Про компанію «Совзонд»
Компанія «Совзонд» - провідний російський системний інтегратор в області геоінформаційних технологій та аерокосмічного моніторингу. Ось уже понад 20 років компанія поставляє інноваційні програмні продукти, сервіси для роботи з геопросторовими даними, актуальні геоінформаційні дані високої якості.
Про лінійці продуктів ОРТОРЕГІОН
В основі продукту лежать знімки з японського космічного апарату ALOS / PRISM (JAXA). Ортотрансформірованіе знімків виконується за допомогою вхідних в поставку коефіцієнтів раціональних поліномів (RPC) без застосування наземних опорних точок, як інформації про рельєф місцевості використовується відкрита загальнодоступна цифрова модель рельєфу SRTM. Висока якість продукту ОРТОРЕГІОН пояснюється надійної точністю значень RPC-коефіцієнтів, які супроводжують кожну сцену зйомки, а також використанням в мозаїці надірним знімків [1].
Незалежні дослідження точності, проведені фахівцями декількох російських компаній, показали, що продукт ОРТОРЕГІОН може бути використаний в якості основи для створення та оновлення топографічних карт та іншої картографічної продукції аж до масштабу 1:25 000 без залучення додаткових даних.
З появою комерційно доступних глобальних даних надвисокої роздільної просторового дозволу компанією було прийнято рішення про розвиток лінійки ортотрансформірованних мозаїк типу ОРТОРЕГІОН в напрямку укрупнення масштабу. Продукт ОРТО10 також є регіональне ортомозаічное покриття, але в його основі лежать ортокорректірованние знімки, отримані космічними апаратами, що здійснюють зйомку з надвисоким просторовим дозволом (не гірше 1 м) на місцевості (WorldView-1,2,3, GeoEye-1). Точність входять в поставку коефіцієнтів раціональних поліномів (RPC) для знімків з перерахованих КА ДЗЗ дозволяє виготовляти ортомозаікі, що задовольняють вимогам картографічних матеріалів масштабу 1:10 000 без використання наземних опорних точок, що також було підтверджено незалежними оцінками [2].
В даний час компанія «Совзонд» випускає лінійку ортотрансформірованних мозаїк під загальною назвою ОРТОРЕГІОН, куди входять згадані продукти ОРТО10 і ОРТО25, а також ОРТО 50, ОРТОРЕГІОН + МОНІТОРИНГ [3].
На сьогоднішній момент орбітальне угруповання супутників серії «Ресурс-П» налічує три космічні апарати: «Ресурс-П» №1, «Ресурс-П» №2 і «Ресурс-П» №3. Встановлений на КА оптико-електронний комплекс «Геотон-Л1» дозволяє робити знімки за просторовим дозволом 0,7-1 м в панхроматичному каналі (0,62-0,79 мкм) і 2-3 м в мультиспектральних каналах (всього 7 спектральних каналів : синій 0,48-0,52 мкм, зелений 0,54-0,59 мкм; червоний + крайній червоний 0,62-0,68; 0,66-0,69; 0,7-0,74 мкм і ближній ІЧ 0,72-0,8; 0,8-0,9 мкм) в різних режимах зйомки (об'єктова / маршрутна / стерео / майданна) [4]. Вартість зйомки з КА «Ресурс-П» на даний момент становить 388,8 руб. за 1 кв. км архівної зйомки і 661 руб. - за 1 кв. км для нової зйомки (термін поставки від 72 годин з моменту зйомки).
Новий продукт в лінійці регіональних ортомозаік
Беручи до уваги популярність лінійки продуктів ОРТОРЕГІОН і з огляду на вихід вітчизняних даних дистанційного зондування на комерційний ринок, компанія «Совзонд» планує подальше розширення лінійки регіональних ортомозаік. Новий продукт буде створений на основі даних з вітчизняних апаратів «Ресурс-П» №1, №2, №3. Модель поширення залишиться тією ж - у формі картометричних мозаїчного покриття з нарізкою по регіонах Росії в стандартних ГІС-форматах. За своїм точносних характеристиками новий продукт не буде поступатися продукту ОРТО25. Покриття може бути чорно-білим або кольоровим (RGB). Відмітна особливість нового продукту - більш висока в порівнянні з ОРТО25 просторову роздільну здатність не гірше 1 м (проти 2,5 м) і точність геопозиционирования на рівні 5-10 м в залежності від типу рельєфу місцевості.
Про точність вихідних матеріалів «Ресурс-П»
В якості вихідних даних використовуються стандартні продукти, отримані знімальною апаратурою «Геотон-Л1» і пройшли первинну обробку. До складу стандартної поставки входять панхроматичний і мультиспектральний знімки рівня обробки 1А в форматі GeoTIFF і коефіцієнти RPC-поліномів в форматі XML. Дозвіл на місцевості становить приблизно 0,7 м, радіометричне дозвіл - 10 біт, ширина смуги зйомки в надир - 38 км. Рівень обробки 1А передбачає, що для знімка виконана радіометричну і геометрична корекція без трансформування в картографічну проекцію [5]. Заявлена постачальником точність ортотрансформірованія знімків з використанням входить в постачання моделі у вигляді RPC-коефіцієнтів не гірше 50 м (СКП) [5]. Так як це значення не задовольняє цільовим характеристикам нового геоінформаційного продукту, дані про геопривязку знімків потребують уточнення. Підготовка польової опорної інформації в масштабах регіону / області і навіть міста вимагає великих фінансових вкладень і тимчасових витрат. Такий підхід тягне істотне подорожчання результуючих даних і не задовольняє цілям доступності кінцевого продукту широкого кола потенційних користувачів, тому виникає задача знайти відкрите джерело опорної інформації на всю територію Російської Федерації.
Дослідження Публічної кадастрової карти (ПКК)
В ході досліджень фахівці компанії «Совзонд» справили стандартну фотограмметричну обробку панхроматичних космічних знімків з КА «Ресурс-П» №1 рівня обробки 1А. В якості опорних точок використовувалися об'єкти публічної кадастрової карти, які можуть бути надійно розшифровані на космічному знімку, такі як опори ліній електропередач і межі земельних ділянок, які збігаються за формою на знімку і на кадастровій карті. Як інформація про рельєф місцевості використовувалася відкрита матриця висот Shuttle Radar Topography Mission Version 3.0 (SRTM) [7]. Планова точність вимірювання контрольних точок на ортотрансформірованних знімках (СКО) склала 3-5 м (Рисунок1).
Малюнок 1. - Високовольтні та низьковольтні ЛЕП на кадастровій карті та на ортофотопланів
Опис робіт зі створення продукту ОРТОРЕГІОН
В якості тестового ділянки для відпрацювання технології та якісної оцінки результуючого покриття виступила територія Воронезької області (кілька районів) загальною площею
10 000 кв. км, на яку АТ «Російські космічні системи» були надані космічні знімки.
Дана територія була покрита 7 панхроматичному і мультиспектрального сценами з КА «Ресурс-П» (4 знімка «Ресурс-П» №1, 2 знімка «Ресурс-П» №2, 1 знімок «Ресурс-П» №3) з кутами відхилення від надира від 6 до 17,5 градусів.
Малюнок 2. - Схема покриття Воронезької області даними з КА серії «Ресурс-П»
Етапи створення панхроматичного продукту «Орторегіон»:
Для створення максимально точної і якісної ортомозаікі з безлічі перекриваються космічних знімків потрібно їх блочне зрівнювання:
- Вимірювання сполучних точок для мінімізації розбіжності між перекриваються зображеннями.
- Вимірювання наземних опорних точок для уточнення вихідної моделі знімків
- Обчислення параметрів трансформування шляхом мінімізації і розподілу помилок по зображеннях і опорних точок.
Точність геопозиционирования блоку знімків за допомогою RPC-коефіцієнтів може бути поліпшена шляхом вимірювання опорних точок, що підтверджено численними дослідженнями [8]. Необхідна кількість опорних точок залежить від типу знімальної системи, розміру зображення, застосовуваного методу орієнтування знімка, геометрії зйомки, рельєфу місцевості.
На етапі зрівнювання блоку необхідно виявити і виключити грубі вимірювання (в тому числі об'єкти ПКК, що містять грубі помилки і, найголовніше, мають низьку точність взаємного розташування) і виконати оцінку якості моделі. Даний етап вимагає високої старанності, беручи до уваги той факт, що далеко не всі елементи кадастрової карти можуть бути використані як опорна інформація.
Ортотрансформірованіе і створення мозаїки.
Для ортотрансформірованія використовувалася загальнодоступна матриця висот SRTM.
Отримані ортотрансформірованние знімки пройшли процедуру колірного вирівнювання, тобто радіометричного узгодження суміжних зображень майбутньої мозаїки. Далі ортотрансформірованние знімки були об'єднані в єдину безшовну тонально збалансовану панхроматическую мозаїку (Малюнок 3).
Малюнок 3. - Результуюча панхроматичному ортомозаіка на територію Воронезької області.
Оцінка точності і якості
Геометрична точність перевірялася за відхиленнями планового положення контрольних точок на ортомозаіке і по розбіжностям контурів на лініях зшивання. В якості контрольних даних використовувалися загальнодоступні GPS-треки і об'єкти ПКК певного типу, які надійно розшифрувати на ортомозаіке (Малюнок 4). В результаті оцінки середнє відхилення планового положення контрольних точок склало 3 м, а максимальна - 5 м. Отримані значення відхилень в контрольних точках задовольняють вимогам, встановленим в інструкції [9], згідно з якою вони повинні бути не більше 5 м (0,5 мм в масштабі фотоплана 1:10 000).
Малюнок 4. - Контроль точності ортомозаікі, побудованих за даними штучного супутника Землі «Ресурс-П» (червоний - об'єкти ПКК, синій - GPS-треки).
Контроль суміщення контурів на порізах, який мав би перевищувати допуску 0,7 мм в масштабі фотоплана (7 м для М 1:10 000), зазначеного в п.4.9 інструкції [12], також підтвердив очікувану точність результуючої ортомозаікі (Малюнок 5).
Малюнок 5. - Лінія зшивання і якість тонального вирівнювання.
Виготовлення кольорового продукту «Орторегіон».
Очевидно, що кольорове зображення більш інформативно, ніж чорно-біле. Комбінуючи кольоровий знімок низької роздільної здатності з панхроматичному знімком з високою роздільною здатністю однієї і тієї ж території, тобто привласнюючи пикселам панхроматичного зображення колір, можна отримати нове комплексірованние зображення з високою роздільною здатністю. Процедура поліпшення просторового дозволу мультиспектральних знімків і підвищення візуальних якостей характеристик вихідних панхроматичних знімків називається паншарпенінг (від англ. «Panchromatic sharpening») або комплексування.
При виготовленні кольорового продукту «Орторегіон» мультиспектральні зображення рівня обробки 1A пройшли процедуру ортотрансформірованія з використанням опорних точок, знятих з відповідних їм ортотрансформірованних панхроматичних зображень. Цей етап необхідний для більш точного просторового поєднання панхроматичного і мультиспектрального знімків рівня обробки 1А.
Процедура паншарпеннінга для кольорових і мультиспектральних ортоізображеній була виконана з використанням модифікованого перетворення Бровея і спеціально підібраними коефіцієнтами для апаратури «Геотон» супутника «Ресурс-П». З огляду на спектральний діапазон панхроматичного каналу апаратури «Геотон» (0,62-0,79 мкм) для виконання комплексування обов'язкова наявність знімків в зеленій (0,54-0,59 мкм), червоною (0,62-0,68 мкм) областях видимого діапазону та ближньому інфрачервоному діапазоні (0,72-0,80 мкм). На малюнках 6 показані приклади панхроматичного зображення, мультиспектрального зображення і результат їх комплексування.
Малюнок 6. - мультиспектрального знімок КА «Ресурс-П», панхроматичний знімок КА «Ресурс-П», і результат їх комплексування.
Наявність 4 спектральних каналів дозволяє складати різні варіанти синтезу (Малюнок 7).
Малюнок 7. - Приклади різного синтезу знімка «Ресурс-П» після процедури паншарпеннінга (зліва направо: в природних кольорах, в «псевдо» природних кольорах).
Малюнок 8. - Результуюча кольорова ортомозаіка на територію Воронезької області.
Оцінка образотворчих якостей продукту ОРТОРЕГІОН за даними з російських КА «Ресурс-П» здійснювалася візуально. Проведені дослідження показали, що мозаїка сприймається єдиним зображенням однаковою тональністю, розбіжності по лініях зшивання суміжних знімків мінімізовані. За дешіфровочние властивостям новий продукт близький до продуктів, створеним на базі космічних знімків QuickBird і IKONOS компанії DigitalGlobe (США).
На підставі отриманих результатів можна анонсувати такі основні характеристики нового продукту лінійки ОРТОРЕГІОН на основі даних з КА «Ресурс-П»:
Даний продукт може бути використаний для оновлення топографічних карт масштабів 1:25 000 - 1:50 000, створення тематичних і навігаційних карт, створення WEB-додатків, для вирішення завдань навігації на основі космічних знімків.
Держоргани можуть отримати продукт ОРТОРЕГІОН на основі даних з КА «Ресурс-П», сплативши тільки вартість обробки даних.