CC BY
317
УДК 528.735
И.В. Бородич, О.В. Глухов
Восточно-Сибирский филиал ФГУП «Госземкадастрсъемка», Иркутск
ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ ОРТОФОТОПЛАНОВ МАСШТАБА 1:10000 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ SPOT-5
Технология изготовления цифровых ортофотопланов (ЦОФП) масштаба 1:10000 с использованием материалов космических съемок SPOT-5 может быть реализована путем обработки одиночных космических снимков размером 60х60 км на местности или стереопарных снимков, полученных с одного витка. Снимки должны иметь, согласно рекомендациям [1], уровень предварительной обработки 1А (только радиометрическая коррекция).
Вариант использования одиночных космических снимков более экономичен [2]. Одно важное условие при его применении - необходимо наличие или создание цифровой модели рельефа, необходимой для корректного, точного ортотрансформирования. Общая технологическая схема изготовления ЦОФП по космическим снимкам высокого разрешения представлена на рис.1.
Далее представлены результаты экспериментальных исследований варианта использования одиночного космического снимка SPOT-5 для выработки оптимальных технологических решений при создании ЦОФП масштаба 1:10000. В качестве исходных данных при исследованиях были использованы:
1. Панхроматический космический снимок SPOT-5 (разрешение 2,5 м, уровень предварительной обработки 1А, сентябрь 2005 года) на территорию
о. Ольхон и Малого моря оз.Байкал.
2. Материалы полевой планово-высотной подготовки аэрофотосъемки (координаты и высоты опознаков определены с использованием GPS-технологий в июле-августе 2005 года с точностью не ниже 0,2 м на местности).
3. Цифровые ортофотопланы масштаба 1:2000, изготовленные по материалам аэрофотосъемки 2004 года.
4. Материалы инвентаризации и межевания земель Ольхонского района Иркутской области.
5. Топографические карты масштаба 1:50000 с сечением горизонталей 10 м, издания Роскартографии 1982 года.
Рис. 1. Технология создания ЦОФП по одиночным космическим снимкам
высокого разрешения
Разница высотных отметок на экспериментальной территории - от 456м (уровень оз.Байкал) до 900 м.
Для цифровой обработки космического снимка была использована цифровая фотограмметрическая станция (ЦФС) PHOTOMOD, версия 3.8.
В качестве матрицы высот для ортотрансформирования космического снимка в экспериментах были задействованы:
- Матрица высот, созданная в процессе создания ЦОФП масштаба 1:2000 по материалам аэрофотосъемки;
- Матрица высот, созданная путем векторизации горизонталей топографических карт масштаба 1:50000 с помощью программного продукта Easy Tracy и последующего построения в ГИС «Карта-2000».
Результаты экспериментальных исследований представлены в таблицах
1, 2, 3. Схема расположения опорных геодезических точек приведена на рис.2.
Таблица 1. Сравнение результатов уравнивания космического снимка по опорным точкам, высотные отметки которых получены по матрице высот ЦОФП масштаба 1:2000 и по топокарте масштаба 1:50000
Источник создания матрицы высот, с которой получены высотные отметки опознаков Средние квадратические отклонения на опознаках (14 точек) Средние квадратические отклонения на контрольных точках (60 точек)
ёх, р1х л ёБ, м ёх, р1х л ёБ, м
ЦОФП М 1:2000 0,6 9 0,5 2 2,1 9 0,6 7 0,7 3 2,5 4
Топокарта М 1:50000 0,6 3 0,5 5 2,1 2 0,9 3 0,7 3 3,0 2
Примечание:
ёх, ёу - отклонения в системе координат снимка; ёБ - абсолютные отклонения на местности.
Таблица 2. Влияние систематических ошибок в высотных отметках
опознаков на результаты внешнего ориентирования космического снимка
Систематическая ошибка высотных отметок опознаков, м Средние квадратические отклонения на опознаках (14 точек) Средние квадратические отклонения на контрольных точках (60 точек)
ёх, pix ёу, pix м СО 43 ёх, pix ёу, pix м СО 43
0 0,69 0,52 2,19 0,67 0,73 2,54
+5 0,77 0,56 2,42 0,82 0,72 2,78
+10 0,77 0,56 2,42 1,10 0,72 3,34
+15 0,77 0,56 2,42 1,43 0,72 4,08
Рис.2. Расположение опорных и контрольных точек при внешнем уравнивании космического снимка SPOT-5
Результаты отражают специфику построения изображения точек на сканерных космических снимках SPOT-5: в случае съемки в надир плановые ошибки за рельеф будут максимальными на западном и восточном краях космического снимка, т.е. по направлению х системы координат снимка.
Таблица 3. Сравнение результатов уравнивания космического снимка по опорным точкам, имеющим малую и большую амплитуды высотных отметок
Амплитуда высотных отметок опознаков, м Средние квадратические отклонения на опознаках (15 точек) Средние квадратические отклонения на контрольных точках (59 точек)
ёх, р1х ёу, р1х м СО 43 ёх, р1х ёу, р1х м СО 43
1,0 0,46 0,71 2,16 0,71 0,72 2,58
400,0 0,53 0,61 2,08 0,70 0,78 2,67
Из полученных результатов следует, что для местности с амплитудой высот до 400 м, не имеет существенного значения - расположены ли опорные геодезические точки на разных высотах или находятся практически в одной горизонтальной плоскости.
Влияние грубых ошибок в плановых координатах опознаков на результаты внешнего ориентирования космического снимка было оценено путем имитационного моделирования ошибок в геодезические координаты X (+20м) для пары опознаков, расположенных «кустом» на краю снимка. В результате уравнивания максимальные остаточные расхождения координат оказались на соседнем «кусте» опознаков, т.е. грубые ошибки перераспределились на другие точки. После последовательной отбраковки опознаков из этого мнимого (на грубые ошибки) «куста» максимальные расхождения появились на другом вполне доброкачественном «кусте»! При всех этих манипуляциях с опорными данными, средние квадратические отклонения на контрольных точках, естественно, геометрически росли. Из приведенных экспериментов следует тот факт, что как и для любых других фотограмметрических построений, при внешнем уравнивании космических снимков в случае наличия грубых ошибок в опорных геодезических данных возможно появление, так называемых в прикладной статистике, «точек разбалансировки в факторном пространстве» [3,4]. Классических статистических критериев, основанных на усечении максимальных отклонений, в этих случаях недостаточно. Нужно использовать более изощренные способы исключения влияния грубых ошибок, например, статистический критерий, разработанный проф., д.т.н. А.В. Хлебниковым [5], или робастные способы, подавляющие точки разбалансировки.
ВЫВОДЫ
1. Кондиционные цифровые ортофотопланы масштаба 1:10000 могут быть изготовлены с помощью ЦФС PHOTOMOD на основе одиночных космических снимков SPOT-5 с использованием материалов межевания и инвентаризации земель (для получения плановых координат опознаков) и топографических карт масштаба 1:50000 (для «снятия» с них высотных отметок для опознаков), а так же матрицы высот, созданной на основе топографических карт масштаба 1:50000.
2. В обязательном порядке, учитывая масштабность картографируемой территории, необходимо наличие не менее 15 опорных и контрольных точек, среди которых не менее 5 (равномерно распределенных) должны быть определены средствами GPS от пунктов государственной геодезической сети 1-2 класса. Априорные средние квадратические отклонения на опорных точках не должны превышать 1 пикселя, на контрольных - 1,5 пикселя. Появление существенной разницы между средними квадратическими отклонениями на опорных и контрольных точках указывает на наличие систематических и/или грубых ошибок в исходных данных.
3. При создании ЦОФП масштаба 1: 10000 на территорию с амплитудой высот до 400 м нет необходимости использовать опознаки на разных высотах.
4. Опорные точки на космическом снимке следует располагать «кустами» с целью уменьшения ошибок опознавания/отождествления точек, равномерно распределяя их по полю снимка.
5. В качестве объектов для опознаков желательно использовать: углы зданий и сооружений вытянутой прямоугольной формы с шириной не менее 7-8м; деревья с округлой низкой кроной; пересечения узких дорог под прямым углом. Плохо опознаются деревянные опоры ЛЭП, строения с темной или плохо освещенной крышей, сливающейся с фоном земли.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Адров, В.Н., Карионов, Ю.И., Титаров, П.С., Чекурин, А.Д.. Данные ДЗЗ для топографического картографирования - критерии выбора.// Пространственные данные, №4, 2005. С.38-45.
2. Алябьев, А.А., Тимофеев, И.Б., Кобзева, Е.А. Использование космических
снимков SPOT 5 для создания цифровой картографической основы сельскохозяйственного
назначения в масштабе 1:10000.// Геодезия и картография, №12, 2005.
3. Робастность в статистике. Подход на основе функций влияния: Пер с англ./Хампель Ф., Рончетти Э., Рауссеу П., Штаэль В. - М.: Мир, 1989.
4. Глухов, О.В. Анализ возможности применения робастных методов в аэрофототриангуляции.// Маркшейд. дело и геод. вопросы соверш. маркшейд.-геод. работ. С-ПбГИ. 1991. С.90-94.
5. Гудков, В.М., Хлебников, А.В. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений. - М. Недра, 1990.
© И.В. Бородич, О.В. Глухов, 2006
