Материал: 2385

Одним из перспективных направлений по сбору и обработке данных о местоположении объектов является комплексная система цифровой аэрофотосъёмки со спутниково-инерциальной геодезической привязкой, интегральная система включает инерциальную навигационную систему (INS), два приёмника сигналов (GPS) и цифровую камеру кадровой съёмки, например DFC с высокой разрешающей способностью. Данные INS/GPS служат для определения траектории движения самолёта, а это позволяет определять при постобработке и параметры внешнего ориентирования снимков без полевой привязки опознаков. Таким образом реализуется принцип прямой геопривязки цифровых снимков. Применяются такие системы для картографирования линий инженерных коммуникаций, трубопроводов и дорожной сети, построения цифровых моделей рельефа для инженерных целей и т. п. В приложении № 1 представлена блок – схема сбора и обработки данных о местоположении объектов с использованием цифровой аэрофотосъёмки и GPS/INS-привязки.

10. Космическая съёмка

Космическая информация на сегодняшний день становится всё более разнообразной и точной. Возможность её получения, обработки и обновления становится всё более лёгкой и доступной. Широкое применение для космических съёмок нашли электронно-оптические съёмочные системы. Например SPOT 2 используют более 10 лет для картографирования в масштабе 1:50000 (разрешение на земле в панхроматическом варианте 10 м, у нового SPOT 5 разрешение 2,5 м; 5 м) и последний обладает возможностью стереообработки. Но у этой системы снимки в стереопаре растянуты по времени. От этого недостатка избавлены стереосистемы, имеющие два или три пучка визирования – вперёд, вниз, назад.

Элементы ориентирования сканера получают из совместного уравнивания орбитальных, наземных и данных навигационной системы. Преимущество снимков, полученных сканерами, перед фотоснимками заключаются в том, что изображения получаются непосредственно в цифровой форме, исключая процессы фотохимической обработки и сканирования. Сдерживает их применение более низкая разрешающая способность, сложный характер геометрических искажений изображений и большое количество информации, которую трудно хранить и передавать. Хотя в отношении первого недостатка следует отметить, что элемент разрешения ПЗС-камеры достиг при фотосъёмке из космоса разрешения на местности 0,6 м и в 2007 году улучшится до 0,4 м.

В настоящее время десятки космических съёмочных систем передают космические снимки высокого разрешения (от 5 м до 0,6 м) на любую территорию Земли. В России и за рубежом созданы и функционируют банки и архивы данных цифровых снимков всего земного шара. Особенно важна доступность для потребителя этих материалов. Причём та территория России, которая считается у нас засекреченной за рубежом можно получить снимки на неё без всяких ограничений. По системе Интернет можно осуществить оперативный поиск, сделать заказ и получить необходимую информацию, а также заказать проведение съёмок любой территории и получение корректированных снимков в цифровой форме.

Компания США планирует вывести в начале 2007 года на орбиту спутник OrbView-5. Спутник будет получать данные ДЗЗ с разрешением 0,41 м в панхроматическом режиме и 1,64 м в мультиспектральном. Запланирована высота орбиты 660 км. Группировка спутников OrbView будет получать снимки, покрывающие площадь более 1,2 млн. кв. км. в день, что позволит каждые полтора дня снимать любую точку земного шара.

Спутник QuickBird (см Рис.1.17) предоставляет изображение на любой район Земли с разрешением 61 см на Земле в панхроматическом варианте!

Варианты продукции QuickBird: черно-белая (панхроматическая) продукция приведена на рисунке 1.18. Каждый из уровней продукции снимков QuickBird доступен в различных вариантах. Эти варианты используют различные комбинации спектральных диапазонов и имеют отличия в разрешении пикселя окончательного продукта. Сенсор спутника QuickBird получает пять спектральных диапазонов, их использование отображено ниже.

Связи между спектральными диапазонами и вариантами продукции. Вариант продукции Черно-белой: (450-900 нм)

Вариант продукции Мультиспектральной в следующих зонах спектра:

синий (450-520 нм); зеленый (520-600 нм);

27

красный (630-690 нм); ближний инфракрасный (760-900 нм). Суммарный комплект Чёрно-белой и Мультиспектральной продукции. Вариант продукции цветной натуральный (три первых диапазона).

Вариант продукции цветной инфракрасный (три диапазона последних). Продукция Pan-Sharpened (четыре мультиспектральных диапазона).

Цветной натуральный и инфракрасный варианты продукции комбинируют визуальную информацию трех мультиспектральных диапазонов с пространственной информацией с пространственной информацией черно-белого диапазона, используя Алгоритм

Principal Components.

Черно-белая (панхроматическая) продукция дает возможность лучшего визуального анализа основанного на 61 сантиметровом разрешении (в надире) и 11-ти битной глубиной собранной информации. Панхроматический сенсор получает информацию в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне волн и имеет диапазон частот 450-900 нм.

Выходное разрешение пикселя на местности черно-белой продукции варьируется от уровня продукции. Базовое изображение поставляется c разрешением, с которым эти данные были собраны (от 61см в надире до 72см при 25 градусном отклонении от надира).

Мультиспектральная продукция предоставляет четыре дискретных не перекрывающихся диапазона с глубиной собранной информации 11 бит. Мультиспектральная продукция охватывает видимые и ближние инфракрасные волны в четырёх диапазонах. Базовое изображение поставляется c тем разрешением, с которым данные были собраны (от 2.44 до 2.88 м).

Заказы Новой съемки или архивных данных могут осуществляться по Интернету. Космические снимки высокого разрешения имеют практическое применений в большом количестве коммерческих направлений, таких как картографирование,

землепользование, кадастр, сельское и лесное хозяйство, изменение окружающей среды, мониторинг стихийных бедствий.

Картографирование

Космические снимки часто применяются как уникальный источник данных для создания новых топографических карт. Снимки с высоким разрешением могут быть использованы также для определения изменений объектов на карте с течением времени, в том числе и с использованием программного обеспечения по выявлению и классификации объектов.

28

На основе космических снимков создаются различные картографические приложения для планировки городских и сельских населённых пунктов.

Сельское и лесное хозяйство

Анализ мультиспектрального и панхроматического изображения позволяет проводить картографирование сельскохозяйственных угодий, дает точную информацию о состоянии растений и заражении их паразитами. Анализ растительности, показатели урожайности и создание карт сельскохозяйственных районов, а также специальные сельскохозяйственные приложения. Широко распространено применение космических снимков в лесном хозяйстве для определения видов деревьев, вековых изменений и лесного

картографирования.

Планирование и управление

Фотокарты, созданные из трансформированных снимков, векторных данных и трехмерных моделей рельефа, используются в проектах по планированию и управлению муниципальными мощностями (электричество, газ, вода), по планированию и управлению транспортными сетями (автодороги, железные дороги и мосты), по планированию и управлению налогообложением.

Окружающая среда и устранение последствий катастроф.

Космические снимки предоставляют оперативную и детальную информацию, на территорию всей поверхности Земли, что обеспечивает: мониторинг окружающей среды, мониторинг качества воды, оценку

изменений окружающей среды, оценку ущерба от стихийных бедствий, катастроф, планирование и осуществление восстановительных действий.

Основными преимуществами спутника QUICKBIRD являются широкая полоса охвата (размер сцены 16,5х16,5 км) и высокая метрическая точность. Спутник совершает 15 витков вокруг Земли за сутки и способен получать данные с производительностью около 57 сцен за виток (около 70 млн кв км за год).

На рис.1.21 демонстрируется информации на снимках, получаемых со спутников: EROS A (разрешение 1,8 м), IKONOS (разрешение 1 м) и QUICKBIRD (разрешение 61 см).

Рис.1.21

Ширина полосы захвата изображений QUICKBIRD, снятых под углом в диапазоне 0 –15 , приблизительно равна 16,5 –18 км. Поэтому площадь территории каждого кадра составляет от 270 до более чем 300 кв км (рис. 1.22).

29

Компания «Совзонд» официальный дистрибьютор компаний, которые являются

Наиболее оптимальным периодом для выполнения новой космической съемки с точки условий освещенности, отсутствия снежного покрова и растительности, чистоты атмосферы и безоблачности для большинства районов Российской Федерации является период с 1 мая по 15 июня.

Компания «Совзонд» принимает заявки на осуществление новой съемки со спутников QuickBird, IKONOS, OrbView, EROS.

11. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ СО СПУТНИКА QUICKBIRD

1. Введение

Доступность спутниковых данных высокого разрешения позволяет использовать картографические продукты, созданные на их основе, как надежную альтернативу ортотрансформированных фотоснимков, полученных путем традиционной обработки аэрофотоснимков. Данные, получаемые со спутников QuickBird, Ikonos и Orbview-3, доступны на рынке. Потенциально снимки этих спутников могут покрыть практически любую точку на Земле с разрешением от 1 до 0.61 метров в панхроматическом и от 4 до 2.44 метров в мультиспектральном режимах. Такие значения геометрического разрешения вместе с надлежащей геометрической обработкой позволяют производить продукты, которые можно сравнивать с традиционными картографическими продуктами, даже в масштабе 1:10.000 . Новые области применения спутниковых данных могут быть, например, следующими:

Обновление топографических и городских карт (анализ и мониторинг до масштаба 1:10000; обновление до масштаба 1:5.000);

Системное планирование (исследование возможностей, проектирование и мониторинг линий электропередач, линий магистральной связи, нефте- и газопроводов, транспортных магистралей, и т.д.);

Планирование строительства жилых зон и инфраструктуры; Обновление карт для городского и земельного кадастра;

Обнаружение строительства в природоохранных зонах, нецелевое использование

земель;

30

Мониторинг дорожной сети; Экологический мониторинг и оценка, управление экологическими рисками; Оценка лесных фондов и управление ими; Решение других задач.

2. Сокращения и терминология

RMSE – Root Mean Square Error – среднеквадратическая ошибка (СКО); GCP – Ground Control Points – наземные точки привязки;

CP – Control Points – контрольные точки;

CE90 - CE (Circular Error) - это величина, которую с заданной вероятностью (обычно 90% либо 95%; соответствующие показатели обозначаются CE90 и CE95) не превзойдет отклонение характеризуемой оценки планового положения точки от её истинного планового положения. Иначе говоря, с заданной вероятностью точка окажется в круге радиусом CE, центр которого совпадает с истинным положением точки.

LE90 - LE (Linear Error) - это величина, которую с заданной вероятностью (обычно 90% либо 95%; соответствующие показатели обозначаются LE90 и LE95) не превзойдет отклонение характеризуемой оценки высоты точки от истинного значения её высоты.

RPC – Rational Polynomial Coefficients - коэффициенты рациональных полиномов

(многочленов) – поправки для обработки изображений на основе математической модели камеры спутника в виде обобщенных аппроксимирующих функций (рациональных полиномов);

DEM – Digital Elevation Model – цифровая модель местности (рельефа) (ЦММ); DSM - Digital Surface Model - цифровая модель поверхности;

DTM – Digital Terrain Model - цифровая модель рельефа (ЦМР);

Использование этих категорий можно прокомментировать следующим образом. Обработка множества геопространственных данных начинается с построения общей модели местности - DEM. Последующие стадии обработки по существу являются процессом выделения различных моделей поверхностей, представляющих те или иные значимые компоненты — здания, окружающая растительность, водоемы и др. Одна из важнейших стадий такой обработки — построение цифровой модели рельефа, которую получают из DEM путем удаления компонентов, не имеющих отношения к рельефу.

3. Геометрическая обработка

Ключевой проблемой для нанесения на карту информации из космоса является геометрическая обработка спутниковых данных, которая являются обязательной, если требуется использование всех возможностей таких данных

Линейка продуктов QUICKBIRD

Одна и та же сцена QuickBird может быть приобретена в четырех различных форматах:

Basic Product («Базовый продукт»); Standard Product («Стандартный продукт»);

Standard Ortho Ready Product («Стандартный продукт, подготовленный к ортотрансформированию»);

Ortho Produc t («Ортотрансформированный продукт»).

Первые три продукта могут быть предложены для геометрической обработки пользователям, в то время как для последнего типа ортотрансформирование производится компанией DigitalGlobe.

Продукт Basic

Продукт Basic является наименее обработанным из всех видов продуктов QuickBird, он был разработан для продвинутых пользователей, которые имеют возможности для самостоятельной обработки данных. Он может быть приобретен только в виде целого кадра. Этот продукт получается после радиометрической коррекции и коррекции

31