Наумов С.В.,ЗАО «СОВИНФОРМСПУТНИК» serhio@sovinformsputnik.com
Рынок космических снимков высокого разрешения изменяется очень быстро. Запуск частными компаниями собственных спутников и продажа результатов их съемки привели к формированию абсолютно коммерческого рынка данных дистанционного зондирования, со всеми присущими ему особенностями. Говоря о сегменте этого рынка, касающегося космических снимков высокого разрешения, следует отметить несколько вещей. Во-первых, сам факт запуска новых спутников показывает позитивную оценку компаниями рыночных перспектив распространения такой информации. Во-вторых, несомненен прогресс в развитии оптико-электронных систем, обеспечивающих качество получаемых материалов, сравнимое с качеством фотографических систем. В-третьих, то, что само наличие снимков еще не является залогом их успешной обработки – космические снимки высокого разрешения обладают рядом особенностей, о которых и пойдет речь в этой статье. Особый акцент сделан на обработке снимков с пространственным разрешением 1 м – наилучшим разрешением, доступным на данный момент на рынке (рис. 1).
Рис.1
Технические особенности обработки снимков высокого разрешения вытекают из их природы: сложная геометрия съемочной камеры, узкая полоса обзора и, как следствие, малый размер кадра, сложность получения стереоизображения.
Первая сложность, с которой сталкивается пользователь – получение ортофотоизображения. Отклонение оси камеры от надира может достигать значительных величин из-за необходимости выполнить съемку территории, лежащей в стороне от траектории полета спутника. Вследствие этого могут возникать значительные перспективные искажения изображений. Принимая во внимание тот факт, что особый (и преимущественный) интерес для потребителей представляет съемка городских территорий, искажения могут заметно влиять на изображения застройки, особенно многоэтажной (рис. 2).
Рис.2
При угле отклонения оси съемки от надира более 15% создать качественное ортофото нельзя, т.к. разница в положении на снимке подошвы и крыши зданий неустранима с использованием обычных технологий производства ортоизображений. После обработки снимка геометрически точным можно считать положение подошв зданий, поскольку контрольные точки, будь то GPS-измерения или точки, взятые с крупномасштабной карты, находятся на поверхности земли. А оцифровываются обычно крыши зданий. Поэтому задача создания подробных планов, кадастровых например, по космических снимкам в случае наличия перспективных искажений такого рода усложняется. Разрабатываются методы создания так называемых истинных ортофото, основанные, например, на анализе стереопар снимков и последующем смещении изображений крыш в их истинное положение, соответствующее ортоисправленному изображению. На практике такие технологии широкого применения пока не находят. Это связано как с необходимостью более сложной обработки и наличия стереопар, так и с «белыми пятнами» (точнее, с «черными дырами» – затененными или скрытыми высокими объектами участками местности), остающимися на снимке. Очевидно, что никакие технологии не способны добавить отсутствующую информацию о подстилающей поверхности, скрытой стенами зданий. Закрытость участков земли, особенно в районах плотной высотной застройки (характерной для большинства современных крупных городов), составляет еще одну проблему последующей обработки космических снимков. С другой стороны, нельзя не отметить, что информация о внешнем виде боковых поверхностей зданий может найти применение, например, при создании и текстурировании трехмерных моделей.
Другой особенностью космических снимков очень высокого разрешения является узкая полоса обзора. Ничто не дается «бесплатно», и огромное фокусное расстояние оптической системы (10 метров у IKONOS), позволяющее получать детальную информацию с относительно высоких орбит (около 680 км для того же IKONOS), приводит к крайне узкой полосе захвата. Исчезает одно из важных преимуществ космической съемки – большая площадь, покрываемая одним снимком и, как следствие, меньшая трудоемкость обработки. Безусловно, современные коммерческие спутники «посещают» одно и то же место чаще, чем раз в неделю. Но погодные условия и условия освещенности могут меняться, что затрудняет создание «бесшовных» мозаик снимков. Рразличными могут быть, к примеру: направление теней от объектов на поверхности Земли, перспектива самих объектов, уровни освещенности сцен (рис. 3).
Рис.3
Современными спутниковыми системами можно управлять с Земли, меняя их ориентацию в пространстве, что позволяет выполнить съемку территорий, лежащих в стороне от текущего участка траектории полета. Теоретически возможно получать стереоперекрытие либо на соседних витках, либо меняя ориентирование спутника на протяжение пролета одного витка. Практически, такие снимки трудно обрабатывать: во-первых, из-за уже упоминавшихся значительных перспективных искажений, во-вторых, из-за разных условий освещенности. Нельзя не отметить и заметное падение разрешения снимков при большом отклонении оси оптической системы от вертикали (обратно косинусу угла наклона, а также из-за увеличения фактической высоты фотографирования и усиления влияния толщи атмосферы).
 |
 |
|
Рис.4
|
Рис.5
|
На этом остановимся в перечислении «тонких мест» космических съемочных систем сверхвысокого разрешения и обратимся к достоинствам (примеры на рис. 4, 5), которые и определяют их развитие и распространение.
Все современные съемочные системы являются оптико-электронными. Совершенствование приемников лучистой энергии привело к тому, что сегодня линейки и матрицы ПЗС (прибор с зарядовой связью или CCD — англ.) уже практически не уступают по размеру светочувствительных элементов (т.е. по разрешающей способности) фотопленке. Современные спутники дистанционного зондирования обладают значительными ресурсами, что позволяет им оставаться и функционировать на орбите годы (а не месяцы как у устройств с фотопленкой). Это означает и оперативность получения информации, обеспечивающую актуальность и ценность данных, и регулярность появления над одной и той же точкой земной поверхности, и, конечно, эффективность вложения средств в разработку и запуск. Не случайно несколько зарубежных компаний (среди них EarthWatch, Orbimage, Space Imaging, ImageSat) планируют запуски аппаратов, позволяющих получать изображения земной поверхности с разрешением около 1 метра, а на 2004-2005 годы запланированы запуски спутников, съемочные системы которых будут получать изображения с разрешением на местности около 0,5 м.
Производители программного обеспечения, естественно, также совершенствуют свои продукты в соответствии с потребностям рынка. Например, пакет ERDAS IMAGINE — одна из популярных и мощных систем для обработки данных дистанционного зондирования, имеет в своем инструментарии как встроенные модели камер, описывающие распространенные камеры (кадровые и панорамные), так и обобщенные модели, которыми можно описывать панорамные камеры, стоящие на российских спутниковых съемочных системах, например, «КОМЕТЕ». Как дополнительная опция, в пакет могут встраиваться специальные модели, описывающие новые, часто закрытые камеры – как, например, IKONOS. Последующая обработка снимков – векторизация, привязка атрибутивной информации, анализ данных, оформление проектов и вывод данных – могут выполняться с использованием разных пакетов, среди которых семейство программ фирмы ESRI выделяется значительной историей разработки, полнофункциональностью и широкой распространенностью используемых форматов данных.
Космические системы высокого разрешения, безусловно, не могут заменить аэросъемку при решении многих задач. Они могут дополнить ее в тех областях земного шара, где ее выполнение нерентабельно, либо попросту невозможно. Существующие в разных странах, в России в том числе, значительные архивы комических снимков, годами получаемых в оборонных целях и теперь доступных для коммерческого использования, также представляют немалый интерес для потребителей — как в силу обширности охваченных съемкой территорий, так и в силу выгодной стоимости по сравнению с оперативными данными. Использование космических снимков высокого разрешения позволяет разработчикам ГИС создавать не только обобщенные карты и схемы, например, схемы использования территорий, лесных угодий и пр., но и разрабатывать высокоточные планы территорий населенных пунктов, промышленных объектов и т.д. с детализацией до отдельных зданий и сооружений, с возможностью определения не только плановых размеров, но и высот. Это позволяет создавать трехмерные модели отдельных, в том числе проблемных, территорий, выполнять более глубокий анализ сложившейся ситуации и принимать более обоснованные решения. То есть, высокодетальные космические изображения позволяют сделать еще один шаг на пути к созданию ГИС нового поколения – трехмерных ГИС.
Таким образом, несмотря на некоторые сложности обработки, существуют хорошие перспективы расширения рынка пространственной информации высокого разрешения, получаемой с помощью космических систем дистанционного зондирования.
Все снимки © «СОВИНФОРМСПУТНИК» (www.sovinformsputnik.com)
