Технология обработки в ЦФС PHOTOMOD снимков перспективного КА «Канопус-В»
title
13:55:41  ¤ 

Содержание

Текст статьи

Благодарности (нет в тексте публикации)

Примечания (нет в тексте публикации)

5’2011 Геопрофи cc 49-52

Технология обработки в ЦФС PHOTOMOD снимков перспективного КА «Канопус-В»

Е.В. Кравцова (ГИА Иннотер)
В 1997 г. окончила аэрофотогеодезический факультет МИИГАиК по специальности «аэрофотогеодезия».
После окончания университета работала в ФГУП «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ, с 1999 г. — в
«Центрземкадастрсъемка», с 2010 г. — в ООО ЦПИП «ВИСХАГИ-ЦЕНТР». С 2010 г. работает в ООО «ГИА
«Иннотер», в настоящее время — начальник отдела цифровой фотограмметрии.
В.В. Некрасов (НПП ВНИИЭМ)
В 1983 г. окончил Казахский политехнический институт, в 2002 г. — аспирантуру МИИГАиК. С 1996 г.
работал в компании МА «Совинформспутник», с 2003 г. — в ЗАО «Оптэн Лимитед», с 2008 г. — в НИИТП.
С 2009 г. работает в ФГУП «НПП ВНИИЭМ», в настоящее время — научный сотрудник. Кандидат технических наук.

В настоящее время в России ощущается нехватка оперативных данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, что не позволяет эффективно решать следующие задачи:

  1. мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций;
  2. обновление и создание картографической и геоинформационной продукции;
  3. обнаружение очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду;
  4. регистрация аномальных явлений для исследования возможности прогнозирования землетрясений;
  5. мониторинг сельскохозяйственных культур, водных и прибрежных ресурсов;
  6. оценка состояния землепользования;
  7. оперативное наблюдение заданных районов земной поверхности.

Запуск космического аппарата (КА) «Канопус-В», запланированный на декабрь 2011 г. с космодрома Байконур, позволит увеличить количество оперативных данных, получаемых с российских КА [1].

«Канопус-В» будет выведен на солнечно-синхронную орбиту, высотой 510 км (табл. 1). Такая орбита выбрана для получения снимков с наилучшим уровнем освещенности и проработкой деталей. Схема съемки этим спутником показана на рис. 1.

1

рис. 1. Схема съемки КА «Канопус-В»

Благодаря большим углам разворота КА полоса обзора составит 920 км. Зона радиовидимости при данных параметрах орбиты будет равняться 1200 км. На борту КА «Канопус-В»планируется установить:

  1. комплекс целевой аппаратуры (КЦА);
  2. бортовую информационную систему (БИС);
  3. радиолинию передачи информации (РЛЦИ);
  4. служебную платформу.

В состав БИС входит энергонезависимое бортовое запоминающее устройство объемом 2х24 Гбайт, обеспечивающее как хранение видеоинформации в течение не менее 5 суток, так и ее буферирование в режиме непосредственной передачи данных по двум каналам РЛЦИ в диапазоне рабочих частот от 8048 до 8381,5 МГц. Скорость передачи данных составит 61,4–122,88 Мбит/с.
Комплекс целевой аппаратуры включает две съемочные системы — панхроматическую (ПСС) и многозональную (МСС), обеспечивающую получение изображения в четырех зонах спектра. Съемка может проводиться одновременно в панхроматическом и многозональном режимах, а также при различных комбинациях отдельных спектральных зон вплоть до съемки в одной спектральной зоне. Основные характеристики ПСС и МСС приведены в табл. 2. Проекция снимков МСС и ПСС на земную поверхность представлена на рис. 2.

2

Рис. 2. Проекция снимков МСС и ПСС на земную поверхность

Для успешного обеспечения перечисленных выше задач с помощью данных ДЗЗ с КА «Канопус-В» компанией «Иннотер»(1) была разработана технология обработки снимков и оперативного создания ортофотопланов в ЦФС PHOTOMOD.
При разработке технологии максимально учитывались особенности КЦА КА «Канопус-В». Для этого на основе геометрической модели съемочной системы были созданы модельные снимки (МС)(2) и проведены исследования по оценке предельно возможной точности созданного ортофотоплана и с учетом ошибок навигационной системы(4).
Решение данных задач осуществлялось путем моделирования съемочных маршрутов КА «Канопус-В». При создании модельных снимков использовался снимок с КА «Ресурс-ДК» на территорию экспериментального тестового полигона, перепады высот на котором достигают 400 м. Для исследований с тестового полигона было взято 180 наземных опорных точек, измеренных со средней квадратической погрешностью (СКП) 0,2 м. По снимку с КА «Ресурс-ДК» с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР) по данным SRTM (Shuttle radar topographic mission) был создан ортофотоплан. При этом размер пикселя составлял 1 м, а СКП трансформирования — 2,11 м. Ортофотоплан, построенный с помощью программы ORTHOMAP, послужил основой для создания модельных снимков КА «Канопус-В», а формирование МС и расчет коэффициентов рациональных полиномов (RPC) осуществлялось с помощью пакета программ «Неогеосат». Модельные снимки были созданы с учетом ошибок, вносимых навигационной системой(2), т. е. в соответствии с условиями, приближенными к реальным.

Таблица 1
Основные технические характеристики КА «Канопус-В»


Наименование характеристики

Значение характеристики

Размер КА, м

 0,9х0,75

Масса КА, кг

 450

Масса полезной нагрузки, кг

 110

Орбита (солнечно-синхронная утренняя):

 

— высота, км

510

— наклонение, 0

98

— период обращения, мин

 94,74

— время пересечения экватора, час

 10:30–11:00

Платформа КА:

 

— углы отклонения (по крену и тангажу), 0

 от –40 до 40

— точность ориентации,

‘ 5

— точность стабилизации, 0/сек

 0,001

Период повторного наблюдения, сутки

 15

Среднесуточная мощность, Вт

 300

Срок активного существования, лет

 5–7

Таблица 2
Основные характеристики панхроматической и многозональной съемочных систем


Наименование характеристики

 ПСС

 МСС

Количество спектральных каналов

 1

 4

Спектральные диапазоны (по уровню 0,5), мкм

 

 

Панхроматический

 (0,5–0,9)

 

 Синий

 

(0,45–0,52)

Зеленый

 

(0,52–0,60)

Красный

 

(0,63–0,69)

Ближний ИК

 

(0,76–0,90)

Фокусное расстояние, мм

1797,5

 359,5

Относительное отверстие

1:10,3

 1:5,6

Светопропускание

 0,7

 0,6–0,8

Размер матрицы, пикселей

 1920х985

 1920х985

При съемке в надир:

 

 

— полоса захвата, км

 23,3

 20,1

— геометрическое разрешение, м

 2,1

 10,5

— линейное разрешение на местности

 

 

в зачетных условиях, м

 2,7

 12

Снимаемая одномоментно площадь, км2

45,3 (6 фрагментов кадра)

195

Для исследований использовались только снимки с панхроматической камеры. Так как матрицы ПСС не перекрываются, то для обеспечения полного покрытия контрольного участка из МС было создано восемь маршрутов, снимки в которых смещаются по мере движения спутника по орбите (рис. 3).

3

Рис. 3. Маршруты из модельных снимков ПСС (3)

На разных этапах уравнивания создавались ортофотопланы, и проводился анализ их точности. Для построения ортофотопланов были использованы:

  1. модельные снимки с разрешением 2 м;
  2. 170 наземных опорных точек;
  3. ЦМР по данным SRTM.

Для уравнивания блока снимков в ЦФС PHOTOMOD были поставлены связующие точки в автоматическом режиме с контролем автокорреляции. Внешнее ориентирование блоков снимков проводилось по метаданным (RPC) и опорным точкам, число которых варьировалось от 1 до 160. Точность ориентирования оценивалась по 10 контрольным точкам.
Результаты уравнивания (рис. 4) показали, что при добавлении малого количества опорных точек к результатам уравнивания только по RPC-коэффициентам резко увеличивается точность за счет компенсации систематических ошибок. Дальнейшее увеличение количества опорных точек приводит к плавному увеличению точности.

4

Рис. 4. Оценка точности уравнивания блока снимков

По результатам уравнивания маршрутной съемки с использованием 160 опорных точек в ЦФС PHOTOMOD были созданы ортофотопланы. При этом в качестве ЦМР использовались данные SRTM. Точность данной матрицы высот оценивается в 20 м и может привести к плановому смещению точек с СКП 17 м. Области трансформирования для построения мозаики были созданы в автоматическом режиме. Размер пикселя ортофотоплана задавался равным 2 м.
Первичный контроль ортофотоплана был выполнен по всем точкам, имеющимся в проекте, а также вдоль линий порезов. В результате оценки были получены следующие результаты:

  1. по опорным и контрольным точкам максимальные расхождения (MAX) составили 12,8 м, СКП - 3,4 м;
  2. вдоль линии порезов — MAX — 5,0 м, а СКП — 2,6 м.

Для оценки точности полученных ортофотопланов по разработанной технологии была также выполнена оценка по независимым контрольным точкам: MAX составили 5,53 м, а СКП — 3,37 м.
Применение ЦФС PHOTOMOD для обработки снимков с КА «Канопус-В» позволяет в полностью автоматическом режиме измерять связующие точки для уравнивания блока. Кроме того, при создании мозаики области трансформирования строятся автоматически. Это обеспечило увеличение скорости обработки данных и позволило максимально автоматизировать процесс.
Полученные оценки точности соответствуют требованиям инструкции [2] к следующим видам работ:

  1. уравнивание плановых координат опорных точек (при создании карт масштаба 1:25 000);
  2. построение мозаики вдоль линии порезов (при создании картографической продукции масштаба 1:5000);
  3. построение цифровых ортофотопланов (при создании и обновлении топографических карт масштаба 1:25 000).

Космические снимки с КА «Канопус» можно рекомендовать для картографических целей при создании и обновлении карт масштабов 1:10 000 (см. благодарности) и мельче.

Список литературы
1. Журнал ФГУП «НПП ВНИ ИЭМ» «Вопросы электромеханики». — Т. 105. — 2008.
2. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. ГКИНП (ГНТА) — 02-036-02.

RESUME
Accounting features of ‘Canopus-V’ sensors allows to develop processing  technology  of satellite reconnaissance survey, based on block adjustment of sensor micro-frames. Simulation was used for verification  processing technology.  Accuracy estimation of experimental results, such  as block adjustment in DPS “Photomod” and orthophoto processing  shows that “Canopus-V’ data in combination with developed technology can be used to produce and modify maps for the scales 1:10000-1:25000

 

 


Благодарности

(нет в тексте публикации в Геопрофи)

Прежде всего огромная признательность Никонову Олегу Анатольевичу (начальнику отдела НПП ВНИИЭМ)- под чьим чутким руководством и проходила эта работа по КА "Канопус-В" и продолжаются и другие работы по этой теме.

Сотрудникам ФГУП "Госцентра "Природа" - Зимину М.В. и Лукашевичу Е.Л. во время бесед с которыми веснои и летом 2011г. я и осознал необходимость обработки маршрутной съемки КА "Канопус-В". И признателен их фотограмметристам, которые натолкнули на мысль, что именно уравненный маршрут снимков может быть тем продуктом, который позволит обрабатывать снимки КА "Канопус-В" любым потребителям (этот подход появился как противоположность той жесткой, но не гарантированно точной модели, что они предлагали :-). Огромное спасибо Зимину М.В. и Лучашевичу Е.Л. за конструктивную критику слишком смело заявленной точности обновления карт масштаба 1:10000, это упущение целиком на моей совести. Конечно речь может идти только о масштабах порядка 1:50000 и мельче.

Большой вклад в работу внесла Макушева Екатерина - она участвовала в разработке пакета "NeoGeoSat" - моделирование съемки КА "Канопус-В".

Отдельная огромная благодарность Кравцовой Е.В. за титанический ручной труд по определению опорных точек на снимках маршрута, по получению ошибок на них и результирующей точности в Фотомоде и за популяризацию этой работы как минимум на двух конференциях (Ракурс и Сканэкс)

Примечания

1. Идея данной технологии и возможные ошибки принадлежат мне, исходные данные на полигон предоставлены НПП ВНИИЭМ (получены из Госцентра "Природа"), ортотрансформирование снимка полигона сделано пакетом программ OrthoMap, с которым вы можете ознакомиться на этом сайте, пакет программ для моделирования съемки NeoGeoSat разработан мной в НПП ВНИИЭМ, без любезной помощи Кравцовой Е.В. в опознании массы опорных точек (компания Иннотер-именно здесь я нашел Фотомод :-) эта работа состоялась бы с пакетом Erdas Imagine :-), внес посильный вклад в прослушивание и корректировку презентации и доклада на конференции Ракурс'а сделанные Кравцовой Е.В. - и все равно я бы остерегся утверждать, что технология разработана в ГИА Иннотер, но из песни(публикации) слов не выкинешь.

2.Данная работа была завершена в конце июля 2011г., в версии пакета NeoGeosat на тот момент я сознателно использовал методические упрощения - для моделирования ошибок навигационной системы использовалась равномерное распределение, не использовалась дисторсия объектва, не учитывались углы отклонения осей камер.

4. Для тестового полигона использовалась не верная система координат - полностью моя ошибка, что могло привести к увеличению суммарной ошибки на 0.5-1.0 м.

Некрасов В.В.

 





THE COPYRIGHT of THIS DOCUMENT IS THE PROPERTY OF Victor Nekrasov.
All rights reserved. No part of this documentation may be reproduced by any means в any material form
(including photocopying or storing it в any electronic form) without the consent of the Copyright Owner or under the terms of a licence and/or confidentiality agreement issued by the Copyright Owner, Victor Nekrasov. Applications for the copyright owners permission to reproduce any part of this documentation should be addressed to, Victor Nekrasov, vinek@list.ru

© 1998-2015 Victor Nekrasov