CC BY
326
УДК 528.72 А.Ю. Чермошенцев СГГА, Новосибирск
СОЗДАНИЕ ОРТОФОТОПЛАНОВ ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЯМИ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ
В статье рассмотрены результаты создания ортофотопланов по космическим снимкам сверхвысокого разрешения по заказу администраций муниципальных образований для эффективного планирования развития населенных пунктов.
A.Y. Chermoshentsev
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Str., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
CREATION OF ORTHOPHOTOPLANS BASED ON VERY HIGHRESOLUTION SATELLITE IMAGES FOR EFFECTIVE TERRITORY MANAGEMENT OF MUNICIPAL FORMATION
This article describes results of orthophotoplans’ creation based on very-high resolution satellite images for the purpose of administration of municipal formation during building’s planning.
Постановка земельных участков малых населенных пунктов на государственный кадастровый учет должна сопровождаться согласованием с границами уже состоящих на учете земельных участков и стратегией развития территории поселений.
Процесс формирования документации территориального планирования в настоящее время выполняется администрациями районов. Эта задача сейчас решается с использованием существующих топографических планов населенных пунктов, которые в большинстве своем утратили актуальность. Обновление крупномасштабных планов малых населенных пунктов практически не производится. Создание таких планов полевыми геодезическими методами требует больших экономических и временных ресурсов. Альтернативным источником данных для территориального планирования могут являться космические снимки сверхвысокого разрешения, применение которых позволит значительно сократить объем полевых измерений [1].
Актуальной задачей являются практические исследования целесообразности применения космических снимков сверхвысокого разрешения для создания фотопланов, которые можно использовать для
планирования развития территории муниципального образования и эффективного управления.
По заказу администрации Болотнинского района Новосибирской области выполнено создание фотопланов на территорию 27 населенных пунктов 14 сельсоветов, включая административный центр г Болотное, с точностью, удовлетворяющей требованиям, предъявляемым к планам масштаба 1:2 000.
На основе выполненного анализа геометрических характеристик космических снимков сделан вывод, что для достижения такой точности могут быть использованы космические снимки с пространственным разрешением не ниже 0,8 м. Данное разрешение обеспечивают съемочные системы Ikonos, QuickBird, WorldView-1,2 и GeoEye-1.
В ходе подготовительных работ был произведен поиск архивных материалов космической съемки, удовлетворяющих следующим требованиям:
- Снимки получены в бесснежный период года;
- Наличие облачности не более 5 %;
- Съемка выполнена не позднее 2008 г.
В соответствии с требованиями поставщиков космических снимков QuickBird и WorldView-1,2 минимальная площадь каждого участка съемки должна составлять 25 км2, а длина стороны многоугольника, описывающего границы участка, должна быть не менее 5 км. Для снимков Ikonos и GeoEye-1
л
площадь снимаемой территории не должна быть менее 49 км , но ограничений на конфигурацию не накладывается за исключением минимальной ширины (3 км) полосы съемки для протяженных объектов. С экономической точки зрения при определении границ участков съемки для заказа космических снимков учитывалась близость расположения населенных пунктов относительно друг друга с целью их возможного объединения, поэтому населенные пункты, расположенные вблизи относительно друг друга, группировались в один участок. В результате было сформировано 17 съемочных участков, космические снимки на которые предоставлены ИТЦ «СканЭкс».
Обрабатываемые архивные космические снимки имели уровни обработки OrthoReady Standard (QuickBird, WorldView-1,2) и Geo Ortho Kit (Ikonos, GeoEye-1), предусматривающие геометрическую коррекцию изображений без учета влияния рельефа.
В табл. 1 приведены характеристики местности в пределах каждого населенного пункта и снимков на эту территорию.
Работы по созданию ортофотопланов по космическим снимкам включали следующие этапы:
- Рекогносцировка участка работ;
- Определение координат точек основного съемочного обоснования с использованием GPS-оборудования;
- Создание рабочего съемочного обоснования (определение координат опознаков) с применением GPS-оборудования;
- Обработка снимков в программном комплексе (ПК) ENVI 4.6.
В качестве основного съемочного обоснования использовались шесть пунктов триангуляции (рис. 1). В г. Болотное была создана временная базовая станция и определены её координаты. Для этого на данном пункте и трех пунктах триангуляции одновременно выполнялись спутниковые измерения в режиме «Статика» и последующее совместное уравнивание их геодезических координат. Работы производились с использованием спутниковых двухчастотных GPS/ГЛОНАСС приемников Topcon Hiper+, JAVAD Prego Lite, Орион (ЭОМЗ).
Таблица 1. Характеристика используемых материалов
Населенный пункт Перепад высот в пределах нас. пункта, м Снимок Разрешен ие, м Дата съемки Угол отклонения оптической оси от надира, °
г. Болотное с. Баратаевка п. Бор п. Дивинка 13,5 Ikonos 0,8 28.08.2010 24
20,0
12,5
16,0 29
с. Ача 18,0 WorldView-1 0,5 16
с. Байкал с. Светлая Поляна д. Новая Чебула д. Таганай 17,5 WorldView-1 0,5 09.08.2008 22
15,0
22,5
10,0
д. Большеречка 20,0 WorldView-1 0,5 27.07.2008 29
с. Варламово 12,5 GeoEye-1 0,5 15.10.2010 26
д. Большая Черная 12,5 WorldView-2 0,5 04.05.2010 15
с. Турнаево 12,5 GeoEye-1 0,5 15.10.2010 26
с. Егоровка д. Кривояш с. Карасево д. Верхний Елбак 7,5 WorldView-1 0,5 27.07.2008 9
15,0
17,5
10,0
д. Кругликово 5,0 WorldView-2 0,5 21.08.2010 18
с. Корнилово 15,0 GeoEye-1 0,5 09.08.2008 16
с. Кунчурук 10,0 WorldView-1 0,5 09.07.2008 26
с. Новобибеево д. Старобибеево 7,5 QuickBird 0,64 30.07.2010 12
7,5
д. Камень д. Шумиха 6,5 WorldView-2 0,5 21.08.2010 18
17,5
с. Ояш 12,5 WorldView-1 0,5 27.07.2008 16
В пределах каждого населенного пункта было запроектировано 8-10 опорных точек (опознаков) для привязки космических снимков (рис. 2). В качестве опорных точек выступали пересечения заборов, как наиболее четко распознаваемые объекты для данной территории на снимках.
Привязка опознаков выполнялась с точек основного съемочного обоснования спутниковыми приемниками JAVAD Prego Lite и Орион.
Продолжительность сеанса спутниковых наблюдений на одной опорной точке составляла от 8 до 12 минут в зависимости от расстояния до базовой станции, максимальное удаление от которой достигало 15 км.
Обработка данных спутниковых измерений выполнялась в программном обеспечении Pinnacle 1.0 (Topcon Position System). Максимальная ошибка определения координат опознаков определены не превышала 0,15 м.
Условные обозначения:
® пункт триангуляции □ - граница участка
Рис. 1. Схема основного планово-высотного обоснования
'.я * • .
И/ j№h-7 • *
г«лнн
1 ' \,г < ' аВЯт
v " * Ч.* 9М,ч
■¿Aon 1
И .у у И ДОН-* шїЩ
лЛftffcbk
Рис. 2. Типовая схема расположения опознаков
Из анализа литературных источников [2,3] следует, что в зависимости от характера рельефа местности и величины угла отклонения оптической оси от надира погрешность определения планового положения контуров по космическим снимкам может достигать десятков метров и более (табл. 2).
Таким образом, данные в табл. 2 свидетельствуют, что выполнение ортотрансформирования космических снимков практически всегда (за исключением случаев съёмки равнинной местности или использования снимков
с небольшим отклонением оптической оси) является необходимым условием получения выходных продуктов высокой точности.
Сопоставление характеристик исходных материалов, приведенных в табл. 1, и значений из табл. 2 позволило сделать вывод, что для обработки 19 из 23 космических снимков необходимо их ортотрансформирование с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР). Создание ЦМР выполнено по горизонталям, проведенным через 2,5 м, векторизованным по карте масштаба 1:10 000 с сечением рельефа 1 м.
Таблица 2. Зависимость ошибки планового положения точки местности от перепада высот и угла отклонения оптической оси от надира
Угол отклонения опт. оси от надира Отклонение высот точек местности от среднего значения, м
2 5 10 15 30 50 100 500
5° 0 0,5 1 1,8 2,5 4 9 44
10° 0,2 1 1,5 3,2 5 8 18 89
15° 0,5 1,5 3 6,5 8 13 27 134
25° 1 2,5 5 9,5 14 23 47 233
Количество опорных точек, используемых для привязки каждого снимка, составляло 3-4, поскольку, как показали выполненные ранее исследования [4,5], для обеспечения точности обработки космических снимков по методу RPC, соответствующей планам масштаба 1:2 000, достаточно иметь 1-4 опорные точки. Остальные точки рабочего съемочного обоснования (4-5 точек) выступали в качестве контрольных. Ортотрансформирование выполнялось в пределах фрагмента снимка с изображением территории населенного пункта и его окрестностей площадью от 2 до 4 км с целью сокращения времени обработки материалов и вычислительных ресурсов.
При обработке космических снимков использовались материалы съемки положения антенны GPS-приёмника, полученные цифровой фотографической камерой, для более надежного распознавания опорных и контрольных точек на изображениях (рис. 3).
Рис. 3. Пример изображения опорной точки на космическом снимке (а) и на снимке, полученном цифровой камерой (б)
По результатам обработки космических снимков вычислены средние квадратические ошибки (СКО) планового положения опорных и контрольных точек (табл. 3), характеризующие точность создания ортофотопланов.
Таблица 3. СКО расхождений планового положения опорных и контрольных
точек
Населенный пункт Снимок СКО планового положения опорных точек m^,^ СКО планового положения контрольных точек m^^
г. Болотное Ikonos 0,41 0,77
с. Баратаевка 0,49 0,59
п. Бор 0,22 0,47
п. Дивинка 0,40 0,59
с. Ача WorldView-1 0,26 0,41
с. Байкал WorldView-1 0,20 0,47
с. Светлая Поляна 0,12 0,36
д. Новая Чебула 0,18 0,38
д. Таганай 0,28 0,50
д. Большеречка WorldView-1 0,51 0,66
с. Варламово GeoEye-1 0,15 0,58
д. Большая Черная WorldView-2 0,23 0,46
с. Турнаево GeoEye-1 0,27 0,34
с. Егоровка WorldView-1 0,26 0,36
д. Кривояш 0,17 0,42
с. Карасево 0,23 0,57
д. Верхний Елбак 0,24 0,35
д. Кругликово WorldView-2 0,21 0,47
с. Корнилово GeoEye-1 0,25 0,36
с. Кунчурук WorldView-1 0,34 0,46
с. Новобибеево QuickBird 0,23 0,34
д. Старобибеево 0,35 0,51
д. Камень WorldView-2 0,29 0,47
д. Шумиха 0,26 0,49
с. Ояш WorldView-1 0,15 0,30
Из анализа табл. 3 следует, что созданные фотопланы соответствуют точности, предъявляемой к планам масштаба 1:2 000 [6].
Фотопланы с нанесенными границами земельных участков и кадастрового деления территории поселений переданы в администрации муниципальных образований.
Таким образом, результаты выполненных работ показали, что ортофотопланы, созданные по космическим снимкам сверхвысокого разрешения, обладают высокой точностью, информационной емкостью и наглядностью. Они могут служить в качестве измерительной основы для нанесения границ землепользований и использоваться администрациями муниципальных образований в целях обеспечения эффективного управления территориями.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лютивинская М.В., Нейфельд И.Г. Использование данных ДЗЗ сверхвысокого разрешения для целей кадастрового учета [Текст] / М.В. Лютивинская И.Г. Нейфельд // Геоматика. - 2009. - №2. - С. 76-82.
2. Программный комплекс ENVI [Текст]: Учебное пособие. М.: Компания «Совзонд», 2007 - 265 с.
3. Гормаш А.В., Дорофеева Т.В., Оньков И.В. Влияние геометрических параметров съемки на точность ортофотопланов, создаваемых по снимкам IKONOS [Текст] / А.В. Гормаш, Т.В. Дорофеева, И.В. Оньков // Геоматика. -2009. - №2. - С. 35-39.
4. Е.А. Кобзева. 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.
5. Т.А. Широкова, А.Ю. Чермошенцев, Исследование точности обработки космических снимков сверхвысокого разрешения с использованием рациональных функций [Текст] / Т.А. Широкова, А.Ю. Чермошенцев // Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции «Фотограмметрия
- вчера, сегодня, завтра», МИИГАиК. - 2010. - С.22-23.
6. 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, 2011
