Результаты тестирования данных KOMPSAT-3

Тема: обработка данных космической съемки

Автор: А.Э. Зубарев, «Ракурс», Москва, Россия. 2016

В рамках программы тестирования данных KOMPSAT-3 специалистами компании «Ракурс» выполнен комплексный проект по тестированию космоснимков. Набор тестовых данных на территорию Крымского полуострова включал в себя материалы аэрофотосъемки с разрешением 0,18 м и стереопару KOMPSAT-3 с разрешением 0,8 метра и углом конвергенции порядка 44 градусов.

Задачами исследования было определение точности RPC, исследование характеристик внутренней геометрии стереопары и сравнение точности цифровой модели поверхности (ЦМП), построенной по результатам космической и аэрофотосъемки (АФС).

Оценка точности RPC и внутренней геометрии изображений

Всего было измерено 10 опорных точек, полученных путем стерео измерений по АФС. В качестве опорных точек выбирались четкие, хорошо читаемые объекты местности, к которым можно отнести углы зданий, пересечения узких дорог, углы заборов.

Уравнивание данной пары снимков без опорных точек методом «Сдвиг» позволяет оценить абсолютную точность RPC коэффициентов, со значениями СКО равными 18,1 м в плане и 0,65 м по высоте. Использование уже одной опорной точки позволяет исключить систематические ошибки, СКО после уравнивания на контрольных точках составила: 0,8 м в плане и 0,7 м по высоте. В результате окончательного уравнивания со всеми (10) опорными точками максимальная ошибка составила 0,79 м в плане и 0,6 м по высоте, а СКО в плане 0,42 м и 0,42 м по высоте.

Оценка качества получаемой ЦМП

Для оценки точности получаемой ЦМП в качестве референцной поверхности была использована ЦМП, полученная по результатам АФС с разрешением 0,18 м камерой UltraCam. Для тестирования ЦМП по АФС была построена с шагом 0,5 м. Аналогично, по одной стереопаре KOMPSAT-3 была построена ЦМП.

При построении ЦМП использовались одинаковые алгоритмы с целью избежание ошибок собственно метода получения сведений о рельефе. Обе ЦМП были получены на основе метода SGM в ЦФС PHOTOMOD 6.02. Результат ЦМП, полученной по стереопаре KOMPSAT-3 представлен на рисунке 1, на рисунке 2 представлена ЦМП, полученная по результатам аэрофотосъемки.

Рис. 1. ЦМП полученная по данным стереопары KOMPSAT-3.

Рис. 2. ЦМП полученная по данным АФС.

Гистограмма распределения ошибок для всей матрицы в целом представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Гистограмма распределения ошибок для всей матрицы.

При оценке точности данных мы разделили ЦМП на участки трёх категорий:
1. рельеф местности, изрезанный реками с небольшим растительным покровом,
2. рельеф местности с оврагами и карьерами,
3. рельеф местности с объектами городской инфраструктуры (здания, строения различной этажности, мосты и прочее).

Для ЦМП всех трёх категорий были построены матрицы разности и составлены гистограммы распределения:

Рис. 4. Гистограмма распределения разностей ЦМП для категории 1 (местность, изрезанная реками с небольшим растительным покровом).

Рис. 5. Гистограмма распределения разностей ЦМП для категории 2 (местность с оврагами и карьерами).

Рис. 6. Гистограмма распределения разностей ЦМП для категории 3 (с объектами городской инфраструктуры).

На основе приведенных гистограмм можно сделать следующие выводы:
• Cистематические ошибки ЦМП по высоте и в плане сведены к минимуму и не превосходят 0,2-0,4 м, что соответствует точности уравнивания и позволяет проводить дальнейший анализ.
• Все гистограммы подходят под нормальный закон распределения ошибок, что свидетельствует о наличие только случайных ошибок.
• Гистограммы на рисунках 4-6 имеют очень схожую структуру, однако, для гистограммы из 2 категории наблюдается большее число отсчетов, превосходящих 2 метра, чем для 1 категории. Это обстоятельство свидетельствует о том, что из-за ограничений космической стереосъемки (больших углов конвергенции и наличием только одной стереопары) и появлении невидимых зон, возрастает ошибка определения границ объектов (карьеров, уступов и т.п.).
• Гистограмма распределения разностей ЦМП для 3 категории имеет наибольшее число значимых отсчетов, превосходящих 2 метра. В городской территории, где имеется множество различных объектов, ошибки из-за невидимых зон оказывают наибольшее значение на точность окончательной ЦМП.

Полученные результаты говорят об очень высоком геометрическом качестве стереоснимков KOMPSAT-3. Точность определения высоты в зависимости от типа местности составила: 
СКО = 0,46 м для местности, изрезанной реками с небольшим растительным покровом, 
СКО = 0,67 м для местности с оврагами и карьерами, 
СКО = 2 м для местности с объектами городской инфраструктуры 
при средней СКО по все территории = 0,6 м.

Столь высокая точность определения высот объясняется помимо высокого геометрического качества снимков благоприятным для стереоизмерений углом засечки = 44 градуса.

Рубрики