Старые и новые космические данные ДЗЗ и

«Старые» и «новые» космические данные ДЗЗ и их обработка в системе PHOTOMOD П. С. Титаров, Ю. И. Карионов (Ракурс)

ВВЕДЕНИЕ • преимущества сканерной космической съёмки • режимы формирования сканерных снимков • способы стереоскопической сканерной съёмки • характеристики сканерных съёмочных систем • блоки сканерных снимков

Преимущества космической сканерной съёмки По сравнению с аэрофотосъёмкой, космическая съёмка: • оперативнее и дешевле при съёмке небольших или отдаленных территорий • безопаснее и проще в организационном отношении (при съёмке городов, опасных объектов, приграничных районов и т. д. ) По сравнению с космическими фотосъёмочными системами, оптико-электронные съёмочные системы: • дольше функционируют (не требуют хранения запаса фотопленки) • не требуют возврата экспонированного фотоматериала на Землю • работают в более широкой области спектра • обладают большей чувствительностью

Формирование сканерного снимка Строка за строкой (линейка ПЗС) Пиксель за пикселем (сканирующий луч) Особенности формирования сканерного снимка: • отсутствие единого для всего изображения центра проекции • изменение положения и ориентации сенсора в процессе формирования снимка

Режимы формирования сканерного снимка Синхронный режим построчной съёмки Ориентация сенсора стабилизирована во время формирования снимка • позволяет производить съёмку протяженных участков местности

Режимы формирования сканерного снимка Асинхронный режим построчной съёмки Ориентация сенсора изменяется во время формирования снимка: • для увеличения экспозиции • для изменения конфигурации снимаемого участка

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с разных витков • Необходима возможность поперечного отклонения направления обзора • Возможна съёмка двумя спутниками

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с одного витка перенацеливанием сенсора • Короткий временной интервал между получением снимков стереопары

Способы формирования стереопар Стереосъёмка с одного витка двумя сенсорами, установленными на общей платформе • Короткий временной интервал между получением снимков стереопары • Фиксированное отношение базиса съёмки к высоте (B : H) • Наиболее производительный способ стереосъёмки

Характеристики сканерных съёмочных систем Основные геометрические характеристики Пространственное разрешение Зависит от: • размера детекторов • фокусного расстояния оптической системы • высоты орбиты носителя Угол поля зрения Зависит от: • размеров детекторов и их числа в линейке • фокусного расстояния оптической системы Возможности отклонения направления обзора Зависят от: • конструкции сенсора или носителя Ширина полосы обзора Зависит от: • угла поля зрения • высоты орбиты носителя • направления обзора Пример: система ДЗЗ SPOT/HRV

Характеристики сканерных съёмочных систем Основные радиометрические характеристики Спектральные каналы Диапазон длин волн регистрируемого излучения для каждого канала Радиометрическое разрешение Число уровней квантования сигнала Производительность съёмочной системы Зависит от: • ширины полосы обзора • параметров орбиты носителя • возможностей отклонения направления обзора • режима съёмки (синхронный/асинхронный) • метода стереоскопической съёмки • ёмкости бортовых накопителей • характеристик передающей аппаратуры и приемных станций

Блок одиночных сканерных снимков ( «моноблок» ) Отношение B: H в перекрытиях снимков принимает произвольные значения.

Блок сканерных стереопар ( «стереоблок» )

Теоретические основы фотограмметрической обработки сканерных снимков • задачи фотограмметрической обработки • методы фотограмметрической обработки сканерных снимков • строгий метод обработки • параметрический метод обработки • аппроксимационный метод обработки

Задачи фотограмметрической обработки Одиночный снимок Опорные точки Ортоизображение 2 D векторы Цифровая модель рельефа Стереопара Опорные точки Цифровая матрица рельефа 3 D векторы Создание мозаики. Экспорт в ГИС, САПР, цифровые карты

Методы фотограмметрической обработки сканерных снимков Строгие Параметрические Аппроксимационные Геометрическое моделирование процесса съёмки Использование априорных соотношений, параметры которых определяются по опорным точкам Применение обобщенных соотношений, которые аппроксимируют строгую модель процесса съёмки

Строгий подход к обработке

Параметрический подход к обработке Использование априорных соотношений (вытекающих из предположений о геометрии съёмки) между координатами на снимке x, y и на местности X, Y, Z; вычисление значений входящих в них параметров по опорным точкам. Параллельно-перспективная модель Direct Linear Transformation (DLT)

RPC = Rational Polynomial Coefficients = Rapid Positioning Capability Исходные соотношения: , где N, h. N - нормированные координаты точки местности: (-1 N 1, -1 h. N 1) x. N, y. N - нормированные координаты её изображения на снимке: (-1 x. N 1, -1 y. N 1)

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Обрабатываемые в PHOTOMOD SPOT 1 -5 IKONOS Quick. Bird Orb. View-3 EROS A Terra/ASTER IRS 1 C/1 D IRS P 6 (Resourcesat-1) Land. Sat Formosat-2 IRS P 5 (Cartosat-1) Перспективные Монитор-Э Ресурс-ДК EROS B Kompsat-2 ALOS/PRISM, AVNIR-2 Cartosat-2 (запуск в 2006)

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Системы высокого и среднего разрешения (от 2 до 20 м), снимки с которых поставляются компанией SPOT Image: • SPOT 1 -4 • SPOT 5 • Formosat 2

SPOT 1 -4 (Франция) Пространственное разрешение: • 10 м для панхроматического снимка • 20 м для мультиспектрального Изменения направления обзора: • поперек трассы – до 27° от надира Стереосъёмка: • с различных витков Методы обработки: • строгий – для снимков уровня 1 А • модификация DLT – для 1 B Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках разрешению

SPOT 5 (Франция) Сенсор HRG Пространственное разрешение: • 20 м в инфракрасном диапазоне • 10 м для мультиспектрального снимка • 5 м для панхроматического снимка Синтезированные снимки: • панхроматические и мультиспектральные разрешением 2. 5 м (режим Supermode) и 5 м Изменения направления обзора: • поперек трассы – до 27° от надира Стереосъёмка: • с различных витков Сенсор HRS Пространственное разрешение: • 5 м вдоль трассы • 10 м поперек трассы Направления обзора: • 20° от надира вперед и назад вдоль трассы Стереосъёмка: • с одного витка Методы обработки: • строгий – для снимков уровня 1 А • модификация DLT – для 1 B Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках разрешению

Formosat-2 (ROCSAT-2 - Тайвань) Пространственное разрешение: • 2 м для панхроматического снимка • 8 м для мультиспектрального Изменения направления обзора: • до 45° от надира Стереосъёмка: • технически возможна как с одного, так и с различных витков Методы обработки: • строгий – для снимков уровня 1 А • модификация DLT – для 1 B Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках разрешению

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Снимки с пространственным разрешением 1 м и лучше: • IKONOS • Orb. View 3 • Quick. Bird • Kompsat 2

IKONOS (США) Пространственное разрешение: • 1 м для панхроматического снимка • 4 м для мультиспектрального Изменения направления обзора: • в произвольном направлении – до 30° от надира Стереосъёмка: • с одного витка (возможна и с разных) Методы обработки: • RPC или модификации DLT Точность уравнивания (разрешение 1 м): • СКО плановых координат 1 м • СКО высот 2 -3 м

Orb. View-3 (США) Пространственное разрешение: • 1 м для панхроматического снимка • 4 м для мультиспектрального Изменения направления обзора: • в произвольном направлении – до 50° от надира Стереосъёмка: • возможна как с одного, так и с разных витков Методы обработки: • RPC или модификации DLT

Quick. Bird (США) Пространственное разрешение (в надире): • 0. 61 м для панхроматического снимка • 2. 44 м для мультиспектрального снимка Изменения направления обзора: • в произвольном направлении – до 25° от надира Стереосъёмка: • практически не выполняется Методы обработки: • RPC или модификации DLT Точность уравнивания: • СКО плановых координат разрешению

Kompsat-2 (Южная Корея) Пространственное разрешение: • 1 м для панхроматического снимка • 4 м для мультиспектрального Изменения направления обзора: • до 30° от надира по крену • до 56 ° от надира по тангажу Стереосъёмка: • технически возможна как с одного, так и с различных витков Методы обработки: • RPC или модификация DLT

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Индийские спутники дистанционного зондирования Земли: • IRS 1 C/1 D • Resourcesat 1 (IRS P 6) • Cartosat 1 (IRS P 5) • Cartosat 2

IRS 1 C/1 D (Индия) Разрешение на местности: • 5. 8 м (сенсор PAN) Стереосъёмка: • с различных витков Изменения направления обзора: • поперек трассы – до 26° от надира Методы обработки: • модификация DLT Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках - несколько пикселей

Resourcesat-1 (IRS P 6, Индия) Сенсор LISS-IV Пространственное разрешение: • 5. 8 м в надире Радиометрические характеристики: • 3 спектральных канала • радиометрическое разрешение: 10 бит/пиксель при съёмке, 7 бит/пиксель в выходном изображении Ширина полосы захвата: • 23 км в мультиспектральном режиме • 70 км в моно-режиме (красный канал) Изменения направления обзора: • поперек трассы – до 26° от надира Стереосъёмка: • с различных витков

Cartosat-1 (IRS P 5, Индия) Разрешение на местности: • 2. 5 м (снимок панхроматический) Стереосъёмка: • с одного витка двумя сенсорами Отклонение направления обзора: • вперед вдоль трассы – 26° • назад вдоль трассы – 5° (B/H = 0. 62) Методы обработки: • RPC или модификация DLT Точность уравнивания по RPC: • СКО на контрольных точках разрешению

Cartosat-2 (Индия) Пространственное разрешение: • лучше 1 м Ширина полосы захвата: • 10 км Изменения направления обзора: • до 45° от надира Запуск: • в конце 2006 г.

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Израильские спутники дистанционного зондирования Земли: • EROS A • EROS B

EROS A (Израиль) Пространственное разрешение: • 1. 8 м в надире Изменения направления обзора: • до 45° от надира в произвольном направлении Режим съёмки: • асинхронный Стереосъёмка: • с одного витка Методы обработки: • строгий – для снимков уровня 1 А • модификация DLT – для 1 B Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках разрешению

EROS B (Израиль) Пространственное разрешение: • 0. 7 м (панхроматический снимок) Изменения направления обзора: • до 45° от надира в произвольном направлении Режим съёмки: • синхронный и асинхронный Стереосъёмка: • с одного витка

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Российские спутники дистанционного зондирования Земли: • Монитор Э • Ресурс ДК

Монитор-Э (Россия) Пространственное разрешение: • 8 м для панхроматического снимка • 20 м для мультиспектрального Ширина полосы захвата: • 90 км для панхроматического снимка • 160 км для мультиспектрального Изменения направления обзора: • до 30° от надира

Ресурс-ДК (Россия) Параметры орбиты: • Наклонение 64. 94° • Высота в перигее 361. 8 км • Высота в апогее 604. 5 км Пространственное разрешение (в перигее в надире): • 1 м для панхроматического снимка • 2 -3 м для мультиспектрального Ширина полосы захвата: • в надире – от 4. 7 до 28. 3 км • при отвороте по крену – до 40 км

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Спутники ДЗЗ, эксплуатируемые NASA: • Terra/ASTER • Landsat-7/ETM+

Terra/ASTER (NASA) Разрешение на местности: • 15 м (для каналов VNIR 3 N/3 B) Изменения направления обзора: • поперек трассы – до 24° от надира (для VNIR) Стереосъёмка: • с одного витка (съёмка в надир и назад) Методы обработки: • строгий– для снимков 1 А • модификация DLT – для 1 B Точность уравнивания: • СКО на контрольных точках разрешению

Landsat-7/ETM+ (NASA) Пространственное разрешение: • 15 м Стереосъёмка: • нет Методы обработки: • модификация DLT Точность уравнивания: • СКО плановых координат 15 м

ОБЗОР СКАНЕРНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СЪЁМОЧНЫХ СИСТЕМ Другие спутники ДЗЗ: • ALOS • Бел. КА

ALOS (Япония) Сенсор PRISM Три оптические системы – для съёмки в надир, вперед и назад вдоль трассы Сенсор AVNIR-2 Мультиспектральный (4 канала) сенсор среднего разрешения Пространственное разрешение: • 2. 5 м Пространственное разрешение: • 10 м Спектральные каналы: • панхроматический Ширина полосы захвата: • 70 км Отклонение направления обзора: • до 44° от надира поперек трассы

Бел. КА (Беларусь) Орбита: солнечно-синхронная, круговая, высота 510 км Платформа: УКП «Виктория» Масса: КА – 750 кг, полезной нагрузки – 139. 6 кг Расчетный срок активного существования: 5 лет Пространственное разрешение: • в панхроматическом режиме – 2. 5 м • в мультиспектральном режиме – 10. 5 м Количество спектральных каналов: 4 Ширина полосы обзора: 440 км Ширина полосы захвата: 20 км Запуск: 26 июля 2006 г. , космодром Байконур, РН «Днепр» - аварийное отключение двигателей.

Обработка сканерных снимков в PHOTOMOD

Примеры обработки космических данных Некоторые тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» : • SPOT 5 • Quick. Bird • Cartosat-1 • Formosat-2

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку Quick. Bird, Новый Уренгой (по заказу НПК «Гео» , г. Омск)

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку SPOT 5 (2. 5 м), остров Ольхон (совместно с ФГУП «Госземкадастрсъёмка» - ВИСХАГИ, Восточно-Сибирский филиал)

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ЦМР и ортофотоплана по стереопаре Cartosat-1, остров Ольхон Уравнивание: Опорных точек – 4 СКО на опорных: • 0. 6 м в плане • 0. 1 м на высоте Контрольных точек – 3 СКО на контрольных: • 2. 8 м в плане • 1. 4 м по высоте Разрешение – 2. 5 м

Тестовые проекты, выполненные в компании «Ракурс» Построение ортофотоплана по снимку Formosat 2, Омск Уравнивание: Опорных точек – 7 СКО на опорных: • 2. 0 м в плане Контрольных точек – 6 СКО на контрольных: • 2. 4 м в плане Разрешение – 2 м

Практические аспекты применения космических данных • Технологические особенности создания карт по данных ДЗЗ • Особенности заказа (приобретения) космических снимков

Технологические аспекты применения данных ДЗЗ Наиболее распространенный вариант применения данных ДЗЗ – построение ортофотопланов по одиночному снимку либо блоку одиночных снимков с использованием внешней (имеющейся) ЦМР.

Заказ снимков: выбор продукта ДЗЗ

Заказ снимков: динамика выполнения съёмки Сентябрь Октябрь Проект Август Июль

Заказ снимков: совместное использование ИСЗ Возможные кандидаты на совместную обработку: SPOT-5 Supermode (2. 5 m) FORMOSAT 2 PAN (2 m) …а также IKONOS + Orb. View-3 + Kompsat-2 (разрешение 1 м) и т. д.

Спасибо за внимание!