Ракурс
English info@racurs.ru

Статьи и презентации

Библиография PHOTOMOD

Опыт пользователей

Учебные материалы

Материалы конкурса PHOTOMOD Lite

Вики — фотограмметрия

 НОВОСТИ  О КОМПАНИИ  ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ  ДАННЫЕ ДЗЗ  УСЛУГИ  ОБУЧЕНИЕ  ПОДДЕРЖКА  БИБЛИОТЕКА  КОНТАКТЫ  ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 
 Статьи и презентации  Вики — Фотограмметрия 

Топографические карты масштаба 1:25 000 на базе космических снимков SPOT5

Х. Какиучи, М. Онака, М. Асаи, Ф. Итох (Pasco Corporation, DMS Corporation Ltd., Токио, Япония)

Скачать эту статью (PDF, 727.7 KB)

Введение

Спутник SPOT 5, запущенный компанией CNES (Франция) в мае 2002 года, поставляет панхроматические снимки с разрешением 2,5 м, которые широко используются для нужд сельского хозяйства, в городском планировании и картографировании, кадастровом картографировании, в управлении лесным хозяйством, при мониторинге стихийных бедствий, мониторинге окружающей среды, в оборонном секторе и т. д.

В данной статье рассматривается возможность использования панхроматических снимков SPOT 5 с разрешением 2,5 м при составлении топографических карт масштаба 1:25 000. В 1996 году в рамках картографического проекта ODA, реализуемого Японией в Королевстве Камбоджи, впервые широко использовались панхроматические снимки SPOT с разрешением 10 м при составлении топографических карт масштаба 1:100 000. Проект успешно завершился в 1999 году. С тех пор использование снимков SPOT стало популярным в Японии, они использовались на практике при реализации аналогичных японских проектов ODA в Анголе, Казахстане, Мали и Лаосе. Как показывают результаты исследования панхроматические снимки SPOT 5 могут быть эффективно использованы при составлении топографических карт масштаба 1:25 000. В этом исследовании оценивались возможности дешифрирования снимков SPOT 5 путем сравнения распознаваемости объектов на снимках SPOT 5 и тех же объектов на аэрофотоснимках. Также была определена плановая и высотная точность снимков SPOT 5. Эти исследования стали частью программы SAVP (Application Valorization Program), разработанной совместно компаниями SPOT Image и CNES.

Исследуемой территорией стал район г. Манилы (Филиппины), на которую агентством JICA (Japan International Cooperation Agency — Международное японское агентство по сотрудничеству) были предоставлены аэрофотоснимки, опорные точки, цифровые карты в масштабе 1:5 000 компании Metro Manila Project. Сначала производилось ориентирование изображений стерео пары панхроматических снимков SPOT с разрешением 2,5 м с использованием наземных опорных точек. Затем в стерео режиме отрисовывались контурные линии и планиметрические объекты, проверялись возможности дешифрирования объектов на снимках SPOT 5. В завершении сравнивалась плановая и высотная точность снимков SPOT 5 с данными предоставленных цифровых карт масштаба 1:5 000 и аэрофотоснимков, и рассматривался вопрос использования снимков SPOT 5 при составлении топографических карт масштаба 1:25 000.

1. Краткое содержание исследования

Методология

Перед данным исследованием стояло две цели: первая — определение дешифровочных возможностей снимков SPOT 5, вторая — определить их плановую и высотную точность. Обе цели достигаются путем сравнения полученных результатов с аэрофотоснимками и с готовыми картами, считая последние достоверными и точными. Этапы исследования включали:

  1. Внешнее ориентирование снимков SPOT 5.
  2. Оценка точности внешнего ориентирования.
  3. Дешифрирование и отрисовка планиметрических объектов и контуров на стерео парах SPOT 5.
  4. Создание цифровой модели рельефа по горизонталям, построенным по стерео парам SPOT 5, и создание ЦМР по горизонталям, взятым с цифровых карт масштаба 1:5 000.
  5. Создание ортотрансформированных изображений на базе снимков SPOT 5
  6. Оценка потенциала дешифрирования снимков SPOT 5 по отношению к данным аэрофотосъемки.
  7. Подсчет расхождений между данными ориентированных снимков SPOT 5 и данными ориентированных аэрофотоснимков.
  8. Подсчет расхождений между данными цифровых моделей рельефа, созданных на основе снимков SPOT 5 и цифровых карт.
  9. Оценка плановой и высотной точности ориентированных снимков SPOT 5.
  10. Рекомендации по использованию снимков SPOT 5 при составлении топографических карт масштаба 1:25 000.

Используемые данные

В исследовании использовались стереопары SPOT 5 и данные отсканированных аэрофотоснимков, цифровых карт и цифровых ортоснимков.

Таблица 1. Параметры сцены снимков SPOT 5
Дата съемки Уровень/Режим Разрешение(метры) Угол наклона(градусы)
29 октября 2003 1А/ Черно-белый 2,5 L 18.173681
30 октября 2003 1А/ Черно-белый 2,5 R 22.097892
Таблица 2. Описание данных, предоставленных агентством JICA
Данные Описание
Сканированные аэрофотоснимки 1:10 000, черно-белые, разрешение 20 микрон
Опорные точки 46 точек, снятых с помощью GPS и нивелирования
Цифровые карты Изолинии, планиметрические объекты формата DXF
Цифровые ортофотоснимки Разрешение 50 см

Исследуемая территория

На рисунке 1 показана схема расположения стерео пар SPOT 5, связующих точек, опорных точек xyz и картографируемой территории. Картографируемая территория, заштрихованная на рисунке 1, охватывает 25 листов топографической карты масштаба 1:5 000, что составляет приблизительно 156 км2 территории Манилы (Филиппины). Плановая и высотная точность скорректированных снимков SPOT 5 проверялась для каждого листа.

Рисунок 1. Исследуемая территория.

2. Результаты

Результаты триангуляции снимков SPOT 5

Триангуляция снимков SPOT 5 производилась с использованием 46 опорных точек xyz. Координаты x и y этих опорных точек измерялись с помощью GPS, а высоты — с помощью нивелирования. Цель исследования заключалась в сравнении данных скорректированных снимков SPOT 5 и данных скорректированных аэрофотоснимков, но при этом не определялось оптимальное количество и расположение опорных точек. Для триангуляции использовалось большее число опорных точек, чем это было необходимо. Остаточные погрешности и ошибки RMS (среднеквадратическая ошибка) представлены в таблице 3.

Таблица 3. Остаточные и среднеквадратичные ошибки GCP
Координатная ось Макс.остаточная погрешность, м Мин. остаточная погрешность, м Ошибка RMS, м
Х 0.165 -0.179 0.057
Y 0.232 -0.206 0.079
Z 0.016 -0.034 0.012
Итого - - 0.098

Дешифрирование снимков

При оценке дешифровки и выделении объектов на снимках SPOT 5 было выделено 5 уровней дешифровки: А, В, С, D и Е (А: легкий, В: возможный, С: требуется полевое обследование, D: трудный, Е: очень трудный или невозможный). Например, объекты уровня А легко дешифрируются и выделяются, объекты уровня Е очень трудно дешифрируются, или же их невозможно дешифрировать и выделить. В таблице 4 представлены результаты дешифрирования, полученные оператором с 20-летним стажем работы. Иногда даже специалисты по дешифрированию и выделению данных допускают ошибки, если снимки затенены или затемнены, если на них присутствует туман или облачность (см. рисунок 6).

Таблица 4. Дешифрирование снимков и возможность нанесения объектов по снимку
Категория Объект Критерии распознавания Возможность дешифровки и выделения на снимке
Дороги и дорожные сооружения Автомагистрали Ширина 25.0 м и более А
Автомобильные дороги с усовершенствованным покрытием Ширина от 5.5 м до 25.0 м А
Автомобильные дороги с покрытием Ширина от 5.5 м до 25.0 м В
Ширина от 3.0 м до 5.5 м С
Автомобильные дороги без покрытия Ширина от 1.5 м до 3.0 м С
Пешеходные тропы Ширина менее 1.5 м D
Строящиеся дороги   C
Железные дороги Дороги с двумя и более путями, расстояние между параллельными путями 15.0 м и более A
Одно- или двухколейный путь, расстояние между параллельными путями менее 15.0 м B
Железнодорожный вокзал Здание вокзала A
Здания Отдельно стоящие Самая короткая сторона здания более 10.0 м А
На застроенной территории В условиях плотной застройки при самой короткой стороне здания более 25.0 м А
Промышленные и социальные объекты Промышленное предприятие Площадь 75.0 м х 75.0 м и более А
Электростанция или трансформаторная подстанция Длина самой короткой стороны объекта более 25.0 м C
Линии электропередач   C
Шахта / карьер   C
Кладбище Площадь 75.0 м х 75.0 м и более C
Растительность Поля и плантации Рис-падди, овощные культуры, трава, ананасы и т. д. С
Фруктовые сады Яблони, груши, виноград и т. д. C
Широколиственный лес Широколиственный лес C
Хвойный лес Хвойный лес C
Открытые территории Открытое пространство C
Рельеф Основные горизонтали Через 10 м A
Утолщенные горизонтали Через 50 м A
Дополнительные горизонтали Через 5 м A
Гидрография и гидрографические сооружения Реки Ширина 7.5 м и более B
Ширина менее 7.5 м C
Озеро, пруд и т. д. Площадь 25.0 м х 25.0 м и более A
Плотины Высота более 3.0 м и длина более 25.0 м A
Болота Болото Площадь 75.0 м х 75.0 м и более C

Плановая точность

Для традиционной топографической карты плановая точность составляет 0.2 мм, а высотная точность — 1/3 сечения рельефа. В качестве объекта исследования была взята топографическая карта масштаба 1:25 000, поэтому необходимая плановая точность составляет 5 м и менее, а необходимая высотная точность — 3 м и менее (таблица 5).

Таблица 5. Стандарты точности
Масштаб Плановая точность, м Сечение рельефа, м Высотная точность, м
1:10 000 2 5 1.5
1:25 000 5 10 3
1:50 000 10 20 6

Плановая точность скорректированных снимков SPOT 5 определялась по 105 контрольным точкам при сравнении ортоснимков SPOT 5 и материалов Metro Manila Project. Для определения точности использовали абсолютное расстояние между каждой парой точек (таблица 6). В качестве 105 легко идентифицируемых точек были выбраны точки на пересечениях дорог.

Таблица 6. Погрешности плановой точности
Погрешность расстояния, м Количество точек
0-1 78
1-2 13
2-3 7
3-4 2
4 и больше 5
Итого 105

Точки, дающие погрешность расстояния более 4 м, — 9.33 м, 10.3 м, 10.5 м, 21.3 м и 23.3 м — расположены на листе карты 3_18_а. Возможно, причина таких больших погрешностей заключается в распределении опорных точек, используемых для триангуляции. За пределами листов 3_18_а и 3_13_b опорных точек нет (рисунок 2).

Статистические данные по оставшимся точкам, дающим небольшую погрешность, таковы:

Общее количество точек: 100
Средняя погрешность, м: 0.46
Максимальная погрешность, м: 3.66
Минимальная погрешность, м: 0.00
Стандартное отклонение, м: 0.91

За исключением 5 точек, дающих большую погрешность, проблем с контрольными точками нет, так как погрешность плановой точности менее 5 м допустима для карт масштаба 1:25 000. На всех листах карты, за исключением листа 3_18_а, были получены хорошие результаты.

Высотная точность

Высотная точность скорректированных снимков SPOT 5 оценивалась путем сравнения цифровых моделей DTM, созданных с помощью ArcInfo (программное обеспечение ГИС, Environmental Systems Research Institute, Inc.) с использованием изолиний стерео пар SPOT 5 и данных Metro Manila Project. Было решено, что шаг сетки цифровых моделей DTM — 25 м, и этот интервал соответствует 1 мм на карте масштаба 1:25 000. Всего было выбрано 239 652 контрольные точки рельефа, и для каждого листа карты были рассчитаны статистические данные: среднеквадратическая ошибка RMS, стандартное отклонение и смещение (таблица 7). Статистические показатели листа 3_12_b выше показателей остальных листов. Это объясняется недостаточной точностью построения изолиний по причине облачности (рисунок 2). Согласно статистическим данным показатели квадрата 3_12_b отвечают стандартам необходимой точности.

Таблица 7. Погрешности высотной точности
Номер квадрата Среднеквадратическая ошибка, RMS Стандарт, м Смещение, м
3_6_а 2.2532 2.2531 0.0338
3_6_b 1.9012 1.7583 -0.7234
3_6_c 1.5705 1.5623 0.1607
3_6_d 1.7118 1.6977 0.2204
3_7_а 1.8027 1.6086 0.8139
3_7_b 1.6648 1.5155 0.6893
3_7_c 1.8871 1.8270 0.4729
3_7_d 1.8664 1.5354 1.0611
3_11_а 2.3645 2.1614 -0.9590
3_11_b 2.5762 2.5761 0.0345
3_11_c 1.8886 1.8080 0.5462
3_11_d 1.9583 1.9443 0.2341
3_12_а 1.8073 1.7376 0.4974
3_12_b 4.0293 3.8038 1.3295
3_12_c 2.2615 2.2125 0.4687
3_12_d 1.8198 1.6703 0.7226
3_16_а 1.5081 1.0934 1.0387
3_16_d 1.8876 1.7411 0.7293
3_17_а 2.0953 2.0941 0.0735
3_17_d 1.7622 1.6927 0.4901

Рисунок 2. Погрешности плановой и высотной точности.

Объекты, выделенные на стереоскопических снимках SPOT 5

На рисунках 3 — 5 представлены объекты, выделенные на стерео паре SPOT 5. Выделенные объекты накладывались соответственно на ортоснимок SPOT 5 (слева) и на аэрофотоснимок (справа). Автомобильные дороги, железная дорога и здания были точно отдешифрированы, поскольку они полностью совпадают с данными аэрофотоортоснимков. Разрешение ортоснимков SPOT 5 — 2.5 м, аэрофотоортоснимков — 0.5 м. Масштаб каждого изображения — 1:5 000, а фактический размер 400 х 300 м.

Рисунок 3. Дороги, выделенные на стерео паре SPOT 5, представлены на ортоснимке SPOT 5 (слева) и аэрофотоортоснимке (справа).

Рисунок 4. Железная дорога, выделенная на стерео паре SPOT 5, представлена на ортоснимке SPOT 5 (слева) и аэрофотоортоснимке (справа).

Рисунок 5. Здания, выделенные на стерео паре SPOT 5, представлены на ортоснимке SPOT 5 (слева) и аэрофотоортоснимке (справа).

Рисунок 6 демонстрирует различие между контуром реки (красный), выделенным на стерео паре SPOT 5, и контуром реки (зеленый), полученным по аэрофотостереоснимкам. Контур реки со снимков SPOT 5 неточен и не совпадает с контуром реки с аэрофотостереоснимков, использовавшихся при составлении топографических карт масштаба 1:5 000. Как показано на этом примере, иногда трудно дешифрировать и выделить узкие дороги, маленькие реки, растительность и т. д. только по данным снимков SPOT 5. Эти данные следует подкреплять полевым обследованием.

Рисунок 6. Река, выделенная на стерео паре SPOT 5, представлена на ортоснимке SPOT 5 (слева) и аэрофотоортоснимке (справа).

Заключение

Находит подтверждение тот факт, что плановая и высотная точность скорректированных панхроматических снимков SPOT 5 с разрешением 2.5 м, полученных путем триангуляции, является достаточной для составления и обновления топографических карт масштаба 1:25 000 с использованием стерео дешифрирования объектов или ортоснимков. Точность дешифровки снимков SPOT 5 также достаточно высока для составления карт масштаба 1:25 000. Однако несколько затруднена дешифрирование узких дорог, рек в одну линию, растительности и т. д. только на базе снимков SPOT 5. Поэтому необходимо проведение полевого обследования, а также использование данных аэрофотоснимков.

Благодарность

Мы выражаем благодарность компании Spot Image и CNES за создание условий для проведения этого исследования и предоставление снимков SPOT 5. Мы также выражаем благодарность JICA (Международное японское агентство по сотрудничеству), NAMRIA (Национальное картографическое и информационное общество, центральное картографическое агентство Филиппинского правительства) за предоставленные нам материалы Metro Manila Project: аэрофотоснимки, опорные точки, цифровые карты и цифровые ортоснимки.

Подписка на новости 129366, г. Москва
ул. Ярославская, д. 13А, офис 15
Tel   (495) 720-51-27 (многоканальный)
Fax   (495) 720-51-28
Последнее обновление: 14.12.2017© Ракурс, 2004-2017