2423

Космическая информация на сегодняшний день становится всё более разнообразной и точной. Возможность её получения, обработки и обновления становится всё более лёгкой и доступной.

Элементы ориентирования сканера получают из совместного уравнивания орбитальных, наземных и данных навигационной системы. Преимущество снимков, полученных сканерами, перед фотоснимками заключаются в том, что изображения получаются непосредственно в цифровой форме, исключая процессы фотохимической обработки и сканирования. Сдерживает их применение более низкая разрешающая способность, сложный характер геометрических искажений изображений и большое количество информации, которую трудно хранить и передавать. Хотя в отношении первого недостатка следует отметить, что элемент разрешения при фотосъёмке из космоса в настоящее время достиг 0,4 м.

Десятки космических съёмочных систем передают космические снимки высокого разрешения (от 5 м до 0,4 м) на любую территорию Земли. В России и за рубежом созданы и функционируют банки и архивы данных цифровых снимков всего земного шара. Особенно важна доступность для потребителя этих материалов. Причём за рубежом можно получить снимки без всяких ограничений. По системе Интернет можно осуществить оперативный поиск, сделать заказ и получить необходимую информацию, а также заказать проведение съёмок любой территории и получение корректированных снимков в цифровой форме.

6 сентября 2008 г в США с авиабазы Ванденберг, Калифорния выведен на орбиту спутник GeoEye-1 (рис. 1.18). Спутник получает данные ДЗЗ с разрешением 0,41 м в панхроматическом режиме и 1,64 м в мультиспектральном (см. рис.1.19). Геопозиционирование с проектной точностью 3 м и выше без опорных точек. У GeoEye-1 лучшие характеристики для спутников сверхвысокого разрешения: Съемка до 700 000 кв км/день в панхроматическом режиме и до 350 000 кв км/день в многоспектральном режиме.

Спутник GeoEye-1 находится на солнечно-синхронной орбите и облетает Землю 15 раз в сутки. Высота орбиты спутника 681 километр, орбитальная скорость приблизительно 7,5 км/сек. В северном полушарии съемка производится около 10:30 по местному времени. Спутник имеет возможность быстрого репозиционирования на орбите для съемки в разных направлениях на одном витке. Также на одном витке спутник способен получать как моно, так и стереоизображения.

60

Специалисты компании Ракурс выполнили обработку тестовой стереопары снимков GeoEye-1 в системе PHOTOMOD. Стереопара снимков района г. Хобарт (о. Тасмания, Австралия) обрабатывалась с использованием наземной опоры и без неё. При ориентировании стереопары только по орбитальным данным максимальная ошибка планового положения на контрольных точках составила 3,3 м, что соответствует точности масштаба 1:5000. Использование всего лишь одной опорной точки позволяет практически исключить систематические ошибки и получить точность планового положения на уровне разрешающей способности снимка.

Спутник GeoEye-2 планируется ввести в эксплуатацию в 2013 году. Предполагается, что он будет обладать наилучшими показателями по пространственному разрешению (0,25 м/пиксель) среди аппаратов коммерческого назначения, и будет снабжать ДДЗ структуры различного назначения США, а также мировой рынок в этом случае снимки будут загрубляться до полуметра. Помимо высокого разрешения, аппарат будет отличаться повышенной производительностью.

На сегодняшний день 25 см, возможно, не является предельным технологически достижимым разрешением для оптико-электронной аппаратуры спутниковой съемки. По периодически появляющимся в печати неофициальным и неподтвержденным данным, секретные американские спутники видовой разведки серий «Кейхол» (KeyHole) обеспечивают съемку с разрешением до 10 см и лучше.

Спутник QuickBird (см. рис.1.20) предоставляет изображение на любой район Земли с разрешением 61 см на Земле в панхроматическом варианте.

Варианты продукции QuickBird: черно-белая (панхроматическая) продукция приведена на рис. 1.21. Каждый из уровней про-

61

дукции снимков QuickBird доступен в различных вариантах. Эти варианты используют различные комбинации спектральных диапазонов и имеют отличия в разрешении пикселя окончательного продукта. Сенсор спутника QuickBird получает пять спектральных диапазонов, их использование отображено ниже.

Связи между спектральными диапазонами и вариантами продукции.

Вариант продукции Черно-белой: (450-900 нм)

Вариант продукцииМультиспектральнойвследующих зонах спектра:

синий (450-520 нм); зеленый (520-600 нм);

красный (630-690 нм); ближний инфракрасный (760-900 нм). СуммарныйкомплектЧёрно-белойиМультиспектральной продукции.

Вариантпродукциицветнойнатуральный(трипервыхдиапазона). Вариантпродукциицветнойинфракрасный(три диапазона последних).

ПродукцияPan-Sharpened(четыремультиспектральных диапазона). Цветной натуральный и инфракрасный варианты продукции комбинируют визуальную информацию трех мультиспектральных диапазонов с пространственной информацией с пространственной информацией черно-белого диапазона, используя Алгоритм Principal

Components.

Черно-белая (панхроматическая) продукция дает возможность лучшего визуального анализа, основанного на 61 сантиметровом разрешении (в надире) и 11-ти битной глубиной собранной информации. Панхроматический сенсор получает информацию в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне волн иимеет диапазон частот 450-900 нм.

Выходное разрешение пикселя на местности черно-белой продукции варьируется от уровня продукции. Базовое изображение поставляется c разрешением, с которым эти данные были собраны (от 61см в надире до 72 см при 25 градусном отклонении от надира).

Мультиспектральная продукция предоставляет четыре дискретных не перекрывающихся диапазона с глубиной собранной информации 11 бит. Мультиспектральная продукция охватывает видимые и ближние инфракрасные волны в четырёх диапазонах. Базовое изображение поставляется c тем разрешением, с которым данные были собраны (от 2.44 до 2.88 м).

62

Доступность спутниковых данных высокого разрешения позволяет использовать картографические продукты, созданные на их основе, как надежную альтернативу ортотрансформированных фотоснимков, полученных путем традиционной обработки аэрофотоснимков. Данные, получаемые со спутников GeoEye-1, QuickBird, Ikonos и Orbview-3, доступны на рынке. Потенциально снимки этих спутников могут покрыть практически любую точку на Земле с разрешением от 1 до 0,4 метров в панхроматическом и от 4 до 2,44 метров в мультиспектральном режимах. Такие значения геометрического разрешения вместе с надлежащей геометрической обработкой позволяют производить продукты, которые можно сравнивать с традиционными картографическими продуктами, даже в масштабе 1:2 000.

В прил. № 3, № 4 соответственно содержатся пошаговые инструкции по проведению ортотрансформирования изображений со спутников OrbView – 3, IKONOS:

Ортотрансформирование данных со спутника OrbView-3 в программной среде PCI Geomatica (прил. 3);

Как провести ортотрансформирование изображений IKONOS Ortho-Kit в программном комплексе ENVI (прил. 4).

Области применения спутниковых данных следующие:

– Обновление топографических и городских карт (анализ и мониторинг до масштаба 1:5000; обновление до масштаба 1:2000).

Возможный масштаб обновления для ДЗЗ с различных спутников:

63

–Системное планирование (проектирование и мониторинг линий электропередач (ЛЭП) рис. 1.22, линий магистральной связи, нефте- и газопроводов, транспортных магистралей, рис. 1.23).

–Городское планирование.

–Обновление карт для кадастра, рис. 1.24 и 1.25.

–Обнаружение строительства в природоохранных зонах, нецелевое использование земель.

–Мониторинг дорожной сети.

–Экологический мониторинг и оценка, управление экологическими рисками (рис.1.26).

64

Рис. 1.26. Экологический мониторинг

Сельскоехозяйство. Сельскохозяйственные приложения

Рис. 1.27. Сельскохозяйственный мониторинг

65

Рис. 1. 28. Площадь кадра различных спутников

–Оценка лесных фондов и управление ими.

–Решение других задач.

Космические снимки высокого разрешения имеют практическое

применений в большом количестве коммерческих направлений, таких

как картографирование, землепользование, кадастр, сельское и лесное хозяйство, изменение окружающей среды, мониторинг стихийных бедствий.

–Сельское хозяйство.

Анализ мультиспектрального и панхроматического изображения

позволяет проводить картографирование сельскохозяйственных угодий, дает точную информацию о состоянии растений и заражении их паразитами. Анализ растительности, показатели урожайности и создание карт сельскохозяйственных районов, а также специальные сельскохозяйственные приложения (рис. 1.27). Широко распространено применение космических снимков в лесном хозяйстве для определения видов деревьев, вековых изменений и лесногокартографирования.

Фотокарты, созданные из трансформированных снимков, векторных данных и трехмерных моделей рельефа, используются в проектах по планированию и управлению муниципальными мощностями (электричество, газ, вода), планированию и управлению транспортными сетями (автодороги, железные дороги и мосты), налогообложением.

66

Космические снимки предоставляют оперативную и детальную информацию, на территорию всей поверхности Земли, что обеспечивает: мониторинг окружающей среды, мониторинг качества воды, оценку изменений окружающей среды, оценку ущерба от стихийных бедствий, катастроф, планирование и осуществление восстановительных действий.

Основными преимуществами спутников QuckBird и GeoEye-1 являются широкая полоса охвата (размеры сцены 16,5х16,5 км и 15х15 км соответственно) и высокая метрическая точность. Спутники совершают 15 витков вокруг Земли за сутки и способены получать данные с производительностью более 100 млн кв км за год.

Ширина полосы захвата изображений QUICKBIRD, снятых под углом в диапазоне 0 –15 , приблизительно равна 16,5 –18 км. Поэтому площадь территории каждого кадра составляет от 270 до более чем

300 кв км (рис. 1.28).

Компания «Совзонд» официальный дистрибьютор компаний, которые являются мировыми лидерами в области поставки данных дистанционного зондирования. Это следующие компании:

Space Imaging, DigitalGlobe, OrbImage, SpotImage, ImageSat International, которые предлагают российским заказчикам цифровые данные дистанционного зондирования, полученные со спутников

GEOEYE-1, IKONOS, QUICKBIRD, ORBVIEW, SPOT, EROS, IRS, Resourcesat, RADARSAT, ERS, ASTER и др. ЗАО «Совзонд» также является бизнес-партнером Геологической Службы США по распространению данных, полученных со спутника Landsat-7.

Наиболее оптимальным периодом для выполнения новой космической съемки с точки зрения условий освещенности, отсутствия снежного покрова и растительности, чистоты атмосферы и безоблачности для большинства районов Российской Федерации является период с 1 мая по 15 июня.

Заказы новой съемки или архивных данных могут осуществляться по Интернету.

Контрольные вопросы

1.Какие взаимосвязанные процессы объединяет термин «Аэрофотосъёмка» в традиционном варианте?

2.В чём отличие и преимущества цифровой аэрофотосъёмки от аналоговой?

3.Назовите необходимые технологические условия для выполнения цифровой съёмки с использованием ПЗС-линейки.

67

4.Чем технологически отличается цифровая фотосъёмка с использованием ПЗС-матриц от фотосъёмки с использованием ПЗС-линейки?

5.Что понимается под фокусным расстоянием и фокальной плоскостью?

6.Как определяется масштаб горизонтального аэроснимка через фокусное расстояние и высоту фотографирования?

7.Что понимается под разрешающей способностью фотографической системы?

8.Что понимается под цветовой чувствительностью и чем она обусловлена?

9.Какие основные узлы у традиционного аэрофотоаппарата?

10.Перечислите виды аэрофотосъёмки и отечественные носители съёмочной аппаратуры.

11.Каковы технологические требования к аэрофотосъёмке, выполняемой для целей топографической съёмки?

12.Какие параметры плановой аэрофотосъёмки определяются при её проектировании?

13.Какими средствами осуществляется компенсация угловых и линейных сдвигов изображения при современной аэрофотосъёмке?

14.Что понимается под современной системой управления аэрофотосъёмкой?

15.В чём заключается роль спутниковой навигации в повышении качества аэрофотосъёмки?

16.В чём отличие изображений, полученных цифровыми камерами среднего формата, от изображений, полученных цифровыми камерами большого формата на основе ПЗС-матриц и ПЗСлинеек?

17.Какие показатели характеризуют космические снимки?

18.В каких сферах деятельности человека применяются в качестве информационных источников космические снимки?

19.Перечислите известные спутники, данные дистанционного зондирования которых используют в настоящее время в России.

20.От каких факторов зависит геометрическая точность производных от космических снимков продуктов?

21.Какими методами и способами можно повысить геометрическую точность ортотрансформированного снимка?

68

Глава 2. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАММЕТРИИ

2.1. Понятие о центральной проекции

Для решения многих задач, особенно в инженерном деле, широко используют изображения объектов, построенные тем или иным методом на плоскости или на поверхности.

Построение изображения какого-либо предмета (объекта) на избранной поверхности по определенному закону называется проектированием, а его результат – проекцией.

Естественными примерами проекции являются: картина, созданная по законам зрительного восприятия; фотографическое изображение, полученное в плоскости прикладной рамки съемочной камеры лучами, проходящими через объектив; изображение объекта на сетчатке глаза; топографическая карта и т. п.

При центральном проектировании проекция точки пространства находится как след сечения прямой, проходящей от нее через центр проекции, с поверхностью, на которую выполняется проектирование. Центром проекции называется точка, через которую проходят все проектирующие лучи. Плоскость, на которой строится изображение объектов, называется картинной. Совокупность лучей, с помощью которых получено изображение в фокальной плоскости, называется связкой или пучком.

На рис. 2.1 изображены точки местно-

трального проектирования из центра проекции S, прямолинейными проектирующими лучами AS, BS, CS и OS. Точки a, b, c, o и соответствующие им точки a , b , c , o получены как следы пересечения проектирующих лучей с плоскостями Pпоз и Pнег и являются центральными проекциями соответствующих точек местности. Результатом центрального проектирования местности является изображение, построенное фотообъективом: прямолинейные проектирующие лучи,

69