CC BY
249
ОБНОВЛЕНИЕ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАНОВ МАСШТАБА 1 : 5 000 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
Александр Юрьевич Чермошенцев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (960)798-55-06, e-mail: fdz2004@bk.ru
В статье рассмотрены особенности использования космических снимков сверхвысокого разрешения для обновления крупномасштабных топографических планов.
Ключевые слова: космические снимки сверхвысокого разрешения, топографические планы, обновление.
UPDATING TOPOGRAPHIC MAPS OF SCALE 1 : 5 000 USING VERY HIGH RESOLUTION SATELLITE IMAGES
Aleksandr Yu. Chermoshentsev
Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo St., Russia, Novosibirsk, 630108, a postgraduate student, department of photogrammetry and remote sensing, tel. (960)798-55-06, e-mail: fdz2004@bk.ru
The article describes features of using very high resolution satellite images for the purpose of large-scale maps updating.
Key words: very high resolution satellite images, topographic maps, updating.
В настоящее время покрытие планами крупного масштаба межселённой территории остаётся недостаточным. Имеющиеся в наличии топографические планы требуют обновления, поскольку утратили актуальность. Производить топографическую съёмку местности не всегда является целесообразным, особенно это касается залесённых территорий. С экономической точки зрения выполнение 1 кв. км топографической съёмки обходится на порядок дороже, чем космическая съёмка с последующей векторизацией, и несравнимо с ней по временным и трудозатратам.
Плановое положение объектов ситуации на топографической карте может быть получено по космическим снимкам сверхвысокого разрешения с погрешностью 0,36 - 0,70 м [1], что соответствует требованиям, предъявляемым к топографическим планам масштаба 1: 5 000. В связи с этим можно сделать вывод о возможности обновления контурной части планов масштаба 1: 5 000 по космическим снимкам. Высотная часть плана может быть получена с существующей карты или плана, если рельеф данной территории не был подвержен значительным изменениям. В случае его существенных изменений высоты точек местности можно отобразить на плане с использованием стереопар космических снимков [2]. Таким образом, актуальной задачей
является проведение практических исследований целесообразности применения космических снимков сверхвысокого разрешения для обновления планов крупного масштаба.
В качестве эксперимента было выполнено обновление плана масштаба 1: 5 000 с использованием архивных картографических материалов и космического снимка сверхвысокого разрешения. Исходными материалами являлись топографические карты масштаба 1:10 000 и космический снимок WorldView-2 (дата съёмки 28.04.2010) с пространственным разрешением 0,5 м на территорию Новосибирского района площадью 25 кв. км. Рельеф объекта съёмки всхолмленный с абсолютными отметками точек местности от 130 до 230 м.
Координаты опорных точек, схема расположения которых представлена на рис. 1, получены с помощью GNSS-оборудования с точностью 0,1 м.
Рис. 1. Схема расположения опорных точек
Обработка снимка выполнена в программном продукте PHOTOMOD с использованием коэффициентов RPC, предоставленных вместе с изображением. Как показали исследования [2,3], для привязки космических снимков сверхвысокого разрешения с помощью метода RPC достаточно 3-4 опорных точек в пределах снимка. В данном случае для обработки снимка WorldView-2 использованы координаты 3 опорных точек. Четыре точки приняты за контрольные.
Для оценки точности выполнения привязки снимка с помощью RPC-модели вычислены расхождения геодезических координат опорных и
контрольных точек, полученных после привязки снимков и известных из полевых измерений (табл. 1).
Таблица 1. Ошибки планового положения опорных и контрольных точек
Номер точки Ошибки планового положения, м
Опорные точки
1 0,42
2 0,54
3 0,11
Контрольные точки
4 0,32
5 0,60
6 0,10
7 0,54
Перепад высот точек местности в пределах обрабатываемого снимка составлял 100 м, что свидетельствовало о необходимости выполнения ортотрансформирования.
Цифровая модель рельефа, использованная для ортотрансформирования, построена по горизонталям, векторизованным через 5 м по топографической карте (^еч = 1 м). Для оценки точности ортотрансформирования космического снимка WorldView-2 вычислены ошибки планового положения опорных и контрольных точек (табл. 2), анализ которых показал, что полученный ортофотоплан соответствует требованиям, предъявляемым к планам масштаба 1: 5 000 [4].
Таблица 2. Результаты оценки точности ортотрансформирования космического
снимка WorldView-2
Номер точки Ошибки планового положения, м
Опорные точки
1 0,43
2 0,54
3 0,12
Контрольные точки
4 0,28
5 0,64
6 0,19
7 0,54
Дешифровочные свойства космических снимков сверхвысокого разрешения позволяют надёжно распознавать большинство объектов местности, которые подлежат отображению на топографических планах вплоть до масштаба 1: 2 000 [2]. Однако в процессе выполнения экспериментальных работ установлено, что достоверность дешифрирования некоторых объектов зависит от того, в какой период года получены используемые снимки. Так, на обрабатываемом снимке WorldView-2 весеннего сезона съёмки межселённой территории, где основными видами объектов являются лесные массивы и
элементы гидрографии, чётко отображаются контуры растительности, но плохо распознаются границы водных объектов, покрытые льдом, что затрудняет их нанесение на план (рис. 2).
Рис. 2. Изображение одной и той же территории на космических снимках сверхвысокого разрешения весеннего (а) и летнего (б) периодов
Для решения данной проблемы можно использовать многозональные космические снимки, имеющие не менее четырёх спектральных каналов, включая инфракрасный. Однако стоимость таких снимков несколько выше, чем панхроматических, либо полученных в естественных цветах. Поэтому в качестве альтернативы могут быть рекомендованы спутниковые изображения, предоставляемые такими картографическими сервисами, как Google Earth, Bing Maps, Яндекс Карты, Космоснимки, Геопортал Роскосмоса и др. Космические снимки, размещаемые на данных ресурсах, различаются датой и сезоном съемки, вследствие чего появляется возможность выбора изображений, наиболее информативных для дешифрирования объектов определенного класса.
В данном эксперименте кроме снимка WorldView-2 (рис.2 а) было использовано изображение аналогичного разрешения летнего периода съёмки 2010 года с картографического сервиса Яндекс Карты (рис.2 б). Для дальнейшей совместной обработки снимков выполнена привязка изображения, полученного с помощью картографического сервиса, к ортотрансформированному космическому снимку WorldView-2. Точность привязки, характеризуемая средней квадратической ошибкой планового положения точек трансформированного снимка с сервиса Яндекс Карты, составила 0,5 размера пикселя изображения.
На следующем этапе производилась векторизация контуров лесных массивов по космическому снимку WorldView-2. Объекты гидрографии, распознавание которых было затруднительно, векторизованы по второму изображению. На рис. 3 представлен фрагмент топографического плана, полученного в результате обновления по предлагаемой методике.
Рис. 3. Фрагмент обновленного топографического плана масштаба 1 : 5 000
Таким образом, результаты проведённых работ показали, что обновление топографических планов межселённой территории масштаба 1: 5 000 может быть выполнено по космическим снимкам сверхвысокого разрешения. Для повышения достоверности дешифрирования объектов, распознавание которых затруднено, рекомендуется использовать изображения аналогичного разрешения и года съемки, предоставляемые популярными картографическими сервисами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шавук, В.С. Теоретическое обоснование цифровой фотограмметрической системы обработки космических снимков высокого разрешения [Текст] / В.С. Шавук // Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. М.: МИИГАиК, 2009.
2. Кобзева, Е.А. Создание топографических планов масштаба 1: 2000 для разработки градостроительной документации средних и малых населенных пунктов [Текст] / Е.А. Кобзева // Геоматика. - 2010. - №3. - С. 76-79.
3. Широкова, Т.А., Чермошенцев А.Ю. Исследование точности обработки космических снимков сверхвысокого разрешения с использованием рациональных функций [Текст] / Т.А. Широкова, А.Ю. Чермошенцев // Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2011. - №2. - С.99-103.
4. ГКИНП (ГНТА)-02-036-02. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов [Текст] - М.: ЦНИИГАиК, 2003. - 80 с.
© А.Ю. Чермошенцев, 2012
