CC BY
28
УДК 528 Е.А. Кобзева
ФГУП «Уралгеоинформ», Екатеринбург
ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ПРИ МОНИТОРИНГЕ ТЕРРИТОРИЙ
E.A. Kobzeva FGUP «Uralgeoinform»
51, Studencheskaya str., Ekaterinburg, 620078, Russia
PROBLEMS OF SATELLITE IMAGERY APPLICATION IN AREA MONITORING
For the past few years satellite imagery data have become a common source of geoinformation and are widely used by geologists, foresters, cartographers and other specialists. FGUP «Uralgeoinform» has been working with satellite images since 2004 and mainly uses them to extract spatial data for the purpose of monitoring urban areas and oil- and gas fields in the Ural Federal Okrug, as well as for making and updating digital topographic maps within the scale range of 1:5 000-1:200 000. Our experience allowed to reveal a number of problems, associated with satellite imagery processing.
The paper examines a standard procedure for satellite imagery processing, which includes collection and analysis of data from satellite images and other sources, GCPs collection, generation of digital elevation models (DEMs), orientation and orthotransformation of satellite images, their visual and automated interpretation. «Complicated» aspects of some stages are discussed, such as:
- Selection of an optimal sensor in terms of efficiency, performance specification and
price,
- Integration of data from different satellites for vast areas
- Loss of GCPs in case of repeated surveys
- Software renewal, required by new satellite imagery formats
- Etc.
Timely consideration of these problems allows to organize a production process in a more effective way and reduce the corresponding time and labour costs.
В последние несколько лет данные дистанционного зондирования Земли из космоса стали распространенным источником геоинформации и прочно вошли в арсенал геологов, лесников, картографов и других специалистов. В ФГУП «Уралгеоинформ» космические снимки используются с 2004 года, в основном, для получения пространственных данных при мониторинге территорий муниципальных образований и нефтегазовых промыслов, а также для создания и обновления цифровых топографических карт масштаба от 1:5 000 до 1:200 000. Накопленный опыт выявил ряд проблем обработки спутниковых изображений, некоторые из которых приводятся в данном докладе.
Стандартная технологическая схема обработки космических снимков (рис. 1) включает три основных блока: подготовительные работы, геометрическую коррекцию космических снимков, извлечение необходимой информации.
На подготовительном этапе определяется подходящий космический сенсор и устанавливаются требования к материалам космической съемки. Чаще всего выбор космического сенсора осуществляется исходя из пространственного разрешения и стоимости съемки. В расчет не принимаются такие параметры, как емкость записывающего устройства на борту или загруженность космического аппарата, что приводит к несвоевременному поступлению материалов съемки.
Рис. 1
На рис. 2 приведена иллюстрация съемки одного из производственных объектов в Западной Сибири со спутника РшскВ1гё. Как видно из рисунка, лишь 81 % территории было отснято в первый съемочный сезон (с июня по октябрь). Во второй год не было получено ни одного (!) кадра, в третий год отснято 13 % территории. Таким образом, за три съемочных сезона участок площадью 17,6 тыс. кв. км так и не был полностью обеспечен космической съемкой. Следовательно, при съемке обширных территорий целесообразна интеграция ресурсов нескольких спутников, имеющих аналогичные характеристики, например, РшскВ1гё плюс 1копов или РшскВ1гё плюс ^ОгИ^е^-!.
Рис. 2
Граница космической съемки должна выступать за границу картографируемого участка местности (см. «Инструкцию по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов». М, 2002 г.). При заказе материалов космических съемок среднего и высокого разрешения (от 2 до 30 м) это требование выполняется автоматически, так как данные среднего и высокого разрешения поставляются целыми снимками (рис. 3). Однако для космической съемки сверхвысокого разрешения (1 м и лучше) поставка материалов осуществляется в границах полигона произвольной формы (рис. 4), поэтому заказывать такие материалы следует с «запасом» по периметру района работ.
Рис. 3 Рис. 4
Широкое распространение при фотограмметрической обработке космических снимков нашел так называемый RPC-метод, основанный на аппроксимации строгой модели съемки рациональными многочленами третьей степени. Пользователю предоставляются коэффициенты многочленов, с помощью которых легко устанавливается связь между точками снимка и точками земной поверхности. При использовании этого метода необходимо учитывать, что RPC-коэффициенты рассчитываются для всей площади снимка,
и точность аппроксимации будет понижаться с увеличением размера снимка. Поэтому при проведении высокоточных картографических работ желательно ограничивать размер снимков таким образом, чтобы длина снимка вдоль маршрута не превышала двух значений его ширины.
При мониторинге территорий выполняются повторные съемки участка местности. В этом случае ориентирование разновременных космических снимков целесообразно выполнять по одним и тем же опорным точкам. Однако с течением времени объекты, служащие опорными точками, могут быть утрачены на местности и не изобразятся на снимке вследствие реконструкции квартала, нового строительства и т. д. Выполнение же новой планово-высотной
F
подготов
этом случае нами применяется аналитическая вставка утраченных опорных точек из предыдущих циклов мониторинга. Методика основана на полиномиальных уравнениях и подходит для снимков с любыми параметрами съемки: с различным пространственным разрешением, различной геометрией съемки и т.д. Проведенные экспериментальные работы показали точность аналитической вставки опорных точек на космических снимках Ikonos и QuickBird равную 0,4-0,6 м.
В настоящее время существует большой выбор программного обеспечения для обработки космических снимков. Наиболее распространенными в России являются ERDAS (США), PHOTOMOD (Россия), GEOMATICA (Канада), ENVI (США). Как показывает их анализ, функциональные характеристики различных программных комплексов схожи, и выбор между ними определяется кругом поставленных задач и личными пристрастиями пользователей. Однако, какой бы продукт не был выбран, приобретенная версия с течением времени устаревает. Как правило, стоимость техподдержки за пять лет равнозначна стоимости приобретения полной версии программного обеспечения. Новые версии обогащаются новыми функциями, появляется возможность обработки снимков, полученных новым космическим аппаратом и пр. Но не только эти факторы вынуждают обновить программное обеспечение. Многие операторы систем ДЗЗ хотя бы раз на протяжении времени функционирования космического аппарата изменяют формат поставляемых космических снимков. В качестве примера можно назвать снимки QuickBird, Ikonos, Spot. В соответствии с новым форматом снимков вносятся изменения в программный продукт. Таким образом, в старых версиях программного обеспечения не всегда возможна обработка современных материалов съемок, а в новых версиях -обработка архивных данных.
Развитие цифровой фотограмметрии значительно упростило обработку аэрокосмических снимков. Отказ от сложного оборудования, громоздких технологических цепочек позволил оперативнее и дешевле изготавливать продукцию на основе материалов дистанционного зондирования, и в то же время позволил выполнять фотограмметрическую обработку снимков специалистам из других отраслей знаний. Однако при цифровых технологиях гораздо легче внести ошибку и не заметить ее - компьютер более гибкий инструмент, чем стереопроектор или фототрасформатор. Тем более необходимо
глубокое понимание процессов ориентирования, ортотрансформирования, мозаикирования космических снимков и строгое соблюдение технологии выполнения этих работ. В этой связи важную роль играет обучение и переподготовка фотограмметристов, в том числе в Сибирской государственной геодезической академии, а также преемственность практического опыта и профессиональных традиций на производстве.
© Е.А. Кобзева, 2009
