CC BY
30
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
KORIŠĆENJE SATELITSKIH SNIMAKA ZA VOĐENJE RADNE KARTE
Regodić D. Miodrag, Vojna akademija - Katedra prirodno--matematičkih i tehničkih nauka, Beograd
UDC: 623.644
Sažetak:
Radna karta je nezaobilazan činilac pri neprekidnom praćenju situ-acije i donošenju odluka u svim periodima pripreme, vođenja i otklanja-nja posledica ratovanja. Zato je neophodno da sadržaj radne karte omo-gući vizuelno jasan, pravovremen, tačan i proveren pregled situacije. Do podataka za radnu kartu dolazi se pomoću svih načina i sredstava za iz-viđanje i snimanje stanja i rasporeda snaga sukobljenih strana. Svi nači-ni i sredstva za prikupljanje podataka za vođenje radne karte su značaj-ni, jer se međusobno dopunjuju i doprinose da su podaci provereni i tač-ni. U radu su predstavljene faze obrade, analize i interpretacije digitalnih satelitskih snimaka za potrebe izrade i vođenja radne karte.
Ključne reči: radna karta, satelitski snimak, obrada snimaka.
Uvod
Radna karta je jedan od najvažnijih, a često i jedini borbeni doku-menat koji je neprekidno prisutan u fazi pripreme, u toku i po za-vršetku vođenja borbenih dejstava. Najznačajniji i najverodostojniji podaci za izradu i vođenje radne karte dobijaju se kao rezultat rada različitih sistema za snimanje i izviđanje. Namenjena je za procenu situacije, do-nošenje odluke, izradu planova, praćenje toka borbenih dejstava (b/d), iz-veštavanje, obaveštavanje i informisanje.
Radna karta treba da u svakom trenutku omogući jasan pregled situacije u određenoj zoni odgovornosti ili na mogućem pravcu dejstva. U sa-vremenim uslovima ratovanja, koja karakterišu stalne i brze promene situacije, ona je veoma često jedini borbeni dokument koji omogućava us-pešno komandovanje, odnosno stalno i pravovremeno reagovanje na no-vonastale promene borbene situacije. Zbog toga sadržaj radne karte mora biti uvek aktuelan, a ona ažurna i pregledna. Zato je opravdana stalna težnja da njen sadržaj bude prikazan pravovremeno, tačno i provereno. Najčešći način prikupljanja podataka za vođenje radne karte, pored rada izviđačkih i obaveštajnih organa, jeste vizuelno dešifrovanje svih raspoloživih snimaka.
mregodic62@gmail.com
<бГ)
Radna karta, kao grafički borbeni dokument, izrađuje se na topograf-skoj, odnosno digitalnoj podlozi ili drugom prikazu geoprostora. Na njoj se stvarna ili modelovana borbena situacija prikazuje grafičkim simboli-ma, skraćenicama i potrebnim tekstualnim objašnjenjima, radi komando-vanja u pripremi i izvođenju b/d. Vodi se neprekidno, u toku rada koman-de na pripremi i organizaciji, za vreme izvođenja i posle završetka b/d, kao i u fazi pripreme za prijem novog zadatka. Očekujuća i planirana dej-stva ne unose se na radnu kartu, ako to nepovoljno utiče na njenu pre-glednost i vođenje. Osnovna namena je da komandantu i ostalim organi-ma u komandi i štabu omogući: potpuno i neprekidno praćenje situacije i njene brze i realne procene; pripremu i donošenje odluke i praćenje nje-ne realizacije; izradu planova; izveštavanje; obaveštavanje i informisanje.
Radna karta se sastoji od jednog ili više listova karata istog razmera, sastavljenih u jednu celinu, što zavisi od stepena komandovanja.
Kada borbena situacija u nekoj užoj zoni, pravcu dejstva, usled va-žnosti i intenziteta dejstava postane prioritetna, može se, radi pregledno-sti, preći i na tzv. paralelno vođenje radne karte. To podrazumeva praće-nje situacije na postojećoj radnoj karti i na karti krupnijeg razmera ili na nekom odgovarajućem prikazu zemljišta.
Sadržaj radnih karata je različit u zavisnosti od vida, roda i službe u kojima se vode, vida b/d, komandnog stepena i funkcije organa koji je vodi. U Uputstvu o radnoj karti u oružanim snagama detaljno su obrađene sve vrste radnih karata. Ovde će, u skladu sa Uputstvom, biti predstavlje-ne samo one koje su od najšireg značaja.
Radna karta komandanta je osnovna radna karta za komandovanje, kojom se obezbeđuju podaci za praćenje i procenu situacije u svim fazama rada komande, donošenje odluke, izveštavanje i informisanje. Ona je bitan izvor raspoloživih podataka o situaciji u zoni (prostoriji, pravcu) dejstva. Tre-ba da sadrži potrebne brojčane, grafičke i druge pokazatelje stanja obostra-nog rasporeda, u određenom vremenu i za konkretnu situaciju od interesa za komandovanje. Radna karta komandanta sadrži osnovne podatke o pro-tivniku (napadaču), sopstvenim snagama, sadejstvujućim i drugim snagama u dodeljenoj zoni, rejonu, pravcu, o međunarodnim snagama i instituci-jama i savezničkim snagama od uticaja na izvršenje zadataka [1].
Radne karte organa rodova i službi su osnovne karte u kojima se vode najvažniji podaci za rod (službu) u određenoj komandi. Pored osnov-nih podataka o obostranom rasporedu, sadrže i sveobuhvatne i potrebne precizne podatke o rodu (službi). Na njima u svako vreme moraju biti pri-kazani svi neophodni podaci o stanju i rasporedu jedinica roda (službe) koji su odgovorni za tačnost, preglednost i potpunost podataka iz njihove nadležnosti na radnoj karti komandanta i radnoj karti štaba.
Pored osnovne radne karte, u komandama operativnog i strategijskog nivoa, radi informisanja javnosti, izrađuje se posebna radna karta - pre-
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
gledna karta. Pregledna karta sadrži samo osnovne konture rasporeda strana. Prema potrebi, može imati i određen broj važnijih grafičkih i brojča-nih pokazatelja i objašnjenja pomoću kojih se bliže definiše data situacija.
Priprema, oformljenje i vođenje radne karte
Priprema radne karte obuhvata određene aktivnosti čiji sadržaj zavi-si od toga da li se radi ručno ili na računaru.
Priprema za ručno vođenje radne karte
Priprema za ručnu izradu radne karte obuhvata:
- određivanje razmera i listova karte,
- sastavljanje i lepljenje karte,
- priprema pribora za vođenje radne karte,
- dopunjavanje karte novim podacima,
- kodiranje radne karte.
Izbor razmera za radnu kartu određen je nivoom komande u kojoj se vodi, veličinom pravca (zone, rejona) dejstva i namenom karte. Ako se koristi karta starijeg izdanja ona se dopunjava novim podacima od uticaja na izvršenje zadatka (komunikacije, mostovi, brane itd.).
Radna karta je formirana kada se na njoj ispišu:
- naslov karte,
- oznaka pripadnosti,
- vreme vođenja (početak - završetak),
- oznaka tajnosti, kodni naziv zadatka (vežbe) i rok čuvanja.
Unošenje podataka na radnu kartu mora biti tačno po mestu i vremenu,
prema datom obliku i sadržaju simbola, prilagođeno nivou komande i razme-ri karte. Kod bitnijih promena situacije (upotreba vazdušnog desanta, NHB udara i slično), raspored i stanje jedinica prikazuje se odmah nakon dobija-nja podataka u obliku preseka u određenoj zoni (prostoriji, rejonu).
Svi podaci koji se unose na radnu kartu podležu detaljnoj analizi, moraju biti provereni i prikazuju se selektivno (prema važnosti i aktuelnosti). Podaci koji su važni i treba ih uneti, a ne mogu se označiti datim simbolima, ucrtavaju se proizvoljnim znacima, a njihovo značenje daje se u legendi karte.
Informacije o protivničkoj strani unose se na radnu kartu onako kako su dobijeni zadatkom i selektivno prema važnosti i aktuelnosti podataka. Dobijeni podaci pre unošenja moraju biti provereni, a nesiguran podatak se posebno naznači i naknadno se proverava njegova verodostojnost. Ako situacija omogućava, prvo se unose oni elementi borbenog rasporeda pro-tivnika koji su najopasniji po vlastite snage i na koje treba brzo reagovati.
<$>
Elementi koji se unose na radnu kartu moraju biti predstavljeni u sa-glasnosti sa Uputstvom o radnoj karti u oružanim snagama u kojem su, pored opštih odredbi o pojmu, vrsti, sadržaju, pripremi, oformljenju i vo-đenju radne karte dati i taktički znaci i skraćenice naziva po rodovima, službama i vidovima u oružanim snagama [1].
Priprema i vođenje radne karte na računaru
Vođenje radne karte pomoću računarski podržanih sistema zahteva i podrazumeva postojanje odgovarajućih programa sa potrebnim program-skim alatima za ovakav rad, kao i odgovarajućih skeniranih ili vektorizo-vanih karata.
Na odgovarajuću memorisanu osnovu, koja predstavlja relevantan geografski prostor, unose se taktički simboli odabrani iz digitalnog topo-grafskog ključa.
Podloga - osnova na koju će se nanositi simboli može biti u:
- rasterskom (slika karte) i
- vektorskom obliku (iscrtani geografski objekti).
Nanošenje simbola može biti dvojako:
- izborom lokacije pomoću pokazivača (fizički izbor tačke na podlozi) ili
- geokodiranjem (preko unapred zadatih numeričkih vrednosti koor-dinata položaja objekta).
Unošenje simbola obavezno prati i unos raspoloživih podataka o objek-tu koji je predstavljen datim simbolom. Prethodno se definiše koji će se po-daci voditi za izabranu vrstu objekta, npr. formacijski naziv jedinice, stepen popune ljudstvom i tehničkim materijalnim sredstvima (TMS) i drugi podaci potrebni organu koji vodi kartu. Radi preglednosti prikaza sadržaja, nadležni starešina organa koji vodi radnu kartu definiše obim sadržaja svojih podataka, čime se obezbeđuje njeno autonomno vođenje po organima, kao i kom-binovano prikazivanje podataka različitih organa na nivou komande.
Vođenje radne karte na računaru, pored osnovnog prikaza, pruža velike mogućnosti tematskog i tabelarnog prikaza podataka. Način izrade i vođenja definisan je posebnim Uputstvom za korišćenje programskog paketa za vođenje radne karte.
Radnoj karti se, u zavisnosti od karaktera nanetih podataka, određu-je stepen tajnosti i lica koja mogu biti upoznata sa njenim sadržajem. Stepen tajnosti, u toku vođenja i kasnije, za vreme čuvanja, može biti različit. Postupak u vezi zaštite podataka na radnoj karti, isti je kao i prilikom ruč-nog načina vođenja iste i sprovodi se u sklopu sveukupnih mera bezbed-nosti na komandnom mestu.
Kao strano iskustvo u vođenju radnih karata može da posluži ame-rički pristup u okviru centralizovanog komandnog i kontrolnog sistema
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
(Centralized Command and Control System - C2) [2]. Organizaciona struktura sistema C2 predstavlja nove perspektive korišćenja karata u američkoj vojsci.
Sadašnji C2 sistem obezbeđuje centralizovanu lokaciju informacija o operacijama, trenutni prenos podataka i visokokvalitetne karte i slike. Me-đutim, visok nivo računarske podrške, koji čini osnovu sadašnjeg C2 sistema, može komandantima dati pogrešnu predstavu da ovi sistemi sadr-že više informacija nego što stvarno sadrže. Taj utisak predstavlja oteža-vajuću okolnost kod donošenje efikasnih odluka u borbi. Ovakva računar-ska podrška omogućavaju centralizovanom C2 sistemu prikupljanje, ob-radu i prenos (distribuciju) ogromnog broja podataka. Činjenica da raspo-laže ovako velikom količinom podataka i sposobnošću da njima uspešno upravlja i da ih uspešno distribuira donela je centralizovanom C2 sistemu veliki značaj u vojsci.
Karte, koje predstavljaju jedan vitalni dio C2 sistema, su veoma ce-njene i zbog toga što predstavljaju naučno tačne prikaze informacija i fi-zičku realnost. Međutim, treba biti svestan bitnih ograničenja ovakvih sistema. Jedan od ključnih problema vezanih za karte stvorene pomoću centralizovanih C2 sistema je što se često zaboravlja da su karte modeli stvarnosti a ne sama stvarnost. Lica koja rade u okviru C2 sistema imaju mogućnost uticaja na dizajn i korišćenje vojnih karata u okviru jednog ovakvog sistema centralizovane kontrole i decentralizovanog izvršenja zadataka [2].
Do konkretnih praktičnih naših i stranih iskustava u vođenju radne karte ne može se doći, jer radna karta u svim armijama predstavlja bor-beni dokument sa najvišim stepenom tajnosti.
Korišćenje aerofoto-snimaka za vođenje radne karte
Do podataka koji se unose na radnu kartu dolazi se izviđanjem i sni-manjem raznim senzorima sa Zemlje, iz vazdušnog prostora i iz kosmosa. Pored vizuelnog izviđanja, kao najstarijeg načina, danas se za snimanje i izviđanje sve više koriste razna tehnička sredstva: fotografska, aerofoto-grafska, radarska, infracrvena, televizijska, video, radio i druga.
Do sada su se u našoj praksi, pri izradi i vođenju radne karte, sni-mljeni „nemerni" materijali (video, fotografski, „toplotni", aerofoto, satelit-ski snimci, i dr.) isključivo koristili u vizuelne svrhe, primenom postupka fotointerpretacije snimaka. Ovim postupkom vrši se obrada (analiza) ra-znih fotosnimaka kojim se identifikuju objekti, tumači njihova međusobna povezanost i značenje i dolazi do mnoštva podataka o protivničkim sna-gama, neophodnih za vođenje radne karte i uspešno komandovanje.
<бГ)
U procesu dešifrovanja snimaka koriste se znaci karakteristični za pojedine objekte, detalje i pojave na zemljištu, koji ih demaskiraju. Znaci mogu biti direktni - oblik, veličina i ton slike objekta i indirektni - uzajam-na povezanost objekata, tragovi aktivnosti i senka objekta.
Mogućnost uočavanja i identifikacije pojedinih objekata zavisi, pored ostalog, i od razmere aerofoto-snimaka [9]. Pregled razmera u kojima se obično vrši aerofoto-snimanje i u kojima je moguće i pogodno dešifrova-nje snimaka dat je u tabeli 1.
Tabela 1
Razmere aerofoto-snimanja za potrebe dešifrovanja snimaka [3]
Objekat Stepen identifikacije Moguća razmera Pogodna razmera
Maskirni radovi - uočavanje maske - otkrivanie lažnih objekata 1:18.000 1:12.000 1:8 000 1:8000-4000
Fortifikacijski objekti - zakloni 1: 8.000 1: 4 000
Artiljerija - artiljerijski položaji 1: 8.000 1:4 000
Tenkovi, kamioni - raspoznavanje tenkova - raspoznavanje kamiona - prebrojavanje tenkova i kamiona 1:10.000 1:10.000 1:20.000 1:5 000 1:5 000 1:10 000
Brodovi - dužine do 60 m - dužine od 30 do 60 m 1:40.000 1:25.000 1:20 000 1:15 000
Avioni - raspona krila oko 10 m - raspona krila preko 25 m 1:15.000 1:25.000 1: 8 000 1:18 000
Radio-uređaji - određivanje radio-stanice velike moći - određivanje male radio stanice -pokretne - otkrivanje radara 1: 20.000 1: 8.000 1:1.000 1:10 000 1: 5 000 1: 6 000
Razni objekti - skladišta - postojanje aerodroma - uočavanje puta i pruge - prebrojavanje vagona - određivanje vrste puteva - raspoznavanje mostova 1: 40.000 1: 65.000 1: 20.000 1: 15.000 1: 30.000 1: 30.000 1: 20 000 1: 45 000 1: 10 000 1: 10 000 1: 20 000 1: 20 000
Oštećenja objekata - zgrade, rezervoari, hangari - gradovi - levkovi (krateri) 1: 20.000 1: 10.000 1: 25.000 1:10 000 1: 5 000 1:15 000
Stručno lice koje vrši fotointerpretaciju (dešifrovanje) snimaka mora da poseduje visoku vojnu kulturu i tehničko znanje, tj. da ima spoznaju o celokupnom naoružanju protivničke strane, kao i njegovom načinu upo-trebe, da raspolaže sa elementima za upoređenje, knjigama silueta ratne tehnike (brodova, aviona i dr.) i ključevima za interpretaciju. Za uspešnu realizaciju postupka fotointerpretacije snimaka neophodno je poznavanje i pravilno tumačenje pojma moći razdvajanja fotografije.
(S>
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
Moć razdvajanja fotografije (rezolucija) se zasniva na optičkom kri-terijumu koji se svodi na to koliko blizu jedno drugom mogu da se nalaze dva tačkasta svetlosna izvora da bi još mogli da se uoče kao zasebne tačke. U oblasti fotografije moć razdvajanja može da se definiše kao naj-manja udaljenost između crnih i belih linija na kojoj one mogu međusob-no da se razlikuju. Tako se dolazi do pojma "broja linija po milimetru" (lin/mm), kojim se definiše moć razdvajanja nekog fotografskog sistema. Fotografski sistem čija je moć razdvajanja, na primer, 200 lin/mm, u sta-nju je da jasno razlikuje crne i bele linije, obe širine 0,02 mm. To je ujed-no granična moć razdvajanja.
Usled velikih brzina savremenih izviđačkih aviona, u toku ekspozicije filma, scena snimanog zemljišta pomera se u suprotnu stranu od smera kretanja aviona, a slika na filmu u smeru kretanja aviona. Što je brzina kretanja aviona veća, a ekspozicija filma duža, pomeranje slike na filmu je veće. Zbog pomeranja slike, u toku ekspozicije dolazi do njenog "raz-vlačenja" na filmu, čime se znatno pogoršava oštrina snimka, a time i mogućnost raspoznavanja detalja na njemu.
Razmera snimka i moć razdvajanja na terenu zavise od fokusne du-žine objektiva aero-foto-kamera (AFK) i visine snimanja [4]. Ova zavi-snost pri snimanju sa AFK sa objektivima fokusnih dužina 10 cm i 60 cm i sa različitih visina predstavljena je u tabeli 2.
Tabela 2
Razmera snimka i približna moć razdvajanja na terenu [4]
Razmera na snimku Približna moć razdvajanja na terenu Odgovarajuća visina snimanja u metrima
F = 10 cm F = 60 cm
1:1.000 5 cm 100 600
1:2.000 10 cm 200 1.200
1:5.000 25 cm 500 3.000
1:10.000 50 cm 1.000 6.000
1:20.000 1 m 2.000 12.000
1:50.000 2 m 5.000 30.000
1:100.000 5 m 10.000 60.000
U uslovima savremenog ratovanja, najzastupljeniji izvori prikupljanja i obrade podataka o protivniku, sopstvenim snagama, prostoru i vremenu su brojni snimci dobijeni pri izviđanju video, foto, aerofoto ili satelitskim snimanjem. Fotografski kvalitet raspoloživog materijala je, takođe, različit i predstavlja objektivan problem pri njegovom korišćenju u merne svrhe.
Snimci dobijeni sa avio i satelitskih platformi predstavljaju veoma va-žan izvor podataka za proučavanje i predstavljanje prirodnih i veštačkih pojava na Zemljinoj površini. Razumevanje veza i odnosa između digital-nih vrednosti piksela zabeleženih na senzoru i pojava na terenu omogu-ćava pravilnu interpretaciju i analizu snimka [5]. Cilj naučnog istraživanja
<бТ)
u ovom radu je da se kroz teorijska razmatranja i sprovedeni eksperiment iznađu i provere mogućnosti i metode prikupljanja, obrade i korišćenja podataka o prostoru dobijenih daljinskom detekcijom terena za potrebe izrade i dopune radne karte geografskim elementima sadržaja topograf-ske karte i elementima borbenog rasporeda strana.
Eksperiment
Predmet eksperimenta je satelitski snimak područja grada Beogra-da, koji je proizvod kompanije European Space Imaging, satelita IKO-NOS2. On pripada kategoriji GEO Ortho Kit proizvoda, što znači da je približno georeferenciran i u potpunosti ortorektifikovan [6]. U tabeli 3 dati su detaljniji podaci o snimku.
Osnovni parametri snimka [7]
Tabela 3
Naziv senzora IKONOS2
Naziv kompanije European Space Imaging
Prostorna rezolucija 1 m
Nivo proizvoda Geo Ortho Kit
Tip snimka Panhromatski
Bitni zapis 11-bita
Kartografska projekcija UTM
Elipsoid WGS84
Visina orbite 450 km
Nagib optičke ose senzora 73,0927°
Vreme snimanja 2003-04-29 09:58 GMT
Pravac skeniranja Nazad
Azimut skeniranja 254,2177°
Bitan odgovor na pitanje izbora ovog snimka leži u činjenici da se radi o vrlo kvalitetnom snimku, snimku visoke prostorne rezolucije od 1 m, koji je načinjen 2003. godine. Sa snimka područja grada Beograda, za potrebe eksperimenta izdvojen je jedan manji deo na kojem se nalaze elementi zna-čajni za izradu radne karte (slika 1). Za obradu je izabran satelitski snimak grada Beograda. Razlog za izbor ovog snimka i područja je Beograd, kao kompleksan geoprostor za analizu svih parametara neophodnih za dopunu topografske osnove, kao i za izradu i ažuriranje radne karte.
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
Slika 1 - Snimak satelita IKONOS2 [6] Slika 2 - Topografska karta 1:50 000 [7]
Pored satelitskog snimka, za realizaciju eksperimenta je obezbeđe-na odgovarajuća topografska karta (TK). Za potrebe izrade radne karte i njene dopune otkrivenim vojnim objektima na osnovu interpretacije i ana-lize sadržaja snimka, odabrana je TK50 (slika 2).
Polazna i obavezna aktivnost koja prethodi sveukupnoj obradi snimaka i ažuriranju radne karte jeste skeniranje, odnosno prevođenje radnog materijala u digitalni oblik. Pošto je satelitski snimak isporučen u digitalnom obliku, samo je izvršeno skeniranje topografskih karata. Skeniranje topografskih karata, tj. proces transformacije analognih podataka u digitalnu formu, izvedeno je na skeneru SHARP JX 6-10 u rezoluciji 300 dpi, a čije su fizičke mogućnosti 1 200 x 1 200 dpi i 16 miliona boja i sa interpolacijom 9 600 x 9 600 dpi.
Modeli transformacije koordinata
Matematički modeli transformacije zasnivaju se na činjenici da Ze-mlja predstavlja trodimenzionalni objekat sferoidnog oblika. Suštinu pro-blema predstavlja potreba za adekvatnim dvodimenzionalnim prikazom Zemlje, odnosno dela njene površi sa zadovoljavajućom tačnošću. Kao polazna osnova služi izbor geodetskog podatka kao matematičke aprok-simacije kojom se definiše oblik Zemlje. Pored toga, njime treba na odgo-varajući način predstaviti neki oblik na površi i njegov odnos sa površi-nom Zemlje u prostoru. Transformacija se zasniva na postavci da satelit-
Cz°D
ski snimak predstavlja ravan projekcije na koju se projektuje deo Zemlji-ne površi. Da bi se snimak uveo u državni koordinatni sistem neophodno je matematičkim putem odrediti odnos između ravni projekcije snimka i određenog dela elipsoida Zemlje i izvršiti neophodne izmene.
Geometrijska korekcija, kojom se otklanjaju geometrijske deformaci-je može biti dvojaka. Korekcija snimaka kojom se snimak dovodi u odgo-varajuću kartografsku projekciju i uvodi u državni koordinatni sistem nazi-va se spoljašnja geometrijska transformacija. Ona predstavlja standardni način geometrijske korekcije snimaka, kojom se oni dovode u projekciju blisku ortogonalnoj. Ovakva transformacija dovodi do promena prostor-nog položaja, oblika i veličine jediničnih elemenata slike i obavlja se pri-menom odgovarajućih matematičkih modela zasnovanih uglavnom na polinomskim relacijama članova višečlanih parova i afinim transformacija-ma. Taj proces se naziva i georeferenciranje. Pojam georeferenciranja je složenica sastavljena od dve reči: gea - što na grčkom jeziku znači Ze-mlja i reference -što na engleskom jeziku znači usmeravanje ka nekom izvoru podataka. Često se u literaturi koristi i pojam geokodiranje, kao si-nonim pojmu georeferenciranja. U slobodnom prevodu, georeferenciranje predstavlja pravac, put do nekog izvora podataka na Zemlji [8].
Stvarno i potpuno prevođenje snimaka iz centralne u ortogonalnu projekciju obezbeđuje unutrašnja geometrijska korekcija. Ovaj postupak se naziva i ortorektifikacija. Računarska ortorektifikacija predstavlja danas osnovni način izrade grafičkih podloga od aero i satelitskih snimaka za potrebe kartiranja ili dopunu topografskih karata. Ovako korigovani snimci nazivaju se ortosnimci.
Princip ortorektifikacije zasniva se na postojanju paralaksi kod stereopara snimaka, koji formiraju trodimenzionalni stereomodel. Originalni, siro-vi snimak se koreliše sa referentnom geokodiranom podlogom koja sadrži i informacije o visinama tačaka terena [9]. Te osnove mogu biti klasične to-pografske karte, izabrane kontrolne tačke površine terena, ili digitalni ele-vacioni model terena.
Na osnovu podataka o visinama terena za dati stereomodel popravlja se prostorna zakrivljenost, podešavaju pozicije i veličine elemenata reljefa i izrađu-je ortosnimak zadovoljavajuće tačnosti za zadatu razmeru. Razmera i tačnost ortosnimaka zavisi od kvaliteta snimaka, njihove rezolucije, pouzdanosti kon-trolnih tačaka i vrste algoritama korišćenih u matematičkom modelu transfor-macije. Razmera satelitskih snimaka ograničena je njihovom rezolucijom [9].
Poluautomatska klasifikacija snimaka IKONOS2 u programskom paketu pci geomatica
Za potrebe analize i interpretacije snimka u okviru eksperimenta us-pešno je primenjen metod poluautomatske klasifikacije.
Poluautomatska (supervised) klasifikacija predstavlja izvršavanje za-datih instrukcija na osnovu formiranog „ključa" za analizu multispektralnih
71
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
snimaka. Identifikacija istih objekata, koji su od interesa za istraživanje, izvršena je vizuelnim lociranjem njihovog položaja na snimku. Proučavani objekti se odlikuju jedinstvenim spektralnim karakteristikama, što pred-stavlja osnovu za izdvajanje tematskog sadržaja, odnosno klasa podata-ka sa istim osobinama. Drugi deo poluautomatske klasifikacije obavljen je računarskom analizom vrednosti piksela izabranih klasa. Na taj način je procenjen svaki piksel i pridružen odgovarajućoj klasi na osnovu utvr-đene sličnosti, saglasno prethodno formiranom ključu klasifikacije. U okviru oformljenog ključa klasifikacije predstavljene su karakteristike mnogih vojnih objekata i borbenih sredstava, kao što su oblik, veličina, senka, ton i drugo [10].
Uporedo sa postupkom klasifikacije snimaka, realizovana je i in-terpretacija sadržaja, kao i prikaz otkrivenih i identifikovanih elemenata na radnoj karti. Zahvaljujući postupku klasifikacije, u velikoj meri su olak-šani prepoznavanje, identifikacija i tehnička analiza otkrivenih vojnih teh-ničkih sredstava na snimku.
Na delu satelitskog snimka (slika 3) otkriveni su i klasifikovani i od ostale vojne tehnike izdvojeni tenkovi (slika 4). Ovaj snimak je takođe podvrgnut postupcima poluautomatske klasifikacije, analize i interpretaci-je sadržaja, u cilju ažuriranja radne karte. Uspeh u ovom delu eksperi-menta potvrđuje da se korišćenjem računarske tehnike može uspešno, podacima sa satelitskih snimaka, vršiti potpuna dopuna radne karte, što je ujedno bio jedan od posebnih ciljeva ovog istraživanja.
Slika 3 - Deo snimka satelita IKONOS2 Slika 4 - Uvećani deo snimka na kojem sa vojnim objektima [7] se nalazi vojna tehnika [7]
Klasifikacioni metod supervised koristi sva znanja o osobinama ma-terijala izučavanih objekata. Pre ulaska u automatski klasifikacioni proces identifikuje se set klasa koje objedinjavaju spektralne vrednosti scene što je više moguće. Tada se kreira uzorak rastera za svaku klasu. Trebalo bi
QD
da svaki uzorak bude relativno homogen i reprezent svoje klase. Ovaj proces analizira svaku oblast uzorka da bi odredio statističke karakteristi-ke klase za selektovani rasterski objekat i onda koristi ove karakteristike za klasifikaciju ulaznog snimka. Pošto većina klasifikacionih metoda supervised dodeljuju sve rasterske piksele jednoj od unapred definisanih klasa, mora se voditi računa da uzorak uključuje sve značajne pokrivače tla i materijale objekata na snimku [10].
Pri sprovođenju ovog postupka klasifikacije potreban je znatno veći uticaj interpretatora, kao i prehodno istraživanje područja (terensko isku-stvo, podaci iz drugih izvora i dr.). Na početku ovog postupka potrebo je utvrditi uzorke i spektralne brojeve klasa koji se definišu, što se postiže odabiranjem test uzorka. Međutim, osim spektralnih brojeva objekata pri klasifikaciji važnu ulogu imaju i drugi parametri, kao što su: stanje atmos-fere, upadni ugao Sunčevih zraka, stepen razvijenosti vegetacije i mnogi drugi. Interpretator treba da odabere piksel-uzorak, kao reprezentativni piksel za svaku klasu (test-training uzorci). Podaci o spektraknoj refleksiji određenih uzoraka (jedan uzorak po klasi) čine reprezentativni podatak za određenu klasu. Skup tih uzoraka poslužiće kasnije u računskoj klasifikaciji na celom snimku. Kod rasporeda klasa ili pojava, test pikseli će bi-ti dati prostornim vektorom (prosečne vrednosti klase) i gustinom ili veliči-nom grupe, što će se definisati standardnim odstupanjem test uzorka u primenjenim spektralnim kanalima.
Udaljenost između dve klase može se izračunati pomoću euklidskog rastojanja (Euclidian distance) između dva centra klasa. Ponekad je po-trebno spojiti dve klase u jednu, ukoliko se one preklapaju ili su blizu jed-na drugoj.
Ovaj metod klasifikacije sproveden je u programu PCI Geomatica. Pre početka poluautomatske klasifikacije potrebno je postaviti snimak u radni format programskog paketa PCI Geomatica. Prvo se otvori snimak uobičajenom procedurom komandama File/Open. Pošto se IKONOS-ov snimak, na kojem se vrši klasifikacija objekata nalazi u tiff formatu, ko-mandom Export prevodimo snimak iz formata tiff u radni format pix. Broj kanala snimka je tri. Da bi se mogla uspešno izvršiti ekstrakcija podataka sa snimka dodato je još kanala koji su služili kao kanali u kojima je smeš-tan izlazni klasifikacioni raster.
Kao prvi potreban korak urađeno je izoštravanje i filtriranje slike, radi lakšeg uočavanja granica klasa i odabira piksela koji pripadaju određenoj klasi. U programu PCI korišćeni su adaptive i equalization enhancement i edge sharpening 3*3 high pass filter. Za izoštravanje slike korišćen je shapen 2 filter iz grupe high pass filtera. Zatim su birani kanali koji su učestvovali u klasifikaciji. Za potrebe ovog rada isprobane su različite kombinacije (svi kanali; prva tri; drugi, treći i četvrti; drugi i treći; samo treći ...).
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
Proces poluautomatske klasifikacije započinje komandom Tools/Su-pervised Classification. Startovanjem klasifikacionog procesa otvara se meni Session Configuration u kojem biramo ulazne, radni i izlazni kanal snimka, kao što se vidi na slici 5.
Slika 5 - Meni Session Configuration [7]
Kod poluautomatske klasifikacije, u PCI Geomatics, identifikovani su homogeni oblici posmatranih objekata na snimku. Ovi objekti ucrtavani su različitim bojama na delovima snimka koji predstavljaju određenu in-formacionu klasu koja se proučava. Informacione klase su posebna kate-gorije na snimku koje nam služe kao ključ za klase koje želimo da identi-fikujemo sa originalnim spektralnim podacima. U procesu klasifikacije ra-čunar je uz pomoć definisanih informacionih klasa determinisao spektral-ne klase. Ovaj programski paket nudi nekoliko statističkih pokazatelja koji daju informaciju o kvalitetu izabranih uzoraka, a to su signature separability, signature statistics, histogram, scater plot, kao i mogućnost pregleda (preview) klasifikacije pre nego što se uđe u narednu fazu procesa klasifikacije. Na osnovu ovih statističkih pokazatelja veoma dobro je utvrđena reprezentativnost i kvalitet odabranih uzoraka, na osnovu kojih su korigo-vani odabrani uzorci.
Nakon utvrđivanja kvaliteta odabranih uzoraka prešlo se na sam proces klasifikacije biranjem jednog od nekoliko algoritama klasifikacije. Najčešće se koriste algoritmi: „kutijski klasifikator", minimalno rastojanje do grupe prosečnog klasifikatora i maksimalna verovatnoća klasifikatora (slika 6).
74
Slika 6 - Algoritmi poluautomatske klasifikacije [7]
Nakon izvršene klasifikacije utvrđen je kvalitet dobijenih rezultata sa za-ključkom da je sprovedeni klasifikacioni proces rezultirao kvalitetnim i upotre-bljivim podacima. Ukoliko rezultati nisu prihvatljivi pristupa se popravkama ko-je obuhvataju ponovno, preciznije određivanje klasa. Popravka se obično radi u slučajevima velikog područja preklapanja piksela sličnih digitalnih vrednosti između klasa. Računarska klasifikacija zauzima značajno mesto u obradi i analizi satelitskih snimaka. Koristi se izradu novih i dopunu postojećih temat-skih karata različitog sadržaja, kao što su pedološke, poljoprivredne, karte šu-ma i slične. Rezultat dosadašnjeg toka klasifikacije sadržaja snimka sa slike 3 prikazan je kroz izdvajanje tenkova od ostalog sadržaja u prilogu 1.
Prilog 1 - Klasifikacija sadržaja snimka [7]
75
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
Da bi rasterska slika imala upotrebnu vrednost za dalji proces obrade, iz-vršena je vektorizacija granica dobijenih rastera. Pre ulaska u proces vektori-zacije urađeno je filtriranje dobijenog rastera čime su uklonjene manje celine koje opterećuju sadržaj. U ovom eksperimentu su upotrebljeni, kao najčešće korišćeni filteri u programskom paketu PCI Geomatica, mode i median filteri iz grupe low pass filtera. Rezultat filtriranja je predstavljen u prilogu 2.
Prilog 2 - Rezultat filtriranja klasifikovanog sadržaja [7]
Sada je bilo mnogo lakše identifikovati i izdvojiti tenkove u odnosu na veliki broj kamiona i drugih neborbenih sredstava na istoj lokaciji. Za proces vektorizacije se koristi funkcija Raster to vector (slika 7).
Slika 7 - Funkcija Raster to vector [7]
Dobijeni vektori su na kraju komandom Export prevedeni u vek-torski format dxf, kao što je prikazano na slici 8.
Slika 8 - Prevođenje dobijenog vektora u željeni format [7]
Prevedeni vektor granica objekata iz dxf formata je zatim smešten u programski paket ArcGis/ArcMap i u njemu je izvršena prostorna analiza klasifikovanog vektora i preklapanje sa satelitskim snimkom i topograf-skom kartom radi njene dopune.
Identifikovani tenkovi su preneti, odnosno kartirani, na TK 50 (prilog 3) i na već oformljenu radnu kartu (prilog 4) i time postali njen sadržajni element. Zbog velikog značaja snimljene teritorije, objekata na njoj i otkrivenih eleme-nata borbenog rasporeda, radna karta je u ovom slučaju rađena na krupnora-zmernoj podlozi (TK50). Rezultat ovog dela eksperimenta pokazuje da je ostvaren postavljeni cilj ovog rada, tj. postignut je uspeh u ažuriranju radne karte na osnovu kvalitetnih satelitskih snimaka. Sveukupna obrada IKONOS-ovog snimka omogućila je i olakšala realizaciju postupaka otkrivanja, prepo-znavanja, identifikacije i tehničke analize sadržaja snimka.
Prilog 3 - Prikaz identifikovanih tenkova na TK 50 [7]
77
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
I 74
kRADNA KARTA SKomandanta IKomanda 10.okbr ^Početak: 07.00 03.11.06. 'Završetak:
vojna tajna
strogo poverqivo j
"Manjača - 06" j
Čuvati do kraja 2016.
Prilog 4 - Radna karta komandanta [7]
<zT>
Zaključak
Sadašnji načini i sredstva, koji se primenjuju u procesu vođenja rad-ne karte, ne obezbeđuju potreban kvalitet i permanentnost njene izrade, shodno velikom značaju ovog borbenog dokumenta za uspešno koman-dovanje u miru i ratu. Dosadašnji postupci i nivo korišćenja većine ne-mernih snimaka, dobijenih pri izviđanju za vojne potrebe, ne zadovoljava-ju u potpunosti zahteve stalnog i kvalitetnog procesa vođenje radne karte. Klasični način vođenja radne karte, gde se satelitski snimci i drugi iz-vori podataka koriste samo u domenu vizuelne interpretacije, ne obezbe-đuje ispunjenje nezaobilaznog zahteva da svi elementi sadržaja radne karte budu geodetskim metodama predstavljeni tačno po položaju. Nedo-statak sadašnjeg, klasičnog, načina vođenja radne karte ogleda se i u sporosti u procesu ažuriranja provereno tačnim podacima. Ovaj nedosta-tak je moguće u znatnoj meri prevazići neminovnim prihvatanjem potpu-no novog načina vođenja radne karte, gde se kroz obradu svih raspoloži-vih podataka ona izrađuje na digitalnoj podlozi (karti ili snimku) i prime-nom geodetskih metoda i njima pripadajućih računarski podržanih geo-detskih sistema.
Daljinska detekcija postaje sve značajnija i nezaobilazna metoda pri-kupljanja informacija o prostoru za vojne potrebe. Dostignuti nivo razvoja računarske opreme može da obezbedi uspeh pri otkrivanju, prepoznava-nju, tehničkoj analizi i prezentovanju geografskih i vojnih elemenata sadr-žaja snimaka u procesu ažuriranja radne karte.
Ažuriranje radne karte, kako geografskih elemenata topografske podloge, tako i elemenata borbenog rasporeda strana, moguće je sa po-trebnom tačnošću (sa tačnošću izrade karte koja se obrađuje) izvršiti na osnovu daljinske detekcije terena, tj. moguće je računarskom obradom i interpretacijom snimaka različitog porekla (u prvom redu satelitskih sni-maka) prikupiti podatke o geografskim elementima i elementima borbe-nog rasporeda strana i predstaviti ih na karti i tako izvršiti ažuriranje radne karte. Fazi izrade RK prethode postupci otkrivanja, prepoznavanja i identifikacije objekata na snimku, što ujedno zahteva odgovarajuću veliku stručnost lica koja rešavaju ove zadatke. Kao rezultat uspešno realizova-nih svih faza i postupaka obrade satelitskih snimaka, praćenih postupci-ma uopštavanja, generalisanja i kartiranja sadržaja, ostvaruje se zaokru-ženi proces izrade i ažuriranja radne karte.
Pošto su uspešno obrađeni snimci satelita IKONOS, koji nisu name-njeni za vojne potrebe, nameće se zaključak da će i svi drugi materijali, snimljeni pod povoljnijim uslovima, biti obrađeni sa rezultatima prihvatlji-vim za potrebe izrade raznih grafičkih borbenih dokumenata i druge voj-ne potrebe.
CŽL>
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
Literatura
[1] Priručnik: Uputstvo o radnoj karti u oružanim snagama, Vojnoizdavački zavod, Beograd, 1979.
[2] Miller, C., Looking at Maps Within Centralized Command and Control Systems, Air & Space Power Journal, USA, 2007.
[31] Rkman, I., Maskiranje, SSNO SFRJ, Beograd, 1984.
[4] Lovrić, J., Mogućnosti i ograničenja izviđanja i osmatranja iz vazdušnog i kosmičkog prostora, VINC, Beograd, 1989.
[5] Regodić, M., Važniji satelitski programi sistematskog snimanja zemlje, Vojnotehnički glasnik br. 4/2008, str. 70-88, Beograd, ISSN: 0042-8469.
[6] htpp://images.google.com/images, decembar 2008.
[7] Regodić, M., Ažuriranje radne karte daljinskom detekcijom terena, dok-torska disertacija, Vojna akademija Beograd, 2007.
[8] Regodić, M., Daljinska detekcija kao metod prikupljanja podataka o prosto-ru, Vojnotehnički glasnik br. 1/2008, str. 91-112, Beograd, ISSN: 0042-8469.
[9] Karsten, J., Orthoimages and DEMs by QuickBird and IKONOS, EAR-SeL Symposium Prague, 2002.
[10] Pavlović, R., Čupković, T., Marković, M., Daljiinska detekcija, Rudar-sko-geološki fakultet, Beograd, 2001.
USE OF SATELLITE IMAGES IN SITUATION MAP DESIGN
Summary:
Introduction
Working (situation) map is one of the most important, and often the only military document necessary during preparations for combat actions, while taking them and after finishing them. The most important and the most reliable data for mapmaking and updating a working map are derived as a result of action of different systems for surveillance and reconnaissance. It is intended for situation estimation, decision-making, creating plans, monitoring of combat actions, reporting, communicating and information. The working map, as a graphic military document, is designed on a topographic or digital base, or on any other geo-space display form. On a working map, a real or modeled combat situation is presented by graphic symbols, abbreviations and some textual comments, for the purpose of commanding during preparation and deploying combat actions.
PREPARATION, DESIGN AND UPDATING OF A WORKING MAP
Preparation of a working map includes certain activities that depend on the method of design of a future situation map: manual or computer-bsed.
<jT)
Preparation for manual mapmaking
Preparation for manual design of a working map includes: selection of the scale and sheets of the map; joining and gluing of the map; preparation of tools for updating the working map; addition of new data; coding of the working map.
Preparation for computer-based map design
Computer-added map design demands and implies existence of appropriate programmes with proper programme tools, as well as adequate scanned or in vector form presented maps. On a suitable memorized base, that shows relevant geographic space, tactical symbols from digital topographic key are entered.
USING AERIAL PHOTOS FOR MAKING A WORKING MAP
Data going to be entered into a situation map are collected during monitoring and recording by different sensors from the land, air and space. Apart from visual inspection, as the oldest one, today there are various technical monitoring and recording means: photography, air photography, radars, infrared, television, video, radio ones and other.
In the process of photo decoding, symbols are used to characterize particular objects, details and phenomena on the relief that disclose them. These symbols can be direct ones, such as shape, size and hue of an object, and indirect ones, such as relation among objects, traces of activities and object shadows.
THE EXPERIMENT
The subject of this experiment is a satellite photo presenting the area of the city of Belgrade, made by the IKONOS 2 satellite of The European Space Imaging Company. It belongs to the GEO Ortho Kit products category, which means that it is approximately geo-referenced (conveyed into a referent coordinate system) and completely ortho-rectified. In order to complete the experiment, besides this satellite image, an appropriate topographic map (TM) was provided. For the purpose of creating a working map and its updating by newly detected military objects due to the image interpretation and analysis, TM 50 (a map of the scale of 1:50 000) was selected.
MODELS OF COORDINATE TRANSFORMATION
Mathematical models of transformation are based on the fact that the Earth represents a three-dimensional object of a spheroidal shape. The crucial problem appears to be a need to properly represent the Earth in two dimensions, i.e. to represent a part of its surface with satisfactory precision. The beginning point is considered to be the selection of a geodetic datum as a mathematical approximation that defines the Earth’s shape. Apart from that, it is used to correspondingly represent a shape on the Earth’s surface and its relationship with the area of
Regodić, M., Korišćenje sateliltskih snimaka za vođenje radne karte, str. 62-82
VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 1 / 10
the Earth in space. Transformation is based on the postulate that a satellite image represents a projection plane where a part of the Earth’s surface is projected on. To have the image initiated into the state coordinate system it is necessary to mathematically define the relation between the image projection plane and a particular part of Earth's ellipsoid and carry out necessary changes.
Ikonos2 images supervised clasification in Pci Geomatika programme package
For the image analysis and interpretation within the experiment, the supervised classification method was successfully used.
The supervised classification means carrying out proposed instructions according to the established "key" for the multi-spectral image analysis. The identification of the same objects significant for research was accomplished visually by locating their position in the image.
Along with the image classification process, both the content interpretation and the presentation of the detected and identified elements on the working map were realized. The identification and technical analysis of the detected military technical items in the image were highly facilitated due to the procedure of classification recognition.
The locations of the identified tanks were mapped on TM 50 and on an already formed working map thus becoming its content element. Due to major importance of the surveyed territory, mapped objects and detected elements of combat disposition, the working map was, in this case, created on a large-scale basis (TM 50). The result of this part of the experiment shows that the determined goal was achieved, i.e. the working map was successfuly updated on the basis of qualitative satellite images. The whole processing of IKONOS image enabled and facilitated detection, recognition, identification and technical analysis of the image content.
Key words: situation (working) map, satellite image, image processing.
Datum prijema članka: 23. 01.2009.
Datum dostavljanja ispravki rukopisa: 06. 10. 2009.
Datum konačnog prihvatanja članka za objavljivanje: 12. 10. 2009.
