CC BY
352
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
УДК 528.7
Т.А. Широкова, А.Ю. Чермошенцев СГГ А, Новосибирск А.Т. Бармитова
ООО «Дубль-ГИС», Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ТОЧКИ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ВЫСОКОГО И СРЕДНЕГО РАЗРЕШЕНИЯ
На точность обработки космических снимков в значительной степени влияют ошибки измерения координат точек на цифровых изображениях. В статье приведены результаты исследования точности визирования на точки космических снимков высокого и среднего разрешения при выполнении пространственной привязки.
космические снимки, геометрическая привязка изображений, визирование, оценка точности.
T.A. Shirokova, A.Yu. Chermoshentsev SSGA, Novosibirsk A.T. Barmitova «Double-GIS», Novosibirsk
INVESTIGATION OF SIGHTING ACCURACY
OF MEDIUM AND HIGH RESOLUTION SATELLITE IMAGES
Accuracy of satellite images processing substantially depends on the accuracy of points’ measurement in digital image. The results of investigations of sighting accuracy using satellite images of medium and high resolution during georeferencing are given.
satellite images, geometrical referencing of images, sighting, accuracy assessment.
Для практического применения изображений, получаемых космическими съемочными системами, важным показателем является точность геометрической привязки снимков, т. е. точность определения по ним геодезических координат (широты и долготы) объектов местности. Наиболее точной пространственной привязки снимков можно добиться только с привлечением опорной координатной информации в виде векторных электронных карт, координат звезд, наземных ориентиров [1].
Привязка по координатам опорных точек, основанная на использовании как имеющихся цифровых карт, наземных ориентиров, так и трансформированных космических снимков более высокого разрешения, связана с необходимостью распознавания точек на космическом снимке. Точность привязки космических снимков зависит от ошибок определения геодезических координат опорных точек mXY и визирования тв, влияние которых можно представить в следующем виде [2]:
m 2 = mXXY + ml. (1)
31
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
Величина ошибки mXY обусловлена погрешностями используемого метода планово-высотной подготовки снимков (с помощью геодезических спутниковых наблюдений, по топографическим картам и планам крупных масштабов, по трансформированным космическим снимкам более высокого разрешения и пр.).
На ошибку визирования тв влияют такие факторы, как пространственное разрешение космического снимка, тип наблюдаемого контура и опыт наблюдателя.
Точность привязки космических снимков с использованием трансформированных снимков более высокого разрешения в значительной степени зависит от ошибок визирования на идентичные точки этих снимков, которые принимаются в качестве опорных. В связи с этим актуальной является задача практической оценки точности визирования на точки космических снимков высокого и среднего разрешения, для выполнения которой было проведено следующее исследование.
На космических снимках ALOS (разрешение 2,5 м), SPOT (разрешение 10 м) и LANDSAT (разрешение 15 м), полученных в панхроматическом режиме съемки, выполнялись наблюдения одних и тех же точек. Точки относились к трем различным типам контуров (по 10 точек в каждой группе, расположенных равномерно в пределах снимков):
- четкие контурные точки береговой линии;
- характерные точки на изгибах контуров леса;
- точки дорожной сети (пересечения дорог и лесных просек).
Фрагменты космических снимков, полученных различными съемочными
системами, с изображением опорных точек разного типа приведены на рис. 1.
Визирование на точки выбранных объектов на снимках производилось в программном продукте (ПП) PHOTOMOD 4.4 Lite в 10 приемов с интервалом в 2 дня, что позволило сформировать 30 рядов измерений. Каждый прием включал последовательное наведение на все запроектированные точки снимков разного пространственного разрешения. Следовательно, между соседними измерениями координат одной и той же точки на изображении проходило достаточно времени, чтобы считать наблюдения независимыми.
По результатам наблюдений получены оценки ошибок визирования на точки трех типов объектов местности с преобладанием контуров природного происхождения.
Обработка результатов визирования на точки снимков выполнена с использованием ПП Microsoft Excel следующим образом.
Сначала результаты измерений были сгруппированы по типам объектов. Таким образом, для каждого из трех видов объектов составлена группа измеренных координат Xi, yi с количеством данных N = 10 х п, где п - количество запроектированных точек одного типа. Дальнейшие расчеты выполнены независимо для каждой группы контурных точек отдельно для снимков ALOS, SPOT и LANDSAT.
32
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
Пересечения дорог и лесных просек
Точки контура леса
Характерные точки береговой линии реки
Снимок
ALOS
Снимок
SPOT
Снимок
LANDSAT
Рис. 1. Характерные точки на космических снимках ALOS, SPOT и LANDSAT
По всем приемам вычислены средние значения координат (x, у) каждой точки и отклонения измеренных координат от средних значений vx, vy.
Затем вычислены средние квадратические ошибки (СКО) визирования на точки каждой группы контуров [3]:
m
в
x
m
в
У
(2)
где к - количество наблюдений каждой точки, равное 10; n - количество контуров одного типа, равное 10.
33
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
Отклонения координат vx и vy от средних значений для установления ошибки визирования на точки космического снимка ALOS приведены на рис. 2.
Рис. 2. Значения vx и vy по результатам измерения координат точек космического снимка ALOS
Как видно из рис. 2, при визировании на точки контуров леса на снимке ALOS максимальные отклонения координат xг-, yt от средних значений не превышают 0,7 пикселя. При наблюдении характерных точек водных объектов
34
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
максимальные ошибки достигают 1,6 пикселя, а пересечений дорог и лесных просек - 1,1 пикселя. Число отклонений, превышающих 1 пиксель, для трех типов контуров равняется 0, 1,5 и 7,5 %. Однако при визировании на точки контуров леса 75 % отклонений превышают 0,5 пикселя, в то время как для водных объектов и пересечений дорог этот показатель составляет 18 и 27 % соответственно.
Средние квадратические ошибки визирования на точки космических снимков высокого и среднего разрешения приведены в таблице.
Таблица
Результаты оценки ошибок визирования на точки космических снимков
Тип контура Средняя квадратическая ошибка визирования
Снимок ALOS Снимок SPOT Снимок LANDSAT
тв , м X т в , м У т вь , м тв , м X т в , м У твь , м тв , м X тв , м У т вь , м
Точки береговой линии водных объектов 1,00 1,06 1,46 4,06 4,27 5,89 4,18 5,85 7,19
Точки контуров леса 1,31 1,31 1,85 5,20 5,19 7,35 3,88 5,61 6,82
Пересечения дорог и лесных просек 1,32 1,33 1,87 4,82 4,85 6,84 4,30 6,21 7,55
Из анализа таблицы видно, что СКО визирования на точки космических снимков ALOS, SPOT и LANDSAT не превышают половины размера пикселя. Следовательно, в качестве опорных точек для привязки космических снимков высокого разрешения ALOS и среднего разрешения SPOT и LANDSAT могут использоваться точки естественных контуров: четкие контурные точки береговой линии водных объектов, характерные изгибы контуров леса, пересечения дорог и лесных просек, надежно распознаваемые на изображении. Для обработки снимков ALOS и SPOT предпочтение следует отдавать контурным точкам береговой линии водных объектов, а для привязки снимков LANDSAT - точкам контуров леса. Для привязки космических снимков с использованием трансформированных снимков более высокого разрешения и имеющихся цифровых карт необходимо выбирать объекты, наиболее устойчивые к сезонным изменениям.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Злобин, В.К. Обработка аэрокосмических изображений / В.К. Злобин, В.В. Еремеев. -М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 304 с.
2. Кобзева, Е.А. Разработка и исследование технологии мониторинга городских территорий по материалам космических съемок сверхвысокого разрешения: диссер. на соиск.
35
Аэрокосмические съемки и фотограмметрия
учен. степ. канд. техн. наук по спец. 25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия» / Кобзева Елена Александровна. - Новосибирск, 2008. - 153 с.
3. Евстратова, Л.Г. Разработка технологий создания цифровых карт по аэрокосмическим снимкам на основе свободно ориентированных моделей [Текст]: диссер. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук по спец. 25.00.34 - «Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия» / Евстратова Лариса Геннадьевна. - Новосибирск, 2005. - 173 с.
Получено 14.12.2010
© Т.А. Широкова, А.Ю. Чермошенцев, А.Т. Бармитова, 2010
Т.А. Широкова - канд. техн. наук, профессор кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования.
А.Ю. Чермошенцев - аспирант.
А.Т. Бармитова - инженер-картограф.
Тел.: 344-39-75.
36
