CC BY
503
Геодезия и геоинформатика
УДК 528.7
ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ВИЗИРОВАНИЯ НА ТОЧКИ СТЕРЕОМОДЕЛИ, ПОСТРОЕННОЙ ПО КОСМИЧЕСКИМ СНИМКАМ СВЕРХВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ, ПРИ РАЗЛИЧНОМ УВЕЛИЧЕНИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Тамара Антоновна Широкова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (383)-344-39-75, e-mail: [email protected]
Александр Юрьевич Чермошенцев
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры фотограмметрии и дистанционного зондирования, тел. (960)-798-55-06, e-mail: [email protected]
В статье представлены результаты исследований точности визирования на точки стереомодели, построенной по космическим снимкам сверхвысокого разрешения, при различном увеличении масштаба изображения.
Ключевые слова: космические снимки, визирование, оценка точности.
SIGHTING ACCURACY STUDY FOR STEREOMODEL POINTS DEVELOPED BY HIGH-RESOLUTION SATELLITE IMAGES WITH DIFFERENT IMAGE EXPANSIONS
Tamara A. Shirokova
State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Assoc. prof., prof., Department of Photogrammetry and Remote Sensing, Siberian tel. (383)344-39-75, e-mail: [email protected]
Alexander Yu. Chermoshentsev
State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., senior lecturer., Department of Photogrammetry and Remote Sensing, Siberian, tel. (960)798-55-06, e-mail: [email protected]
The paper presents research results as concerns sighting the stereo-model points. The model was constructed by super-high-resolution satellite images with different zoom-ins.
Key words: satellite images, sighting, accuracy estimation.
Точность привязки космических снимков в значительной степени зависит от ошибок измерения координат точек на цифровых изображениях. На ошибку визирования влияют такие факторы, как разрешение космического снимка, тип наблюдаемого контура, масштаб изображения, опыт наблюдателя [1, 2, 3]. При обработке стереопар космических снимков с целью создания карт, цифровых моделей рельефа и ортофотопланов важное значение имеет точность визирования на точки модели как в плане, так и по высоте.
47
Геодезия и геоинформатика
Для практической оценки ошибок визирования на точки стереомодели, построенной по космическим снимкам сверхвысокого разрешения, проведены исследования в программном продукте PHOTOMOD 4, аналогичные исследованиям точности визирования на точки одиночных снимков [4]. Для этого по космическим снимкам GeoEye-1 сначала построена модель местности, затем выполнены стереонаблюдения различных объектов (рисунок), которые были разбиты на пять групп, отличающихся типами контуров, по 10 объектов в каждой группе:
- отдельно стоящие деревья;
- строения (углы зданий);
- углы и пересечения ограждений;
- водные объекты (контурные точки береговой линии);
- дорожная сеть (элементы дорожной разметки).
+
а)
б) в)
+
г)
д)
Рис. Типы объектов, используемые при исследовании точности визирования
на точки стереомодели:
а) отдельно стоящие деревья; б) углы зданий; в) углы и пересечения ограждений; г) контурные точки береговой линии; д) элементы дорожной разметки
48
Геодезия и геоинформатика
Для наиболее точного визирования на объекты наблюдатель часто прибегает к увеличению масштаба изображения. Поэтому измерение координат точек выбранных объектов модели, построенной по снимкам GeoEye-1, производилось при различных увеличениях изображений: в масштабе 1:1, с увеличением в два (2:1), три (3:1), четыре (4:1) раза по сравнению с исходными, наблюдаемыми на экране. Кроме того, был проведен ряд измерений при увеличении изображений, наиболее «комфортном» для наблюдения.
Порядок исследований был организован следующим образом. Измерения координат точек стереомодели X, Y, Z выполнены в десять приемов при каждом увеличении. При этом обязательным условием было обеспечение независимости наблюдений, которое достигалось последовательным измерением координат всех запроектированных точек при каждом увеличении. Таким образом, один прием состоял из измерений координат всех точек при одном и том же заданном увеличении изображений. Следующий прием производился через 12 часов после предыдущего. Это позволило повысить надежность результатов, так как в какой-то мере выявлялись ошибки отождествления точек [5].
Для каждого увеличения изображений по всем приемам были вычислены средние значения координат (X, Y, Z) каждой точки модели и средние квадратические ошибки (СКО) визуального наведения пространственной марки на точки каждой группы контуров (табл. 1 и 2).
Таблица 1
Средние квадратические ошибки визирования на точки искусственных объектов
Увеличение изображений СКО визирования
mX, м mY, м mz, м mX, м mY , м mz, м mX, м mY, м mz, м
Углы зданий Углы I ог пересечения раждений Элементы дорожной разметки
1:1 0,37 0,32 0,89 0,49 0,43 1,40 0,18 0,20 0,45
2:1 0,36 0,36 0,91 0,37 0,34 1,30 0,18 0,17 0,43
3:1 0,33 0,27 0,80 0,32 0,37 1,15 0,19 0,18 0,43
4:1 0,31 0,25 0,75 0,33 0,31 1,12 0,20 0,19 0,43
Комфортное увеличение 0,34 0,30 0,88 0,35 0,38 1,25 0,21 0,20 0,44
49
Геодезия и геоинформатика
Таблица 2
Средние квадратические ошибки визирования на точки объектов естественного происхождения
СКО визирования
Увеличение изображений mX, м mY, м mZ, м mX, м mY, м mZ, м
Водные объекты Деревья
1:1 0,52 0,55 1,15 0,40 0,48 1,04
2:1 0,52 0,58 1,00 0,36 0,37 0,66
3:1 0,49 0,54 0,95 0,37 0,36 0,65
4:1 0,42 0,54 0,86 0,45 0,42 0,70
Комфортное увеличение 0,54 0,59 0,96 0,38 0,40 0,68
Из анализа влияния увеличения изображений на ошибки наведения пространственной марки на точки стереомодели видно, что при визировании на объекты дорожной сети достигается наиболее высокая точность, которая практически не изменяется при всех увеличениях. Наиболее высокая точность визирования на точки других объектов обеспечивается при увеличении изображений в три раза по сравнению с исходными.
В процессе исследований установлено, что для визирования на различные типы объектов оператор использует разное «комфортное» увеличение изображений. Для более комфортного наблюдения контурных точек береговой линии необходимо большее увеличение, чем при наблюдении объектов другого типа. Также разное увеличение изображений требуется при измерении координат точек одного и того же типа объектов. Это связано с тем, что размеры объектов одного типа отличаются между собой. Так, при наведении марки на мелкие объекты наблюдатель устанавливает большее увеличение изображений. В ходе выполнения экспериментальных работ выявлено, что при измерении координат точек стереомодели, построенной по космическим снимкам сверхвысокого разрешения GeoEye-1, наиболее «комфортным» для наблюдателя является двукратное и трехкратное увеличение изображений. В то же время установлено, что наблюдение контурных точек объектов при четырехкратном увеличении не является комфортным, так как границы контуров становятся менее четкими и уверенность в правильности распознавания точек снижается [6].
Следовательно, при выполнении измерений координат точек стереомодели, построенной по снимкам сверхвысокого разрешения, наиболее предпочтительным является то увеличение изображений, при котором обеспечивается наиболее удобное наблюдение стереомодели для оператора [7].
Из анализа результатов исследований можно сделать вывод, что для решения таких задач, как обработка стереопар космических снимков сверхвысокого
50
Геодезия и геоинформатика
разрешения с целью создания карт, цифровых моделей рельефа и ортофотопланов в качестве опорных точек следует выбирать уверенно распознаваемые на снимках элементы дорожной разметки, основания деревьев, углы малоэтажных зданий [8, 9, 10]. При наблюдении этих объектов обеспечивается наиболее высокая точность визирования как в плане, так и по высоте. Контурные точки береговой линии, а также углы и пересечения ограждений не рекомендуется принимать в качестве опорных точек, так как точность визирования на них по высоте самая низкая по сравнению с точностью стереонаблюдений на другие объекты. Кроме того, положение этих объектов подвержено сезонным изменениям. Таким образом, при обработке стереопар космических снимков сверхвысокого разрешения в качестве опорных точек следует выбирать объекты, которые обеспечивают более высокую точность не только стереоскопического визирования на них, но и отождествления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чермошенцев А. Ю. Обновление топографических планов масштаба 1 : 5 000 с использованием космических снимков сверхвысокого разрешения // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-
2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. -С. 28-32.
2. Использование космических снимков открытого доступа для обновления электронных карт масштаба 1 : 100 000 / М. А. Алтынцев, С. А. Арбузов, Т. А. Широкова, А. Ю. Чермошенцев // Вестник СГГА. - 2012. - Вып. 3 (19). - С. 37-42.
3. Хлебникова Т. А., Архипова О. Б. Комбинированный способ создания цифровых топографических планов по материалам аэрокосмических съемок // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-
2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. -С.111-115.
4. Широкова Т. А., Чермошенцев А. Ю., Бармитова А. Т. Исследование точности визирования на точки космических снимков высокого и среднего разрешения // Вестник СГГА. -2010. - Вып. 2 (13). - С. 31-36.
5. Соколова Н. А. Технология крупномасштабных аэротопографических съемок. - М.: Недра, 1973. - 184 с.
6. Каретина И. П., Каретин С. А., Сухарева А. А. Опыт использования данных GeoEye-1 для разработки генерального плана села Бородулиха // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 64-68.
7. Пинегина А. Е. Исследование точности визирования на точки космических снимков сверхвысокого разрешения GeoEye-1 // Современные проблемы технических наук: сборник тезисов докладов Новосибирской межвузовской научной студенческой конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири». - 2011. - С. 106.
8. Антонов В. Н., Захватов М. Г., Пяткин Ф. В. Геопортал: информационное обеспечение прикладных дистанционных исследований // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли
51
Геодезия и геоинформатика
и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 182-186.
9. Гордиенко А. С., Осипова О. Н. Исследование алгоритмов создания и редактирования цифровых моделей рельефа, реализованных в программе PHOTOMOD // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. ГХ Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 38-42.
10. Арбузов С. А. Автоматизированное определение координат деревьев по материалам аэро- и космических съемок // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 43-47.
Получено 23.08.2013
© Т. А. Широкова, А. Ю. Чермошенцев, 2013
52
