Оценка точности ортомозаики Vivid Standard в северных широтах России

Тема: обработка данных космической съемки

Автор: Пермяков Р.В.

Скачать
PDF, 2 Мб

Цифровые ортофотопланы (далее – ЦОФП), созданные на основе актуальных материалов дистанционного зондирования Земли (далее – ДЗЗ), являются традиционным источником обновления топографических и тематических карт как на уровне учреждений, занятых совершенствованием системы пространственных данных в стране, так и на уровне предприятий, решающих задачи, связанные с мониторингом объектов инфраструктуры и их влияния на окружающую среду.

Когда речь заходит о больших площадях – тысячах и десятках тысяч квадратных километров – очевидными для построения ЦОФП становятся преимущества данных ДЗЗ, полученных в результате космической съемки. Для регламентации требований к таким данным заказчики составляют технические задания (далее – ТЗ). Отличаясь в деталях, в целом, все подобные документы устанавливают требования к актуальности и пространственному разрешению снимков, числу и составу спектральных каналов, точности геопривязки. Требования ТЗ применительно к точности могут устанавливаться прямо (например, «цветные изображения должны быть ортотрансформированы с абсолютной плановой точностью не грубее 10 м») или косвенно (например, «ЦОФП должны обеспечивать точность определения координат не хуже картографической основы масштаба 1:10 000»).

Кроме того, нередко в ТЗ заказчики строго подходят к формату предоставления снимков и уровням их обработки. Например, «формат предоставления материалов: комплект изображений с файлами метаданных, содержащих в обязательном порядке коэффициенты рациональных полиномов (RPC)»; «уровень обработки – снимки, пригодные для фотограмметрической обработки, с файлами метаданных, содержащими коэффициенты RPC». Указанные формулировки обусловлены особенностями сложившейся на стороне заказчика технологии производственных работ: исполнитель предоставляет исходные данные ДЗЗ, а их фотограмметрической обработкой, включающей создание конечного продукта - ЦОФП, занимается сам заказчик.

Вместе с тем, перечень решений, предлагаемых операторами ДЗЗ, за последние годы значительно изменился и уже не ограничивается лишь исходными снимками. Коммерческий рынок ДЗЗ постепенно разворачивается в сторону сервисных моделей. В структуре продаж доля первичных изображений, поставляемых операторами ДЗЗ через свою дилерскую сеть, сокращается, а доля продуктов с добавленной стоимостью (в том числе ЦОФП и цифровых моделей рельефа (далее – ЦМР) и цифровых моделей поверхности (далее – ЦМП)), полученных в результате пост-обработки снимков, как и доля сервисов, предоставляющих клиентам прямой доступ к таким продуктам, наоборот, возрастает.

Компания Maxar Intelligence (США) – крупнейший оператор ДЗЗ и владелец группировки спутников WorldView-1,2,3 и GeoEye-1 с суммарной производительностью выполнения новой съемки более 3 000 000 кв.км/день – c 2019 года предлагает своим пользователям продукт Vivid. Vivid – это линейка готовых, регулярно обновляемых и покрывающих весь мир ортомозаик, созданных Maxar на основе собственных данных ДЗЗ с пространственным разрешением от 0,5 м/пиксель и грубее. Ортомозаики Vivid поставляются в виде растровых тайлов размером 19584 x 19584 пикселей каждый в формате GeoTIFF. Помимо растров в поставку входят векторные слои порезов с атрибутами. Порезы представляют собой полигоны, ограничивающие области конкретных снимков, использованных для построения мозаики. В атрибутах порезов записаны основные метаданные снимков: название сенсора, время съемки, угол отклонения от надира, азимут и высота солнца в момент съемки, процент облачности и другие параметры. Это удобно для контроля актуальности данных и проверки их соответствия требованиям ТЗ.

В силу специфики качественных характеристик и показателей точности две разновидности ортомозаики – Vivid Basic и Vivid Standard – выделены в самостоятельные продукты. Vivid Basic – ортомозаика с абсолютной точностью геопривязки до 5,6 м (СКО), с долей безоблачного покрытия в среднем по миру – 95%, поставляемая исключительно в трехканальной (RGB) конфигурации. Vivid Standard – ортомозаика с абсолютной точностью привязки до 3,3 м (СКО), с долей безоблачного покрытия в среднем по миру – 98%, поставляемая как в трех- (RGB), так и в четырехканальном (RGB+Nir) вариантах. 40% наиболее освоенных районов Земли в средних широтах обновляются на ортомозаиках Vivid 1 раз в год и чаще, 75% поверхности Земли – 1 раз в 3 года.

В рамках исполнения госконтрактов в 2020 году АО «РАКУРС» успешно поставила построенные на основе ортомозаики Vivid Standard ЦОФП масштаба 1:10 000 на участки в Новосибирской и Томской областях общей площадью около 12 000 кв.км. Участки ортомозаики Vivid Standard, не отвечавшие требованиям заказчика в отношении актуальности, были закрыты «свежими», ортотрансформированными по открытым матрицам высот материалами классической космической съемки спутниками компаний Maxar и Airbus Defence and Space (Франция). Площадь таких «заплаток» составила около 10% от общей площади района работ. С точки зрения точности, и ортомозаика Vivid Standard (точность по спецификации: до 3,3 м по СКО), и обработанные материалы классической космической съемки (точность геопривязки по орбитальным данным: 1,5–4,0 м по СКО) полностью соответствовали требования построения ЦОФП масштаба 1:10 000. Согласно пункту 1.7. Инструкции по фотограмметрическим работам [1], средние погрешности положения контуров местности относительно точек планового съемочного обоснования не должны превышать 0,5 мм в масштабе плана для равнинных территорий (т. е. 5 м для масштаба 1:10 000) и 0,7 мм в масштабе плана для горных территорий (т. е. 7 м для масштаба 1:10 000).

Вместе с тем, следует сказать, что в спецификациях обоих продуктов Vivid Basic и Vivid Standard сделана следующая оговорка: «точность рассчитана для районов между 60 градусом северной широты и 56 градусом южной широты; за пределами указанных широт точность ортомозаик может быть хуже в силу меньшей детализации использованных для ортотрансформирования моделей рельефа».

Со стороны потенциальных российских заказчиков, районы работ которых находятся за полярным кругом, такая формулировка вызывает оправданное опасение, сможет ли ортомозаика Vivid Standard стать качественной заменой материалов классической космической съемки для создания ЦОФП масштаба 1:10 000 в полярных широтах.

Для того чтобы решить этот вопрос, мы провели сравнительное исследование на предмет оценки точности материалов ортомозаики Vivid Standard на участки российского Севера относительно материалов, которые в той или иной мере можно считать эталонными.

С результатами исследования можно познакомиться в статье руководителя группы ДЗЗ Романа Пермякова (загрузить pdf.gif)

Рубрики