Влияние геометрических параметров съемки на точность ортофотопланов, создаваемых по снимкам с ка ikonos

      Комментарии к записи Влияние геометрических параметров съемки на точность ортофотопланов, создаваемых по снимкам с ка ikonos отключены

Влияние геометрических параметров съемки на точность ортофотопланов, создаваемых по снимкам с ка ikonos

№2(3), 2009 г.

А. В. Гормаш, Т. В. Дорофеева, И. В. Оньков

Точность цифровых ортофотопланов, созданных по космическим снимкам, играется определяющую роль при оценке возможности их применения для ответа задач топографического и кадастрового картографирования, составления и планов и обновления карт. Изучению разных качеств данной неприятности, в особенности по окончании ввода в эксплуатацию космических съемочных совокупностей большого разрешения (IKONOS, QuickBird и пр.), снабжающих возможность картографирования в больших масштабах (1:20001:5000), уделяется большое внимание [15].

Одним из главных факторов, воздействующих на точность создания ортофотопланов по космическим снимкам, есть геометрия съемки и, первым делом, угол наклона оптической оси камеры к снимаемой поверхности. Экспериментальная оценка влияния этого фактора на примере двух снимков IKONOS с громадным (43,1°) и малым (10,6°) углом наклона камеры по 40 контрольным точкам, выполненная в работе [6], подтверждает необходимость и этот факт предстоящего изучения данной неприятности с привлечением большего количества экспериментальных данных для получения более надежных статистических оценок.

В данной работе на базе созданных ортофотопланов территории города Перми по космическим снимкам IKONOS (Geo Ortho Kit) выполнены экспериментальные изучения точности ортофотоплана в зависимости от геометрических параметров съемки – угла отклонения от зенита Z и азимута направления на спутник A (рис. 1). Для изучения было использовано 12 снимков, взятых с 7 маршрутов в широком диапазоне углов зенитного отклонения от 1,6° до 29,2°.

Рис. 1. Геометрия космической съемки

Как мы знаем, процесс ортотрансформирования включает в себя процедуру вычисления поправок за рельеф местности на базе информации о геометрии съемки (в виде элементов внешнего ориентирования камеры) и информации о высоте снимаемых точек местности над некоей, условно принятой поверхностью относимости. Эти сведенья сохраняются в виде цифровой модели рельефа (ЦМР). В любом случае высоты точек ЦМР содержат неизбежные неточности, поскольку они взяты в следствии измерений и некоторых математических преобразований, вносящих неточности, к примеру, операции интерполирования. Со своей стороны, неточность вертикальной составляющей цифровой модели рельефа ?h в некоей точке P ведет к неточности положения данной точки на ортофотоплане на величину ?r, пропорциональную котангенсу угла возвышения спутника ? либо тангенсу угла отклонения от зенита Z, т. е.:

?r = ?h*ctg? = ?h*tgZ

причем направление смещения сходится с азимутом направления на спутник A и знаком неточности ?h.

Изюминкой оптико-электронных совокупностей космической съемки есть небольшой угол поля зрения камеры (IKONOS ~ 0,93°), благодаря чего при оценке точности можно считать значения углов ? и A для всех точек одного снимка однообразными. В этом случае направления неточностей точек ортофотоплана, вызванные неточностями ЦМР, будут коллинеарны направлению на спутник, т. е. азимуты этих направлений будут совпадать.

Геометрия съемки кроме этого отражается на разрешающей свойстве ортоизображения. С повышением угла зенитного отклонения возрастает расстояние S до спутника, что ведет к повышению размера площадки, покрываемой одним пикселем на поверхности Почвы, – поперек направления на спутник пропорционально отношению S/H, на протяжении направления – пропорционально отношению S/(H*sin?).

Для ортотрансформирования снимков г. Перми употреблялась ЦМР, созданная методом оцифровки топографических карт масштаба 1:25 000 с высотой сечения рельефа 5 м. Средние квадратические неточности высот ЦМР, по свободным оценкам, составили 1,0-2,5 м.

создание и Фотограмметрическая обработка снимков ортофотопланов выполнялось в программе «Талка 3.5» с применением коэффициентов рациональных полиномов (RPC) и данных GPS-высот и измерений координат опознаков. Были выяснены координаты 176 опознаков, из которых 163 употреблялись как опорные при уравнивании блочной фототриангуляции, а 13 – в качестве контрольных.

Оценка точности ортофотопланов осуществлялась по отклонениям прямоугольных координат контрольных точек, измеренных на ортофотоизображении, от координат этих же точек, снятых с оцифрованных планшетов наземной топографической цифровых планов 1:500 и съёмки масштаба масштаба 1:1000, созданных по данным аэрофотосъемки, и материалов геодезических измерений при координировании углов строений. В качестве контрольных точек брались углы многоэтажных строений, достаточно с уверенностью опознаваемые на фотоизображении (рис.

2). В общем итоге было измерено более полутора тысяч точек, покрывающих солидную часть города с многоэтажной застройкой, на которую имелись материалы топографических геодезических измерений и съёмок (рис. 3).

Рис. 2. Пример выбора контрольных точек на ортофотоплане и цифровом топоплане масштаба 1:500

Рис. 3. Распределение контрольных точек по территории г. Перми

Измерения группировались по показателю пространственной близости так, дабы в каждой группе (выборке) было не меньше 50 точек. Совсем в обработку были приняты измерения на 1373 контрольных точках, сводные информацию о которых приведены в табл. 1.

Таблица 1. Число измерений по маршрутам и группам

Статистическая обработка данных выполнялась в соответствии с предположением, что измеренные разности координат контрольных точек ?X, ?Y являются суммами трех свободных неточностей: случайных погрешностей измерения ?X, ?Y, систематических неточностей ?X, ?Y, зависящих от координат контрольной точки, и погрешностей ?X, ?Y, вызванных погрешностями высот ЦМР, т. е.:

?X = ?X + ?X + ?X

?Y = ?Y + ?Y + ?Y

Случайные погрешности разностей координат появляются благодаря неточностей опознавания контрольных точек на фотоизображении, неточностей дискретизации растра, случайных погрешностей контуров на топографическом замысле и т. д.

Обстоятельством происхождения систематических неточностей, зависящих от координат контрольных точки, есть, по большей части, неоднородность топографических замыслов города, каковые создавались в течении десятилетий разными организациями, применяющими геодезические базы, довольно часто не связанные между собой.

Для исключения систематических неточностей из измеренных разностей координат употреблялась аффинная модель, коэффициенты которой оценивались из ответа совокупностей уравнений в каждой группе измерений по способу мельчайших квадратов.

Остаточные отклонения координат VX и VY по окончании исполнения процедуры аффинного преобразования рассматривались как случайные погрешности, зависящие лишь от цифровой погрешностей модели и случайных измерений рельефа.

В табл. 2 приведены главные статистические характеристики погрешностей измерений, полученные в следствии обрисованной выше обработки.

Таблица 2. Главные статистические характеристики погрешностей измерений

Полученные оценки статистических черт погрешностей с достаточной для практики точностью в диапазоне отклонений спутника от зенита от 0° до 30° смогут быть аппроксимированы следующими линейными выражениями (рис. 4 и 5):

a95 (Z) (1,81 + 0,041*Z) м

b95 (Z) const 1,6 м

CE95 (1,65 + 0,031*Z) м

Рис. 4. Зависимость громадной и малой полуосей 95% эллипса неточностей от угла отклонения спутника от зенита

Рис. 5. Зависимость круговой неточности CE95 от угла отклонения спутника от зенита

На рис. 6 приведены эллипсы неточностей при малых, средних и громадных углах отклонения спутника от зенита, на которых четко прослеживается зависимость направления громадной полуоси эллипса неточностей от направления на спутник при громадных углах отклонения спутника от зенита (направление на спутник продемонстрировано синей линией). Полученные в работе зависимости и численные оценки смогут быть использованы как для установления требований к большому углу отклонения космической съемки от надира (на этапе заказа), так и для обоснования допусков к точности высот ЦМР при создании ортофотопланов по космическим снимкам IKONOS.

Рис. 6. Примеры эллипса ошибок и 95% диаграмм рассеивания остаточного отклонения координат контрольных точек: а) при малых углах отклонения спутника от зенита (Z = 1,6°; 6,5°); б) при средних углах отклонения спутника от зенита (Z = 10,8°; 14,5°); в) при громадных углах отклонения спутника от зенита (Z = 22,6°; 29,2°)

Перечень литературы:

  1. Адров В.Н., Карионов Ю.А., Титаров П.С., Громов М.О., Харитонов В.Г. О точности создания ортофотопланов по снимкам QuickBird // Геопрофи. – 2005. – № 6. – С. 2124.
  2. Grodecki J., Gene D. IKONOS Geometric Accuracy. Proceedings of Joint Workshop of ISPRS Working Groups I/2, I/5 and IV/7 on High Resolution Mapping from Space 2001, Hannover, 2001.
  3. Jacobsen K., Passini R. Accuracy of digital orthophotos from high resolution Space imagery. Proceedings of the Workshop High Resolution Mapping from Space 2003, Hannover 2003.
  4. Amato R., Dardanelli G., Emmolo D., Franco V., Midulla P., Orlando P., Villa B. Digital orthophotos at a scale of 1:5000 from high resolution satellite images. http://www.image info.com/isprs2004/comm4/papers/431.pdf.
  5. Ganas A., Lagios E., Tzannetos N. An investigation into the spatial accuracy of the IKONOS 2 orthoimagery within an urban environment. National Observatory of Athens, Institute of Geodynamics. http://www.pcigeomatics.com/techpapers/ganas2002ijrs.pdf.
  6. Wolniewicz W. Geometrical capacity of the VHRS images collected with significant off nadir angle. http://www.ipi.unihannover.de/fileadmin/institut/pdf/138wolniewicz.pdf

Зенит-95 | Полет Спутника


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: