И. В. Оньков
Цель работы — иÑÑледование геометричеÑкой точноÑти коÑмичеÑкого Ñнимка Ñо Ñпутника TH-1 (Китай) по наземным опорным и контрольным точкам, ортотранÑформированного Ñ Ð¸Ñпользованием цифровой модели рельефа (ЦМР) SRTM-3 [1] и коÑффициентов рациональных полиномов RPC.
Ð’ табл. 1 предÑтавлены оÑновные техничеÑкие характериÑтики Ñъемочной аппаратуры Ñпутника TH-1, запущенного на орбиту 24 авгуÑта 2010 г. [2].
Таблица 1. Спутник TH-1. ОÑновные техничеÑкие характериÑтики Ñъемочной аппаратуры
Режим Ñъемки |
ПанхроматичеÑкий (PAN) | МультиÑпектральный |
Стерео (триплет) |
|
Спектральный диапазон, мкм | 0,51–0,69 | 0,43–0,52 (Ñиний)
0,52–0,61 (зеленый) 0,61–0,69 (краÑный) 0,76–0,90 (ближний ИК) |
0,51–0,69 | |
ПроÑтранÑтвенное разрешение (в надире), м | 2 | 10 | 5 | |
ТочноÑть геопозиционированиÑ, м | CE90 = 25 | |||
Ширина полоÑÑ‹ Ñъемки, км | 60 | 60 | 60 | |
ПериодичноÑть Ñъемки, Ñутки | 9 | |||
ВозможноÑть Ð¿Ð¾Ð»ÑƒÑ‡ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñтереопары | Да | |||
ИÑходный Ñнимок TH01–02_P201306090000001_1B_GFB_08_165_077, дата Ñъемки 30.07.2012 г., в формате TIFF на заданную территории (РоÑÑиÑ, ПермÑкий край, г. Пермь), был предоÑтавлен Ð´Ð»Ñ Ð¸ÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð¼Ð¿Ð°Ð½Ð¸ÐµÐ¹ «Совзонд».
ОртотранÑформирование Ñнимка (PAN-канал) выполнÑлоÑÑŒ в программном комплекÑе ENVI 4.8 без иÑÐ¿Ð¾Ð»ÑŒÐ·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð½Ð°Ð·ÐµÐ¼Ð½Ñ‹Ñ… опорных точек в ÑиÑтеме координат WGS–84 проекций UTM–40. Размер пикÑÐµÐ»Ñ Ñ€Ð°Ñтра на меÑтноÑти задавалÑÑ Ñ€Ð°Ð²Ð½Ñ‹Ð¼ 2,0 м. Ð’Ñ‹Ñота геоида EGM96 над ÑллипÑоидом WGS–84 Ð´Ð»Ñ Ñ†ÐµÐ½Ñ‚Ñ€Ð° Ñнимка была принÑта равной –3,2 м.
Ð’ качеÑтве опорных и контрольных точек Ð´Ð»Ñ Ð¸ÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñ‚Ð¾Ñ‡Ð½Ð¾Ñти ортоÑнимка иÑпользовалиÑÑŒ четкие контуры объектов меÑтноÑти (опознаки), уверенно дешифрируемые на Ñнимке, координаты которых определÑлиÑÑŒ Ñ Ð¸Ñпользованием двухчаÑтотных GPS приемников Ñ Ð¾Ð¿Ð¾Ñ€Ð¾Ð¹ на пункты триангулÑции 1–3 клаÑÑов в ÑиÑтеме координат СК–42, 10 зона.
Преобразование координат опознаков из СК–42 в ÑиÑтему WGS–84 проекции UTM–40 выполнÑлаÑÑŒ в ÑоответÑтвии Ñ Ð“ÐžÐ¡Ð¢ Ð 51794–2008 [3].Â Ð”Ð»Ñ Ð²Ñ‹Ð¿Ð¾Ð»Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ Ð¸ÑÑледований было иÑпользовано 52 опознака, общее раÑположение которых по полю Ñнимка показано на риÑ. 1.

ТочноÑть ортоÑнимка оценивалаÑÑŒ по отклонениÑм измеренных на ортоÑнимке координат контрольных точек от их значений, определенных на меÑтноÑти геодезичеÑкими методами (GPS).
ИÑÑÐ»ÐµÐ´Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð²Ñ‹Ð¿Ð¾Ð»Ð½ÐµÐ½Ñ‹Â Ð´Ð»Ñ Ñ‚Ñ€ÐµÑ… вариантов иÑÐ¿Ð¾Ð»ÑŒÐ·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿Ð¾Ñ€Ð½Ñ‹Ñ… и контрольных точек и метода геометричеÑкой коррекции раÑтрового Ð¸Ð·Ð¾Ð±Ñ€Ð°Ð¶ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñнимка:
- без иÑÐ¿Ð¾Ð»ÑŒÐ·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð¾Ð¿Ð¾Ñ€Ð½Ñ‹Ñ… точек, в Ñтом Ñлучае вÑе измеренные на ортоÑнимке точки раÑÑматривалиÑÑŒ как контрольные;
- опорные точки иÑпользовалиÑÑŒ только Ð´Ð»Ñ Ð¾Ð¿Ñ€ÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ð¸Ñ Ñдвига раÑтра по оÑÑм координат без его транÑформированиÑ;
- опорные точки иÑпользовалиÑÑŒ Ð´Ð»Ñ Ð¾Ð¿Ñ€ÐµÐ´ÐµÐ»ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ñффициентов математичеÑкой модели Ð¿Ñ€ÐµÐ¾Ð±Ñ€Ð°Ð·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñ Ñ†ÐµÐ»ÑŒÑŽ геометричеÑкой коррекции раÑтра и его поÑледующего транÑформированиÑ.
ТочноÑть результатов измерений оценивалаÑÑŒ Ñледующими показателÑми:
- ÑиÑтематичеÑкие ошибки (Ñдвиги по оÑÑм координат);
- ÑреднеквадратичеÑÐºÐ°Ñ Ð¾ÑˆÐ¸Ð±ÐºÐ° RMSE;
- ÑреднÑÑ Ñ€Ð°Ð´Ð¸Ð°Ð»ÑŒÐ½Ð°Ñ Ð¾ÑˆÐ¸Ð±ÐºÐ° MRE;
- ÐºÑ€ÑƒÐ³Ð¾Ð²Ð°Ñ Ð¾ÑˆÐ¸Ð±ÐºÐ° CE90;
- макÑимальное значение радиальной ошибки в выборке Rmax.
Оценка точноÑти ортоÑнимка без иÑÐ¿Ð¾Ð»ÑŒÐ·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð½Ð°Ð·ÐµÐ¼Ð½Ñ‹Ñ… опорных точекÂ
ЧиÑло контрольных точек —  52.
ÐžÑ‚ÐºÐ»Ð¾Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð¾Ñ€Ð´Ð¸Ð½Ð°Ñ‚ на контрольных точках показаны на риÑ. 2. Показатели точноÑти приведены в табл. 2

Таблица 2. Показатели точноÑти ортоÑнимка
Показатель точноÑти |
Значение Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ñ‚ÐµÐ»Ñ |
Сдвиг по X, м | 7,95 |
Сдвиг по Y, м | –20,13 |
Модуль Ñдвига, м | 21,64 |
RMSE, м | 21,99 |
MRE, м | 21,80 |
CE90, м | 25,43 |
Rmax, м | 27,98 |
Оценка точноÑти ортоÑнимка, Ñкорректированного за Ñдвиги по оÑÑм координат по опорным точкам
ÐšÐ¾Ñ€Ñ€ÐµÐºÑ†Ð¸Ñ Ð¾Ñ€Ñ‚Ð¾Ñнимка выполнÑлаÑÑŒ по четырем опорным точкам, раÑположенным вблизи его центра. ЧиÑло контрольных точек — 48.
ОÑтаточные Ð¾Ñ‚ÐºÐ»Ð¾Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð¾Ñ€Ð´Ð¸Ð½Ð°Ñ‚ на контрольных точках поÑле коррекции Ñдвигов показаны на риÑ. 3. Показатели точноÑти приведены в табл. 3.

Таблица 3. Показатели точноÑти ортоÑнимка
Показатель точноÑти |
Значение Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ñ‚ÐµÐ»Ñ |
Модуль оÑтаточного ÑиÑтематичеÑкого Ñдвига, м | 2,11 |
RMSE, м | 4,53 |
MRE, м | 4,09 |
CE90, м | 6,87 |
Rmax, м | 9,05 |
Оценка точноÑти ортоÑнимка, Ñкорректированного по опорным точкам Ñ Ð¸Ñпользованием Ð¿Ñ€ÐµÐ¾Ð±Ñ€Ð°Ð·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð³ÐµÐ»ÑŒÐ¼ÐµÑ‚Ñ€Ð°Â
ЧиÑло опорных точек — 8 .
ЧиÑло контрольных точек — 44.
ОÑтаточные Ð¾Ñ‚ÐºÐ»Ð¾Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð¾Ñ€Ð´Ð¸Ð½Ð°Ñ‚ на контрольных точках показаны на риÑ. 4. Показатели точноÑти приведены в табл. 4.

Таблица 4. Показатели точноÑти ортоÑнимка
Показатель точноÑти |
Значение Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ñ‚ÐµÐ»Ñ |
Модуль оÑтаточного ÑиÑтематичеÑкого Ñдвига, м | 2,65 |
RMSE, м | 4,27 |
MRE, м | 3,82 |
CE90, м | 6,54 |
Rmax, м | 7,24 |
Оценка точноÑти ортоÑнимка, Ñкорректированного по опорным точкам Ñ Ð¸Ñпользованием аффинного преобразованиÑÂ
ЧиÑло опорных точек — 12 .
ЧиÑло контрольных точек — 40
ОÑтаточные Ð¾Ñ‚ÐºÐ»Ð¾Ð½ÐµÐ½Ð¸Ñ ÐºÐ¾Ð¾Ñ€Ð´Ð¸Ð½Ð°Ñ‚ на контрольных точках показаны на риÑ. 5. Показатели точноÑти приведены в табл. 5.

Таблица 5. Показатели точноÑти ортоÑнимка
Показатель точноÑти |
Значение Ð¿Ð¾ÐºÐ°Ð·Ð°Ñ‚ÐµÐ»Ñ |
Модуль оÑтаточного ÑиÑтематичеÑкого Ñдвига, м | 1,25 |
RMSE, м | 3,67 |
MRE, м | 3,26 |
CE90, м | 5,87 |
Rmax, м | 7,75 |
Заключение
По результатам теÑÑ‚Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð³ÐµÐ¾Ð¼ÐµÑ‚Ñ€Ð¸Ñ‡ÐµÑкой точноÑти Ñнимка TH-1 (PAN-канал), ортотранÑформированного в программном комплекÑе ENVI 4.8 Ñ Ð¸Ñпользованием ЦМРSRTM–3 и модели камеры, заданной в виде RPC коÑффициентов, можно Ñделать Ñледующие предварительные выводы:
- ГеометричеÑÐºÐ°Ñ Ñ‚Ð¾Ñ‡Ð½Ð¾Ñть ортоÑнимка без иÑÐ¿Ð¾Ð»ÑŒÐ·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð½Ð°Ð·ÐµÐ¼Ð½Ñ‹Ñ… опорных точек по показателю CE90 ÑоÑтавила 25,43 м, что незначительно превышает заÑвленную производителем точноÑть 25 м.
- ГеометричеÑÐºÐ°Ñ Ñ‚Ð¾Ñ‡Ð½Ð¾Ñть ортоÑнимка Ñ Ð¸Ñпользованием 4–8–12 опорных точек и коррекции раÑтра Ñ Ð¸Ñпользованием Ð¿Ñ€ÐµÐ¾Ð±Ñ€Ð°Ð·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ñдвига, Ð¿Ñ€ÐµÐ¾Ð±Ñ€Ð°Ð·Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð“ÐµÐ»ÑŒÐ¼ÐµÑ€Ñ‚Ð° и аффинного преобразованиÑ; геометричеÑÐºÐ°Ñ Ñ‚Ð¾Ñ‡Ð½Ð¾Ñть Ñнимка по критерию Ñредней ошибки ÑоÑтавила 4,09 м, 3,82 м и 3,26 м ÑоответÑтвенно, и удовлетворÑет требованиÑм к точноÑти фотопланов маÑштаба 1:10 000, уÑтановленным ИнÑтрукцией по фотограмметричеÑким работам при Ñоздании цифровых топографичеÑких карт и планов [4].
СпиÑок литературы:
- http://dds.cr.usgs.gov/srtm/version2_1/SRTM3/Eurasia/
- Дворкин Б. Ð., Дудкин С. Ð. Ðовейшие и перÑпективные Ñпутники диÑтанционного Ð·Ð¾Ð½Ð´Ð¸Ñ€Ð¾Ð²Ð°Ð½Ð¸Ñ Ð—ÐµÐ¼Ð»Ð¸. – М.: ГЕОМÐТИКÐ, 2013., â„–2 – Ñ. 16–39.
- ГОСТ Ð . 51794-2008 ― Глобальные навигационные Ñпутниковые ÑиÑтемы. СиÑтемы координат. Методы преобразований координат определÑемых точек. –М.: Стандартинформ, 2009. –19 Ñ.
- ИнÑÑ‚Ñ€ÑƒÐºÑ†Ð¸Ñ Ð¿Ð¾ фотограмметричеÑким работам при Ñоздании цифровых топографичеÑких карт и планов. – М.: ЦÐИИГÐиК, 2002. –48 Ñ.