Технический анализ статьи ГИС центра "Градостроитель"(мои комментарии в тексте статьи выделены синим)О точности привязки и дешифрирования космических снимков высокого разрешения.http://gis-center.com/article/aero_space.html С появлением на рынке доступных материалов космической съемки высокого разрешения на повестку дня встал вопрос о применении этих снимков для производства картографических материалов крупных масштабов. Действительно, если основная масса аэрофотосъемки до 2000 года производилась (для масштаба 1:2000) на фотоматериалах с разрешающей способностью 15 линий на миллиметр и при масштабе залета 1:4000, нетрудно посчитать, что даже самое тщательное сканирование этих материалов и перевод их в цифровой вид для последующего дешифрирования дает разрешение 27 сантиметров на пиксел.
Возможно для авторов статьи это будет открытием, но термин “число линий на миллиметр” на самом деле означает количество пар линий на миллиметр. Поэтому 15 линий на миллиметр, при масштабе залета 1:4000 обеспечат разрешение на местности 13 см. Далее, совершенно непонятно, откуда авторы вообще взяли эти самые 15 линий на миллиметр. Ведь пленочные камеры давно достигли разрешающей способности более 100 линий на миллиметр. Для примера, реальный калибровочный сертификат за 1993 год в котором указаны 107 LP/MM. Кстати английский термин так и звучит - Line Pairs per Millimeter. Даже если авторы имели в виду старые советские камеры, то и у них разрешающая способность была никак не ниже 40 пар линий на миллиметр. Не говоря о том, что их уже давно никто не использует. С одной стороны, это более чем в 2 раза лучше данных от спутника Quick Bird, имеющего разрешение 61 сантиметр на пиксел, что дает возможность сторонникам аэрофотосъемки утверждать, что традиционные методы имеют явное преимущество перед использованием космической съемки.
На самом деле, отсканировав снимок пленочной камеры с типовым разрешением 16 микрон, мы получим для масштаба 1:4000 разрешение на местности 6.4 см. Для цифровых камер этот показатель будет еще выше – 3-4 см. Что касается спутника QuickBird, то его максимальное физическое разрешение в цвете составляет 2.44 м, а разрешение в 61 сантиметр обеспечивает только черно-белый канал спутника.Однако попробуем разобраться с истинной точностью пространственной привязки данных аэрофотосъемки и спутникового снимка. Аэрофотосъемка для крупных масштабов производится длиннофокусными объективами с высоты примерно в 1 км. При такой высоте отклонение оси объектива от надира всего в 1 градус дает смещение центра кадра почти 18 метров. В развитых странах для стабилизации оси объектива применяют гироплатформы, стоимость которых с оставляет миллионы долларов.
Гироплатформы для стабилизации аеросъемочных камер уже лет пятьдесят не применяются. Им на смену давно пришли сервоплатформы, и никакие миллионы для их покупки не требуются. Например, Leica PAV30 стоит около 90 тыс. евро. Платформы других производителей еще дешевле. И используются такие платформы совершенно не для того, чтобы повысить точность аэросъемки, на которую они никак не влияют. Их основное назначение минимизировать углы наклона камеры и устранять угол сноса, чтобы обеспечить более равномерное покрытие снимаемой территории снимками с меньшими затратами.В условиях же Украины судьба точности съемки находится целиком в руках пилота, а следовательно никак не контролируется, ибо никакое мастерство не позволяет вести легкий самолет в реальных атмосферных условиях с соблюдением параметров курса по крену и тангажу менее 3 градусов. Поэтому в результатте аэрофотосъемки получается набор кадров с разбросом центральных точек от линии курса до 50-70 м и с совершенно непредсказуемым и неучтенным азимутом и углом отклоненния от надира.
Судьба точности съемки никак не зависит ни от летчика ни от платформы. Она определяется исключительно точностью определения элементов внешнего ориентирования снимка. Для этого обычно применяют аналитическую фототриангуляцию, выполнив по цифровым снимкам измерения связующих точек и набрав при помощи GPS в поле 40-50 опорных точек на блок. Рассчитанные в результате триангуляции элементы ориентирования обеспечат для масштаба залета 1:4000 точность определения координат в пределах 10 см. При последующей обработке, конечно же, кадры подвергаются трансформации, которая частично устраняет указанные ошибки, однако, как говорят американцы garbige in -garbige out -мусор на входе ничего кроме мусора на выходе дать не может.
Похоже, авторы имеют весьма отдаленное представление о процессе фотограмметрической обработки. Никакое трансформирование снимков для устранения указанных ошибок не требуется. Все что нужно для обеспечения точных измерений по аэроснимку это точное знание шести элементов его внешнего ориентирования (трех координат центра проектирования и трех углов наклона/разворота). Причем абсолютные значения углов никакой роли не играют. Измерения по снимку имеющему угол наклона 10 градусов, будут также точны как и по снимку имеющему угол наклона 0.5 градуса. Важно лишь максимально точное знание этих углов с чем прекрасно справляется фототриангуляция. Тем более что координаты центров проекций, сейчас повсеместно определяют при помощи GPS в момент съемки, что еще больше повышает точность триангуляции.Очень хорошим подтверждением сказанному является факт, отмечаемый специалистами из разных городов, имеющими опыт одновременной обработки растровых картматериалов масштабов 1:2000 и 1:500. Очень часто при совмещении этих материалов обнаруживаются отклонения до 20 м. в местоположении одних и тех же объектов. Высказывались разные предположения - и неверно выполненная сеть сгущения, и просто некачественная работа геодезистов.
Такие предположения недалеки от истиныА причина, на наш взгляд, в одном - традиционная аэрофотосъемка крупных масштабов просто по умолчанию не может быть привязана точнее 20 м по всей мозаике кадров.
Если ранее авторы демонстрировали лишь некомпетентность то это их утверждение уже вообще переходит границы разумного. Реальная точность измерений по аэроснимкам, выполненная по независимым контрольным точкам, в зависимости от масштаба съемки лежит в пределах от 0.1 до 0.5 м. Поэтому в картматериалы масштаба 1:2000 изначально заложена такая точность. А картматериалы масштаба 1:500, которые, как правило, создаются методами инструментальной съемки, уже реально отображают ситуацию на местности. Отсюда и такие расхождения.
На старых пятисотках тоже хватает ошибок в несколько метров. Виной тому архаичная технология связанная с ручной рисовкой, перерисовкой, размножением и т.д. и т.п. по которой они создавались. Теперь посмотрим, какую точность можно извлечь из мультиспектрального космического снимка высокого разрешения. Во первых, так называемая разрешающая способность, в нашем случае 61 см на пиксел, еще не есть предельной точностью привязки снимка и его дешифрирования. Методы субпиксельного дешифрирования разработаны уже 20 лет назад и широко применяются в медицинской и материаловедческой рентгенографии и ультразвуковой диагностике.
Не вдаваясь в подробности теории, которая доказывает, что цифровое изображение может быть дешифрировано до 1\10 пиксела, отошлем сомневающегося читателя к специальной литературе (в конце статьи). Обратная задача - субпиксельная печать - реализована практически во всех современных принтерах. Интересующиеся могут найти информацию в Интернете.
http://grc.com/ctontheweb.htm В области же цифровой картографии и дистанционного зондирования Земли успешно применяется коммерческий программный продукт, с характерным названием Subpixel Analist, распространяемый фирмой Erdas (теперь Leiсa). Этот продукт позволяет достоверно распознавать информацию до 0.2 пиксела, а с использованием дешифрирования по косвенным признакам - и выше.
http://gis.leica-geosystems.com/Product ... sifier.asphttp://www.discover-aai.com/software/pr ... anEval.htm Следовательно, реально возможная точность привязки и дешифрирования мультиспектрального снимка, полученного со спутника Quick Bird составляет не хуже 10 см.
По материалам международного общества фотограмметрии и ДЗЗ получаются более скромные значения 0.3-0.4 м. Такая точность была многократно подтверждена серьезными фотограмметрическими организациями в разных странах. Причем она достигалась только на специальных полигонах при измерении маркированных точек. В реальных производственных проектах, при измерении обычных объектов, вследствие ошибок опознавания точность обычно лежит пределах 1-2 м.
Что и было доказано на практике при производстве работ по созданию карты г.Каменка Днепровская, Запорожской обл. В частности, при трансформировании снимка средствами Erdas, максимальная ошибка на более чем 120 точках составила 6 см. Сами же контрольные точки, снятые GPS Trimble 4600, при уравнивании их в качестве сети сгущения, имели максимальную ошибку уравнивания 1.4 см. Конечно, для получения такой точности необходимо знать, что и как измерять в качестве контрольных точек и как их уравнивать. А также что такое дешифрирование космического снимка по прямым и косвенным признакам. И уметь программировать в ArcGIS 8.3, библиотека которой для работы с растром дает возможность реализовать алгоритмы субпиксельного анализа, модифицированные нами для задач градостроительного дешифрирования. Этому на Украине пока не учат. Да и мы не намерены делиться своим опытом бесплатно. Хотя следующий абзац поможет умному и вдумчивому читателю в практической деятельности по дешифрированию снимков и может быть расценен, как небольшое приоткрытие нашего know how.
Если отклонения в 6 см были получены на независимых контрольных точках, которые не участвовали в обработке, а использовались исключительно для контроля, то это действительно прорыв. Но отсутствие подтверждений о подобных результатах из других источников вызывает сомнения. Также как и фраза про “уравнивание контрольных точек”. Контрольные точки на то и контрольные, что ни в каком уравнивании участвовать не должны. Их просто измеряют по снимкам, а затем сравнивают с координатами GPS-измерений. А то, что изощренная математика может обеспечить ошибку на опорных точках даже равную нулю это ни для кого не новость. Только проверка на независимых контрольных точках дает реальную картину точности залета. Есть еще один фактор, который обуславливает неоспоримое преимущество применения космической информации перед аэрофотосъемкой.
Еше один? А что были предыдущие? Если имеется в виду описанное выше использование субпиксельного анализа, то оно никак не может считаться преимуществом космической информации. Ведь все эти методы с не меньшим успехом применяются и для обработки аэросъемки. Например низковольтные провода толщиной 1-2 см прекрасно дешифрируются по аэросъемке имеющей разрешение 8-10 см.
Грамотное использование метаданных спутникового снимка позволяет обойтись без стереофотограмметрии при его дешифрировании. Точное знание эфемерид спутника и Солнца на момент съемки, а также азимута и отклонения от надира съемочной оси сенсора позволяет определить этажность зданий и высоту прочих объектов (вплоть до столбов ЛЭП и деревьев), а также математически точно вычислить смещение крыш зданий относительно их фундаментов. Элементарная тригонометрия из школьного курса…
Тут авторы правы. Вычисление по спутниковым снимкам высоты здания с точностью трех метров, которое необходимо для определения этажности, это действительно не проблема.Данные же по рельефу местности, позволяющие получить горизонтали с точностью 1 м. в настоящее время доступны в сети Интернет.
Рельефа метрового сечения на территорию Украины нет не только в Интернет, но его нет вообще нигде кроме как на оцифровках старых двухтысчек и пятисоток, о точности которых уже говорилось. Рельеф с десятиметровым сечением это максимум что можно найти, а метровый разве что создать по так нелюбимой авторами аэрофотосъемкеО сравнении стоимости получения данных аэрофотосъемки и космической информации, а также скорости их обработки в настоящее время тоже нет единого мнения. Реально космический снимок стоит в 5 раз дешевле и может быть обработан в 3 раза быстрее данных аэрофотосъемки (имеется в виду получение картматериалов М1:2000).
Интересно каким это образом космический снимок для создания 1:2000 может быть обработан быстрее аэросъемки если больше половины объектов которые должны быть нанесены на карту придется измерять в поле, по той простой причине, что они просто физически не видны? По аэросъемке оператор намеряет за день больше люков и столбов чем бригада геодезистов за месяц. Авторы похоже имеют в виду какую-то особенную разновидность двухтысячки на которой нет ни люков ни ограждений ни низковольтных столбов со стрелками направлений.
А по поводу стоимости могу сказать что цифровая аэрофотосъемка с разрешением 23 см стоит примерно столько-же сколько и спутниковая с разрешением 60 cм - около $40 при несравнимо лучшем качестве.
Правда, в настоящее время компании, работающие в отживающих технологиях пытаются демпинговать, снижая цены ниже уровня рентабельности. Однако это не может не сказываться на и без того (как было доказано выше) невысоком качестве и точности карт.
Кроме как АФТАР ЖЖОТ даже не знаю что и сказать. Так и представляю себе эту картину: владельцы аэросъемочных компаний, работая ниже уровня рентабельности, продают последнее и регулярно приносят из дому деньги для покрытия собственных убытков
Эдакие фанаты неба, готовые на все, только бы им дали полетать А неквалифицированные выступления по поводу низкой точности космической съемки напоминают ропот гильдии извозчиков на заре развития автомобилестроения.
Таким образом, учитывая чрезвычайно низкий уровень картографической изученности Украины, делающий практически невозможным проведение честной земельной реформы, особенно в малых городах и селах, единственным выходом из создавшейся ситуации видится коренное изменение технологии изготовления крупномасштабных кадастровых карт. Эта технология должна быть основана на использовании космических снимков высогого разрешения и приборов спутниковой привязки геодезического класса точности.
Базарнова Н.В.
Куценко Т.А.
Лелюх С.А.
Чернов В.В
ГИС центр "Градостроитель"
Запорожье, 2004 год.
Интересно, сколько листов масштаба 1:2000 было изготовлено авторами по космическим снимкам и сдано за время, прошедшее с момента написания статьи, и где можно ознакомиться с примерами?