ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2014, № 4, с. 62-74
КОСМИЧЕСКИЕ АППАРАТЫ, СИСТЕМЫ И ПРОГРАММЫ ИЗК
СРАВНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ СО СПУТНИКОВ TH-01-1 И SPOT 5
© 2014 г. А. В. Сонюшкин
ООО Инженерно-технологический центр "СКАНЭКС", Москва E-mail: A.Sonyushkin@scanex.ru Поступила в редакцию 25.06.2013 г.
Проведено тестирование спутниковых данных, полученных с аппарата TH-01-1 (Китай), и выполнено их сравнение с данными французской программы SPOT. Спутниковые снимки, полученные системой TH-01, представляют большой интерес для пользователей и фактически являются конкурентами для данных, получаемых европейской программой SPOT, которая в настоящее время представлена аппаратами SPOT 5 и SPOT 6.
Ключевые слова: спутниковые снимки, TH-01, SPOT, сравнение, геометрические характеристики, точность ориентирования
DOI: 10.7868/S0205961414030051
С космодрома Цзюцюань 24 августа 2010 г. на ракетоносителе Long March 2D на орбиту был выведен китайский спутник дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) TianHui-01-1 (TH-01-1), а 6 мая 2012 г. с того же космодрома — и его брат-близнец TianHui-01-2 (TH-01-2). Основные характеристики космических аппаратов (КА) аппаратов приведены в табл. 1.
Оба КА оборудованы тремя камерами, основные характеристики которых приведены в табл. 2.
Оператором данных является китайская компания "Beijing Space Eye Innovation Technology Co., Ltd." (BSEI), которая предоставляет конечному пользователю продукты следующих уровней обработки (http://en.bsei.com.en/a/TH_product/; Profile of the TH-1 Satellite Imagery) (табл. 3).
Согласно описанным характеристикам (Profile of the TH-1 Satellite Imagery), данные представляют большой интерес и фактически являются конкурентами европейской программы SPOT, представленной в настоящее время аппаратами SPOT 5 и SPOT 6, а в ближайшее время группировка должна пополниться аппаратом SPOT 7. Исходя из этого, важно провести тестирование данных программ TH-01-1/TH-01-2 и сравнить их с данными французской программы SPOT.
В рамках предложения о партнерских отношениях между компаниями "BSEI" и ИТЦ "СКАНЭКС" последней были переданы тестовые данные со спутника TH-01-1 уровней обработки 1A и 1B, полученные 26 апреля 2012 г. В состав тестовых данных вошла информация, полученная камерами GFB, DGP и SXZ. Для сравнения был выбран
Таблица 1. Основные характеристики КА TH-01-1 и TH-01-2
Название спутника TianHui-01-1 (TH-01-1) TianHui-01-2 (TH-01-2)
Дата запуска 24.08.2010 06.05.2012
Срок службы, лет 3 3
Вес, кг 1000 1000
Высота орбиты, км 487/504 490/506
Наклонение орбиты, град 97.35 97.37
Тип орбиты Солнечно-синхронная Солнечно-синхронная
Период обращения, мин 94.53 94.58
Возможность повторной съемки, дн. 9 9
Орбитальный цикл, дн. 58 58
Таблица 2. Характеристики съемочной аппаратуры КА ТН-01-1 и ТН-01-2
Название камеры GFB DGP SXZ
Тип съемки Панхроматическая Мультиспектральная Стерео триплет
Размер пиксела на местности, м 2 10 5
Полоса обзора, км 60 60 60
Спектральный диапазон, мкм 0.51-0.69 0.43-0.52 0.51-0.69
0.52-0.61
0.61-0.69
0.76-0.90
Радиометрическое разрешение, бит/пиксел 8 8 8
Возможность отклонения от надира, град 10 10 10
Плановая точность 25 м CE90% 25 м CE90% 25 м CE90%
Высотная точность - - 10 м LE90%
Таблица 3. Стандартные уровни обработки данных TH-01-1 и TH-01-2
Level-1A Данные, прошедшие только радиометрическую коррекцию, в состав поставки входят изображение, файл метаданных и файл RPC (с коэффициентами рационального многочлена третьей степени)
Level-1B Данные уровня 1А, прошедшие процедуру уточнения параметров внешнего и внутреннего ориентирования, в состав поставки входят изображение, файл метаданных и файл с уточненными RPC
Level-2 Данные уровня 1А, прошедшие процедуру геометрической коррекции и трансформированные в картографическую проекцию, без использования опорных точек и ЦМР, в состав поставки входят изображение и файл метаданных
Level-3A Данные уровня 1А, прошедшие процедуру геометрической коррекции и трансформированные в картографическую проекцию, с использованием опорных точек, в состав поставки входят изображение и файл метаданных
Level-3B Данные уровня 1В, прошедшие процедуру ортотрансформирования, в состав поставки входят изображение и файл метаданных
снимок с КА SPOT 5, полученный 11 сентября 2012 г. на одну из станций приема данных ДЗЗ, входящую в состав сети станций приема ИТЦ "СКАНЭКС". Схема перекрытия снимков TH-01-1 и SPOT 5 показана на рис. 1.
РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ
Переданные тестовые данные покрывают участок, лежащий на границе Кемеровской области и Республики Хакасия, расположенный между координатами 55°42'—56°17' с.ш. и 88°08'-89°05' в.д. (рис. 2).
Данная территория характеризуется преимущественно холмистым рельефом со средней высотой местности 220 м, минимальной — 120 м и максимальной — 360 м. В качестве источника информации о рельефе местности использовалась общедоступная цифровая модель рельефа "SRTM" с шагом — 3 угл. с (рис. 3). Абсолютная вертикальная
точность модели, согласно спецификации, не хуже 16 м по критерию LE90%, а абсолютная плановая точность не превышает 20 м по критерию CE90% (Farr et al., http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/SRTM_ paper.pdf). Однако, согласно дополнительно проведенным исследованиям (Rodriguez et al., www2.jpl. nasa.gov/srtm/SRTM_D31639.pdf), вертикальная точность модели для территории Евразии не превышает 10 м LE90%.
В качестве источника опорной информации использовалось высокоточное ортотрансформи-рованное покрытие территории Российской Федерации космическими снимками GeoEye-1, с точностью геопривязки не хуже 10 м по критерию CE90%. Доступ к данному покрытию возможен благодаря партнерской программе ИТЦ "СКАНЭКС" - "Экспресс.Космоснимки.Рго" (http://express.kosmosnimki.ru/), схема покрытия зоны интереса показана на рис. 4.
Рис. 1. Взаимное положение снимков TH-01-1 и SPOT 5. Серым цветом показан контур снимка TH-01-1, черным — SPOT 5.
ОЦЕНКА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОДУКТОВ TH-01-1 И SPOT 5
Одной из задач исследования были оценка геометрических свойств данных TH-01-1, уровней обработки 1A и 1B, а также сравнение их с резуль-татми аналогичных исследований, проведенных по данным SPOT 5 уровня обработки Level-1A. Для этого были выбраны панхроматические снимки, полученные камерой GFB (аппарат TH-01-1) с пространственным разрешением 2 м на пиксел, и панхроматические снимки, полученные камерой HRG (аппарат SPOT 5) с пространственным разрешением 2.5 м на пиксел. Основные характеристики использованных при тестировании снимков приведены в табл. 4.
В рамках исследования точности ориентирования снимков для каждого изображения были измерены по 16 точек, в качестве источника плановых координат использовалось покрытие территории высокодетальными снимками GeoEye-1, а высот — матрица SRTM. Схема расположения точек показана на рис. 5 и 6.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МЕТОДЫ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
В состав поставки продуктов ТН-01-1/ТН-01-2 входят коэффициенты рационального многочлена третьей степени ^РС), являющиеся аппроксимацией строгой модели, позволяющие определить зависимость нормированных пиксельных координат изображения от нормированных географических координат и высоты, взятых, как правило, относительно эллипсоида WGS84. Математически это можно описать так:
L =
Num,(фn, X№ hN) Den,(ф№ Xn, hN) '
s = Num, ( ф n, X N, hN)
" Dens(фN, XN hN) '
где 1п и Бп — нормализованные пиксельные координаты; ф№ Хы, Нм — нормализованные широта, долгота и высота; Numl, Numí, Denl, Dení — многочлены третьей степени.
Рис. 2. Географическое положение исследуемой территории.
Данные SPOT 5, в отличие от TH-01-1/TH-01-2, RPC не имеют, и для их фотограмметрической обработки необходимо применять строгий подход,
позволяющий, используя информацию о траектории движения КА и углов ориентации камеры, выполнить трассировку совокупности лучей,
Таблица 4. Характеристи использованных при тестировании снимков
Название камеры GFB HRG
Уровень обработки Level-1A, Level-IB Level-IA
Формат изображения TIFF TIFF
Формат метаданных XML DIMAP
Модель ортотрансформирования RPC Строгая модель
Размер пиксела на местности, м 2 2.5
Полоса обзора, км 60 60
Радиометрическое разрешение, бит/пиксел 8 8
Спектральный диапазон, мкм 0.51-0.69 0.48-0.71
Дата съемки 26.04.2012 11.09.2012
Угол отклонения от надира, град 0 18.7
Идентификационный номер TH01-01_P201205280502948, SP5_209236_1209110533078_2A_1T
TH01-01_P201302050000085
Рис. 3. Рельеф местности.
формирующих изображение, и найти их пересечение с земной поверхностью. Вся необходимая для этого информация хранится в файле метаданных DIM, входящего в состав поставки продукта.
Точность ортотрансформирования продуктов зависит от точности измерения положения космического аппарата и углов ориентации камеры, которые, к сожалению, не всегда точны, и для достижения требуемой точности продукта необходимо выполнить их коррекцию. В случае использования строгой модели можно, используя опорные точки, итерационно, выполнить коррекцию орбитальных параметров и, если необходимо, углов ориентации камеры. При использовании RPC повсеместно используются модели коррекции, предложенные в работах (Dial, Grodecki, 2003; Dial, Grodecki, 2002), суть которых сводится к использованию полиномиальных поправок, как правило, нулевой или первой степени, после выполнения преобразования по предрассчитанным коэффициентам рационального многочлена.
Так, модель коррекции сдвигом можно записать как
1п = а0 + la, Ба = Ь0 + Ба,
аффинную модель как
1п = ао + а11„ + а2 Бп,
Б'п = Ьо + Ь1 Бп + Ь21п, и проективную как
(а0 + а11п + а5Бп)
in =
(1 + Ciin + С2Sa) '
Б = ( Ь о + Ь1 Бп + Ь 2 1п ) п (1 + С1 Бп + С2^п) ,
где 1'п и Ба — нормализованные пиксельные координаты после коррекции, а0, аъ а2, Ь0, Ъъ Ь2, с1,
Рис. 4. Схема покрытия территории исследования высокодетальными данными.
с2 — неизвестные члены, которые вычисляются по координатам опорных точек.
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОРИЕНТИРОВАНИЯ СНИМКОВ ТН-01-1
В рамках оценки точности ориентирования снимков мы провели неск
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.