научная статья по теме СРАВНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ СО СПУТНИКОВ TH-01-1 И SPOT 5 Космические исследования

Текст научной статьи на тему «СРАВНЕНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ СО СПУТНИКОВ TH-01-1 И SPOT 5»

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.

Показать целиком