Практические аспекты фотограмметрической обработки сканерных космических снимков высокого разрешения

Таблица 2: сравнение стоимости обработки одиночного снимка и приобретения готового ортоизображения для данных IKONOS

6.Типичные ошибки, возникающие проблемы и их  решение

Решение об использовании  снимков высокого разрешения чаще всего  продиктовано необходимостью получения высокоточных выходных продуктов. СКО планового положения объектов на наиболее точных ортоизображениях, получаемых по снимкам IKONOS компанией Space Imaging, составляют 0.9 м; Digital Globe декларирует достижимость такой же точности. Однако зачастую результаты, получаемые покупателями снимков на имеющемся у них программном обеспечении, оказываются гораздо хуже. Конечно, поставщики данных применяют строгие модели сенсоров и используют в качестве исходного материала для высокоточных продуктов снимки, полученные при малых отклонениях от надира; тем не менее, значительное ухудшение качества выходных продуктов обычно обусловлено ошибками в работе с данными. Очевидно, входные данные определяют достижимое качество результата, поэтому в первую очередь необходимо правильно выбрать исходные материалы для обработки. В случае IKONOS можно рекомендовать продукт Geo Ortho Kit для получения ортоизображений и любой продукт Stereo для стереообработки. Stereo Precision, возможно, обеспечит несколько лучшую точность за счет применения строгой модели на этапе ориентирования снимков (впрочем, Space Imaging утверждает, что RPC практически не уступают строгой модели в этом отношении [5], [6]), однако Stereo Reference примерно на 20% дешевле, и работа с ним не связана с организационными сложностями, возникающими при передаче точек полевой подготовки в Space Imaging). При получении ортоизображений по снимкам QuickBird предпочтение следует отдать либо (и скорее всего) продуктам Basic, к которым применима строгая модель, а RPC обеспечивают наибольшую точность, либо Standard Ortho Ready. Последний несколько уступает по качеству выходного продукта, но может обойтись дешевле при съёмке небольшого участка местности, так как при равной цене минимальный объём заказа Standard Ortho Ready составляет 100 км², а также возможно задание формы снимаемого участка, а продукт Basic поставляется только условными кадрами площадью 272км². Необходимым условием достижения хороших результатов при обработке снимков IKONOS и QuickBird является использование строгой модели камеры либо RPC; поэтому, при вводе данных в цифровую фотограмметрическую систему важно проследить, что эти данные будут учтены. Препятствием к использованию RPC может стать выполнение проекта в локальной системе координат, параметры связи которой с общеземными системами неизвестны. Это обусловлено тем, что поставляемые со снимками IKONOS и QuickBird RPC определяют зависимость пиксельных координат точек изображения от широты, долготы и высоты над эллипсоидом в системе координат WGS84. Выходом может служить выполнение работы в горизонтной топоцентрической системе координат, задающейся координатами начала отсчета, азимутом оси Х и ориентацией тройки (левая либо правая). Эта система связана с общеземными, а её параметры можно подобрать так, чтобы они были близки к соответствующим характеристикам местной системы координат; не слишком большие погрешности такого подбора компенсируются при введении аффинных поправок при ориентировании снимка. Несмотря на приближенность такого подхода, точность выходного продукта, скорее всего, окажется выше, чем при отказе от использования RPC. При использовании снимков QuickBird может возникнуть еще одна проблема, связанная с тем, что продукты Standard и Standard Ortho Ready могут поставляться в виде набора фрагментов; информация, необходимая для составления из них единого изображения, содержится в отдельном файле (с расширением TIL). Прилагаемые RPC относятся к собранному изображению, поэтому в данном случае необходимо быть уверенным, что применяемое программное обеспечение автоматически соединяет эти фрагменты в единое целое, а в противном случае выполнить эту процедуру вручную. Особенность, которую нужно учитывать при обработке стереопар IKONOS, заключается в том, что съёмка обоих снимков производится с одного витка [5], при этом базис съёмки ориентирован вдоль трассы спутника, имеющего околополярную орбиту. Поэтому снимки являются не левым и правым, а, фактически, верхним и нижним; для успешной работы в стереоскопическом режиме они должны быть повернуты на 90°. Эта операция тоже может быть выполнена либо автоматически цифровой фотограмметрической системой, либо пользователем вручную. Аналогично следует поступать и при работе со стереопарой QuickBird, оба снимка которой получены с одного витка (Digital Globe анонсировала стереоскопическую съёмку как с одного, так и с разных витков).

И, наконец, необходимо помнить, что для получения качественного  выходного продукта необходимы достаточно точные точки полевой подготовки. Несмотря на всю банальность этого  замечания, иногда приходится сталкиваться с достаточно пренебрежительным отношением к опорным точкам, причем как к их качеству, так и количеству. Действительно, RPC (в том числе и полученные без предоставления точек полевой подготовки поставщику данных) позволяют ориентировать снимок вообще без опорных точек, однако в этом случае среднеквадратические ошибки координат будут на порядок превышать разрешение. Действительно, погрешности при этом будут иметь преимущественно систематический характер, и существенно уменьшатся при использовании единственной опорной точки; но, тем не менее, при ориентировании снимка желательно опознать четыре-пять точек, расположенных в разных частях снимка и на различных высотах. Кроме того, все три координаты точки должны быть известны с высокой точностью. Так, в случае предоставления опорных точек в компанию Space Imaging, оптимальной названа плановая точность опорных точек 0.2 м и высотная 0.6 м, а достаточной (для получения продукта Precision, СКО планового положения контуров 1.9 м) - соответственно 0.7 и 1.5 м [8]. Следует иметь в виду, что в данном случае используются характеристики точности, принятые в США - либо CE90/LE90, либо CE95(=2.4477) / LE95(=1.96) [3] (в статье [8] наименование характеристики точности не указывается, но это несущественно - здесь эти величины приводятся для создания общего представления о необходимой точности координат точек полевой подготовки).

7.Заключение

Сканерные космические  снимки высокого разрешения (IKONOS и QuickBird) пригодны для создания карт масштабов 1 : 5 000 и мельче, имеют преимущества перед аэрофотосъёмкой при съёмке небольших участков, либо густонаселенных или приграничных территорий. С экономической точки зрения целесообразнее выполнять обработку своими силами, чем приобретать готовые фотограмметрические продукты (такие, как ортоизображения). Для получения высокоточных выходных продуктов (фотопланов) недостаточно выполнения географической привязки снимка по опорным точкам; необходимо ортотрансформирование с учетом геометрической модели сенсора и цифровой модели рельефа. Особое внимание следует уделить набору входных данных, в частности, оптимальному выбору исходных снимков и точности опорных точек.

8. Литература

1.Dial G. Horizontal Accuracy. // Imaging Notes, Match/April 2000.

2.Dial G., Grodecki J. Block Adjustment with Rational Polynomial Camera Models. // ACSM-ASPRS 2002 Annual Conference Proceedings. Washington, DC, April 22-26, 2002.

3.Draft Geospatial Positioning Accuracy Standards. US Federal Geographic Data Committee, December 1996.

4.Error Theory as Applied to Mapping, Charting and Geodesy. DMA TR 8400.1. United States Defense Mapping Agency. 2 May 1991.

5.Grodecki J. IKONOS Stereo Feature Extraction - RPC Approach. // Proceedings of ASPRS 2001 Conference. St. Louis, April 23-27, 2001.

6.Grodecki J., Dial G. IKONOS Geometric Accuracy. // Proceedings of Joint Workshop of ISPRS Working Groups I/2, I/5 and IV/7 on High Resolution Mapping from Space 2001, University of Hannover, Germany, Sept 19-21, 2001.

7.IKONOS Imagery Products and Product Guide. Space Imaging LLC, 2002.

8.Main J.D. Precise Ground Control Is Essential for Spatial Accuracy. // Imaging Notes, July/August 2000.

9.Mondello C., Hepner G.F., Williamson R.A. 10-Year Industry Forecast. Phases I-III - Study Documentation. // Photogrammetric Engineering & Remote Sensing. January 2004.

10.QuickBird Imagery Products. Product Guide. Revision: 3.5. Release Date: 14 March 2003. Digital Globe, Inc.

11.Volpe F. Geometrical Processing of QuickBird // High Resolution Satellite Data. Joint Workshop High Resolution from Space 2003.