑；通过三维模型长期监测雪山冰川退缩、湿地生态变迁等地形级变化，为濒危自然景观的抢救性保护和可持续开发提供数据支撑；让游客从虚拟高空俯瞰喀斯特地貌、雪山、草原等壮阔景致，提升文旅体验的沉浸感，实现“足不出户游天下”。

玉龙雪山Mesh

芦笛景区Mesh

文旅应用场景

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

卫星实景三维产品为数字娱乐的特定场景构建注入了“真实基因”，让虚拟世界与现实地形深度联动。例如，游戏制作调用大尺度地形或城市Mesh模型以搭建游戏地图，可极大地增强玩家的代入感；在制作影视特效时，基于真实大区域地形或城市Mesh产品制作的灾难、探险等场景，可精准还原地形对特定事件的影响，让场景特效在更为震撼的同时也符合现实逻辑，以便更具有说服力。

张掖丹霞 Mesh

科罗拉多大峡谷 Mesh

数字娱乐应用场景

图/二十一世纪空间技术应用股份有限公司

当卫星遥感数据成为创新的“基础设施”

从给地球拍摄“3D写真”，到成为低空经济的“导航图”、数字娱乐的“素材库”，“北京三号”卫星实景三维产品的故事，本质上是“空间数据”从“专业资源”变成惠民“基础设施”的过程。它的精度、效率和规模化生产能力，正在重新定义“数字孪生”的想象边界。未来，不仅城市、矿山能拥有数字分身，整个地球都将具备实时更新的三维镜像，让“数字地球”从概念走向现实。

“镜像”能力的根本，源于卫星遥感数据这一基石，其价值已超越技术本身，成为赋能千行百业的数字底座。在数字经济中，它是数据要素流通的“通用语言”，打通了数字经济中数据要素流通的壁垒；在生态文明建设中，它是监测地球生态健康的“体检报告”，为生态文明建设提供精准、宏观的生态监测依据；在科技创新中，它是跨界融合的“连接器”，为多学科研究与应用提供统一的时空框架。

展望未来，随着卫星遥感数据使我们能够以数字方式精准“复现”甚至“预演”地球动态，更多像低空经济、数字娱乐等新兴赛道将加速迸发。而“虚实融合”的终极目标，正是让这份源于太空“天眼”的精准洞察，化为每个人触手可及的便捷、乐趣与价值，让数字世界更好地服务于我们赖以生存的物理世界，绘制出一幅数字技术赋能现实生活的未来蓝图。

※审图号：GS京（2025）2597号