эту статью (PDF, 1.28 МB)

ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ДАННЫХ СНИМКОВ SPOT 5
D.Lasselin, E.Breton, J.P.Sempere, J.Ph Cantou
IGN Espace – 6 Av. de l’Europe – 31527 RAMONVILLE – France
CNES / Space Imagery Quality Department – 18 Av. Edouard Belin – 31055 TOULOUSE - France
КРАТКИЙ ОБЗОР:
Цель данного тематического исследования – определить потенциал снимков SPOT 5,
полученных разными способами, при дешифрировании планиметрических объектов.
Было выполнено два вида анализа. В ходе первого анализа рассматривалось обновление
существующих карт или географических баз данных развитых стран, таких как BDTopo®
и BDOrtho® (продукция IGN (Национальный институт географии, Франция)). В ходе
второго – обновление или составление картографических основ или географических баз
данных развивающихся стран. Для обширных и малонаселенных территорий наиболее
подходящими картами являются топографические карты масштаба 1:50 000.
Было выбрано два тестовых участка: первый – город Памьер, расположенный на югозападе Франции, второй – Уагадугу, столица Буркина-Фасо (Африка). В результате
второго исследования была также составлена карта всего города в масштабе 1:20 000.
Был проведен анализ соответствия снимков SPOT требованиям картографии, в том, что
касается масштаба и типа ландшафта: городского, пригородного или сельского. Конечно,
наиболее полезными при картографировании являются цветные снимки с разрешением 2.5
м, однако и черно-белые снимки с разрешением 2.5 м могут использоваться при
составлении некоторых типов карт, в частности малонаселенных территорий.
Более того, дешифрирование городских территорий по стерео парам с разрешением 2.5 м
дает дополнительную информацию.
Снимки SPOT 5 великолепно подходят для картографирования и позволяют создавать
геоинформационный продукт, который по своему содержанию и геометрической точности
соответствует стандартам топографических карт масштаба 1:25 000. По сравнению со
спутниковыми снимками, предназначенными для топографического картографирования,
SPOT 5 поставляет снимки, покрывающие сотни тысяч квадратных километров, в
короткие сроки и по умеренной цене.
1. ЦЕЛЬ
Цель данного исследования – оценить потенциал снимков SPOT 5, полученных в
результате различных комбинаций, при выделении планиметрических объектов для
реализации следующих задач:
- обновление существующих карт или баз данных развитых стран, таких как BD Topo®
(топографическая база данных)
и BD Ortho® (база данных ортоснимков с
разрешением 0.5 м), представленных продукцией IGN France.
- обновление и/или составление картографических основ или картографических баз
данных развивающихся стран, соответствующих топографическим картам масштаба
1:50 000.
2. ТЕСТОВЫЕ УЧАСТКИ И ДАННЫЕ
2.1. Данные
2.1.1. Данные Памьер
Комбинация снимков THX THR HMX HM
HI
HRS
Количество
2
2
2
4
2
2
Дата
17,22 17,22 17,22 11,16,17.22
17,22 17
06/02
Угол °
1° 7° 1° 7° 1° 7° 1° 7° 23° 28° 1° 7° ± 20 o
Таблица 1 – Дешифрованные снимки Памьер
THX – Комбинация двух 5-метровых панхроматических снимков и одного 10-метрового
мультиспектрального = 2.5 м мультиспектральный.
THR – Комбинация двух 5-метровых панхроматических снимков = 2.5 м
панхроматический.
HMX – Комбинация одного 5-метрового панхроматического снимка и 10-метрового
мультиспектрального = 5 м мультиспектральный.
HM = 5 м панхроматический
HI =10 м мультиспектральный
HRS = 5х10 м панхроматический
Памьер – небольшой городок на юго-западе Франции. Изучаемая территория составляет
170 км2 (рисунок 1). Несколько снимков SPOT 5 на эту территорию были получены в
июне 2002 года, их данные представлены в таблице 1. Картографическая продукция IGN
доступна в векторном и растровом форматах: BD Topo® и BD Ortho®.
Рисунок 1: Территория Памьер.
2.1.2. Данные Уагадугу
Снимки, покрывающие территорию в 300 км2 г. Уагадугу, были получены 9 июля 2002
года. Для исследования были представлены панхроматические снимки SPOT 5 с
разрешением 2.5м и мультиспектральные снимки с разрешением 10м. В результате
обработки был получен комбинированный снимок ТНХ, который стал основой для
дальнейшей обработки.
Рисунок 2. Территория Уагадугу
2.2. Предварительная обработка снимков
Независимо от территории и типа снимка процесс предварительной обработки всех
изображений включал следующее:
- геометрическую и орто коррекцию с использованием DTM.
- улучшение качества изображения: общее растягивание и фильтрация.
Дополнительная обработка данных включает:
- усиление четкости изображения путем соединения панхроматического и
мультиспектрального изображений (HM+HX или THR+HX)
- изменение псевдо-натуральных цветов комбинированных снимков с разрешением 2.5
м.
3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СНИМКОВ ПАМЬЕР
3.1 Методология
Следующие линейные объекты были дешифрованы, сгруппированы по слоям и измерены
по длине:
- Основные автомобильные дороги: автострады и дороги национального значения.
- Второстепенная дорожная сеть.
- Грунтовые, полевые, лесные дороги, тропы.
- Железные дороги.
- Главные реки: ширина > 7м и гидрографические сооружения.
- Второстепенные реки.
Рассматривались также и другие объекты дешифрирования: станции, колокольни,
стадионы, кладбища, поля для гольфа, большие или отдельно стоящие здания ориентиры, резервуары, водонапорные башни…
Они не повлияли на количественные результаты исследований.
Со снимками работали два специалиста-дешифровщика. Они использовали одинаковое
программное обеспечение для обработки изображений и проводили моноскопическую
визуализацию. Изображения дешифрировались в следующем порядке:
- снимки HRS: предварительно передискретизированные, разрешение 5 м.
- снимки НХ: разрешение 10 м, мультиспектральные (З, К, ИК).
- снимки НМ: панхроматический снимок с разрешением 5 м.
- НМХ: комбинированный снимок с разрешением 5 м.
- снимки THR: панхроматический снимок с разрешением 2.5 м.
- ТНХ: комбинированный снимок с разрешением 2.5 м.
Продукт BD Ortho® представляет собой ортотрансформированный аэрофотоснимок с
разрешением 0.5 м. Аэрофотоснимки дешифрировались аналогично.
Каждый дешифровщик анализировал различные снимки тестового участка, при
необходимости сравнивая разновременные снимки одного типа.
3.2. Результаты
Суммарная длина объектов базы данных на изучаемую территорию для каждого слоя
составляет:
Объект
Оновная дорожная сеть
Второстепенные дороги
Главные реки
Второстепенные реки
Железные дороги
Грунтовые, полевые, лесные дороги, тропы
Длина
24.5 км
343.0 км
22.1 км
345.7 км
11.7 км
299.6 км
Таблица 2: Общая длина дешифрированных объектов.
Количественное сравнение выделенных линейных объектов с контрольными данными
топографической базы данных IGN BD Topo® было проведено после усреднения
результатов, полученных двумя дешифровщиками.
Полученные статистические данные, характеризующие качество выполненных работ и
соответственно возможности снимков SPOT 5, представлены ниже. В целях
удобочитаемости необходимо знать, что:
- ось Y оптимизирована для каждого графика.
- данные, чей показатель близок к 0, не представлены.
Для каждого дешифрируемого слоя определены следующие критерии качества (всего =
100%):
- опознанные объекты: отношение количества правильно отдешифрированных объектов
к количеству дешифрированных объектов в слое (рисунок 3).
Рисунок 3: Опознанные объекты.
-
неопознанные объекты: объекты, отсутствующие
информации о которых нет в базе данных (рисунок 4).
в
базе
данных.
Объекты,
Рисунок 4: Неопознанные объекты.
- трудно опознаваемые объекты (объекты отнесены к другому слою): объекты,
неправильно интерпретированные, отнесенные к другому тематическому слою (рисунок
5).
Рисунок 5: Трудно опознаваемые объекты.
Критерии качества по контрольным данным для каждого слоя определены следующим
образом (всего = 100%):
- опознанные
объекты:
отношение
количества
объектов,
правильно
отдешифрированных в соответствующем слое, к количеству объектов этого же слоя в
базе; показывает полноту дешифровки (рисунок 6).
Рисунок 6: Опознанные объекты.
-
Пропущенные объекты: ошибки вследствие пропуска, забытые объекты (рисунок 7).
Рисунок 7: Пропущенные объекты.
- неправильно интерпретированные объекты: относятся к другому слою (рисунок 8).
Рисунок 8: Неправильно интерпретированные объекты.
Статистика по каждому слою показывает следующие результаты:
- По снимкам SPOT возможна правильная интерпретация основной дорожной и
гидрографической сети, а также железных дорог;
- При картографировании городов для дешифрирования дорожной и речной сетей
необходимо использовать снимки с разрешением 2.5 м;
- Цветные снимки необходимы для оптимальной дешифровки застроенных территорий,
главным образом, из-за особенностей тестовых участков, где красные крыши домов без
проблем опознаются на цветных снимках;
- Комбинированный снимок с разрешением 5 м: есть пропуски объектов, но отдельно
стоящие дома позиционированы правильно;
- Черно-белый снимок с разрешением 2.5 м: мало пропущенных объектов, но некоторые
хорошо дешифрируемые строения смещены;
- Цветные снимки пригодны для распознавания гидрографических объектов и особенно
зеркала воды (рисунок 9).
- Независимо от комбинации снимков второстепенные гидрографические объекты, и
дороги низших классов трудно различимы. Имеются пропуски объектов, неправильная
интерпретация. Но по наблюдениям подобные объекты трудно различимы и на
ортофотоснимках с разрешением 0.5 м.
В ходе исследования было установлено, что угол обзора не имеет большого значения с
точки зрения последующего дешифрирования снимков.
Рисунок 9: Дешифровка гидрографических объектов на цветном снимке.
4. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СНИМКОВ УАГАДУГУ
Рисунок 10: Карта Уагадугу на базе космических панхроматических снимков.
В случае с Уагадугу анализ снимков проводился на базе цветных снимков с разрешением
10, 5 и 2.5м, а также панхроматических снимков с разрешением 5 и 2.5м.
На ортоснимке с разрешением 2.5 м были отдешифрированы все дорожные сети и
гидрографические объекты, при этом в качестве основы использовались старые
топографические карты масштаба 1:50 000. Совместно с Департаментом картографии
Буркина Фасо (IGB), предоставившим достоверные наземные и топонимические данные,
на основе снимков была составлена карта всего города в масштабе 1:20 000. Карта была
создана в 3 версиях, каждая составлена на базе различных снимков: панхроматические
снимки с разрешением 2.5м (рисунок 10), псевдоцветной снимок с разрешением 2.5 м
(рисунок 11), снимок в псевдо-натуральных цветах с разрешением 2.5 м.
Основные результаты качественного анализа таковы:
Снимки с разрешением 2.5 м необходимы при картографировании городских территорий
для:
- распознавания жилищных застроек, особенно в пригородах.
- качественной дешифровки второстепенных дорожных и речных сетей.
Цветные снимки необходимы для:
- распознавания дорог с покрытием и без покрытия, а также троп
- дешифровки гидрографических объектов и растительности.
Рисунок 11: Часть карты Уагадугу на базе псевдоцветных снимков.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Конечно, цветные снимки с разрешением 2.5 м обладают наибольшим картографическим
потенциалом, однако черно-белые снимки с разрешением 2.5 м и цветные 5-метровые
снимки могут успешно использоваться при создании некоторых типов карт и
картографических баз данных, в частности малонаселенных территорий.
Более того, стереоскопическое дешифрирование стерео пар с разрешением 2.5 м,
отображающих городские территории, расширяет возможности моноскопического
дешифрирования, давая дополнительную информацию.
Снимки SPOT 5 великолепно подходят для картографирования и позволяют создавать
геоинформационный продукт, который по своему содержанию и геометрической точности
соответствует стандартам топографических карт масштаба 1:25 000.
6. Литература
IGN Spec for BDTopo® and BDOrtho®. http://www.ign.fr – IGN-продукты: BDTopo® и
BDOrtho®.
SPOT products resolutions and spectral modes.
http://www.spotimage.com/spot5/ensavoirplus/eng/plus_fr – Разрешения снимков SPOT и
спектральные режимы.
Fratter C, The SPOT 5 Mission in 52nd International Astronautical Congress – Toulouse France,
IAF-01-B.2.01. – Миссия SPOT 5 - 52-й Международный космический конгресс.
Bouillon A, Breton E, De Lussy F., Gachet R. SPOT 5 Geometric image quality. Proceedings of
IGARSS 2003 Symposium, Toulouse France, July 21-25, 2003. - Геометрическое качество
снимков SPOT 5. Симпозиум IGARSS 2003, Тулуза, Франция, июль 21-25, 2003.
Breton E. Pre-flight and In-flight Calibration of SPOT5 HRG and HRS Cameras. Proceedings of
ISPRS Commission I Mid-Term Symposium, Denver, CO, November 10-15, 2002. – Калибровка
камер HRG и HRS спутника SPOT 5 до и во время полета. Внеочередной симпозиум по
делам I Комиссии ISPRS, Денвер, Колорадо, ноябрь 10-15, 2002.