В России существует недостаток оперативных данных дистанционного зондирования земли. Поэтому запуск КА «Канопус-В» позволит пользователям решать следующие задачи:
- Мониторинг техногенных и природных чрезвычайных ситуаций.
- Картографирование.
- Обнаружение очагов лесных пожаров, крупных выбросов загрязняющих веществ в природную среду.
- Регистрация аномальных явлений для исследования возможности прогнозирования землетрясений.
- Мониторинг сельскохозяйственной деятельности, водных и прибрежных ресурсов.
- Землепользование.
- Высокооперативное наблюдение заданных районов земной поверхности.
Для решения этих задач необходимо обеспечить оперативное создание ортофотопланов. Компанией «Иннотер» была разработана технология обработки снимков в ЦФС «Фотомод» с учетом особенностей КА «Канопус-В».
Запуск спутника запланирован на декабрь 2011 года с космодрома Байконур. Он будет выведен на солнечно-синхронную орбиту, высотой 510 км. Такая орбита была выбрана для получения снимков с лучшим уровнем освещенности и проработкой деталей. Схема съемки КА показана на рисунке 1.
Рис.1 Схема съемки КА «Канопус-В»
Благодаря большим углам разворота КА полоса обзора составляет 920 км. При данных параметрах орбиты зона радиовидимости составит 1200 км. Основные характеристики КА представлены в таблице 1.
Таблица.1. Основные характеристики КА «Канопус-В»
|
Размер КА, м×м |
0.9×0.75 |
|
Масса КА |
450 кг |
|
Масса полезной нагрузки, кг |
110 |
|
Орбита: высота, км наклонение, град период обращения, мин время пересечения экватора, час |
Солнечно-синхронная утренняя 510 98 94,74 10:30 – 11:00 |
|
Платформа: |
от -40° до 40° 5 0,001 |
|
Период повторного наблюдения, сутки |
15 |
|
Среднесуточная мощность, Вт |
300 |
|
Срок активного существования, лет |
5-7 |
На борту КА установлены:
- комплекс целевой аппаратуры (КЦА);
- бортовая информационная система (БИС);
- радиолиния передачи информации (РЛЦИ);
- служебная платформа.
В состав БИС входит энергонезависимое бортовое запоминающее устройство (БЗУ) объемом 2х24ГБ, обеспечивающего как хранение видеоинформации на срок не менее 5 суток, так и буферирование ее в режиме непосредственной передачи по каналу РЛЦИ. Основные характеристики РЛЦИ представлены таблице 2.
Табл.2. Основные характеристики РЛЦИ
|
Диапазон рабочих частот, МГц |
8048 - 8381,5 |
|
Количество каналов передачи |
2 |
|
Скорость передачи данных, Мбит/с |
61,4…122,88 |
В состав КЦА входят две съемочные системы:
- панхроматическая съемочная система (ПСС);
- многозональная съемочная система (МСС) обеспечивает получение изображения в четырех зонах спектра.
Съемка может проводиться как одновременно в панхроматическом и многозональном режимах, так и при различных комбинациях отдельных спектральных зон вплоть до съемки в одной спектральной зоне. Основные характеристики ПСС и МСС представлены в таблице 3.
Таблица.3. Основные характеристики ПСС и МСС
|
Основные характеристики |
ПСС |
МСС |
|
Количество спектральных каналов |
1 |
4 |
|
Спектральные диапазоны (по уровню 0,5), мкм |
Панхроматический (0,52 – 0,85) |
Синий (0,54-0,6) |
|
Фокусное расстояние, мм |
1797,5 |
359,5 |
|
Относительное отверстие |
1:10,3 |
1:5,6 |
|
Светопропускание |
0,7 |
0,6 – 0,8 |
|
размер матрицы (пиксель) |
1920х985 |
1920х985 |
|
При съемке в надир: Полоса захвата, км Геометрическое разрешение, м Линейное разрешение на местности в зачетных условиях, м |
23,3 2,1 2,7 |
20,1 10,5 12 |
|
Площадь, снимаемая одномоментно, км |
45,3 (6 фрагментов кадра) |
195 |
Проекция на Землю снимков МСС и ПСС представлена на рисунке 2.
Рис.2. Проекция на Землю снимков МСС и ПСС
При разработке технологии обработки снимков КА «Канопуса-В» компанией «Иннотер», максимально учитывались особенности КЦА. Для чего были созданы модельные снимки (МС) по геометрической модели съемочной системы. Были проведены оценки точности созданного ортофотоплана предельно возможной и с учетом ошибок навигационной системы.
Решение этих задач осуществлялось путем моделирования съемочных маршрутов КА «Канопус-В». Для создания МС был использован снимок Ресурс-ДК на территорию экспериментального тестового полигона, перепады высот на котором достигают 400м. Наземные опорные точки для построения, измеренные с дециметровой точностью (сигма = 0.2m) были взяты с тестового полигона, в количестве 180 точек. По снимку Ресурс-ДК с использованием цифровой модели рельефа (ЦМР), по данным SRTM (Shuttle radar topographic mission) был построен ортофотоплан, с размером пикселя – 1м и со среднеквадратической точностью трансформирования (СКО) – 2,11м. Ортофотоплан, построенный с помощью программы Ортомап послужил основой для создания модельных снимков КА «Канопуса-В». Формирование же самих МС и расчет коэффициентов рациональных полиномов (RPC) осуществлялось с помощью пакета программ «Неогеосат». МС были созданы с учетом ошибок, вносимых навигационной системой, т.е. созданы условия, приближенные к реальным.
Для проекта были использованы только снимки с панхроматической камеры. Так как матрицы ПСС не перекрываются, то для обеспечения полного покрытия испытательного участка из МС было создано восемь маршрутов, снимки в которых смещаются по мере движения спутника по орбите. На рисунке 3 представлены маршруты из модельных снимков ПСС.
Рис.3 маршруты из модельных снимков ПСС
Были созданы ортофотопланы на разных этапах уравнивания и проведен анализ точностей полученных ортофото. Для построения ортофотопланов были использованы:
- Модельные снимки с разрешением 2м;
- Наземные опорные точки, в количестве 170 точек;
- ЦМР по данным SRTM.
Для уравнивания блока снимков были поставлены связующие точки в автоматическом режиме, с контролем автокорреляции.
Внешнее ориентирование блоков снимков проводилось по метаданным (RPC) и опорным точкам, число которых варьировалось от 1до 160. Точность ориентирования оценивалась по 10 контрольным точкам. Результаты уравнивания (см. рисунок 5) показали, что при добавлении малого количества точек резко увеличивается точность, за счет компенсации систематических ошибок. Дальнейшее увеличение количества опорных точек приводит к плавному увеличению точности.
Рис.4. Оценка точности уравнивания
Ортофотопланы были созданы по результатам уравнивания маршрутной съемки с использованием 160 опорных точек. Для создания ортофотопланов в качестве ЦМР использовались данные SRTM. Точность данной матрицы высот оценивается в 20 м и может привести к плановому смещению точек (СКО) - 17м. Области трансформирования для построения мозаики были созданы в автоматическом режиме. Размер пикселя ортофотоплана задавался равным 2 м.
Первичный контроль ортофотоплана был выполнен по всем точкам, имеющимся в проекте и также вдоль линий порезов. Результаты контроля точности для идеального и реального случая съемки представлены в таблице 4.
Табл.4. Контроль точности мозаики
|
Контроль точности мозаики |
по опорным и контрольным точкам (м) |
вдоль линии порезов (м) |
|
МАХ |
12,8 |
5,0 |
|
СКО |
3,4 |
2,6 |
Для оценки точности полученных ортофотопланов по приведённой технологии был выполнен также контроль по независимым контрольным точкам: максимальные (мах) расхождения составили – 5,53м, СКО – 3,37м.
Выводы
Применение ЦФС Фотомод для обработки снимков КА Канопус-В позволяет в полностью автоматическом режиме измерять связующие точки для уравнивания блока. Также, при создании мозаики области трансформирования строятся автоматически. Что позволило увеличить скорость обработки данных и максимально автоматизировать процесс.
В соответствии с инструкцией по фотограмметрическим работам [2]:
Точность уравнивания соответствует точности уравнивания плановых координат опорных точек для создания карт масштаба 1:25000.
- Точность построения мозаики вдоль линии порезов, удовлетворяет точности инструкции – до масштаба 1:5000.
- Точности созданных цифровых ортофотопланов удовлетворяют требованиям к геометрической точности топографических карт масштаба 1:25000.
- Полученные результаты позволяют рекомендовать использование снимков Канопуса для картографических целей в масштабном ряду от 1: 10000 и мельче.
Список литературы
[1] - Журнал ФГУП «НПП ВНИИЭМ» - «Вопросы электромеханики» Т.105 2008
[2] - Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых
топографических карт и планов, гкинп (гнта)–02-036-02
Кравцова Елена Владимировна, "Иннотер"