Исследование геометрической точности набора региональных пространственных данных — РПД10

Результаты приведены для исследований геометрической точности набора региональных пространственных данных РПД10 на территорию города Перми, созданных на основе спутниковых снимков со спутника WorldView-2. Геометрическая точность была оценена следующим параметром: смещение изображения, поворот и масштаб, ошибка контрольной точки координат в системе координат WGS-84, а также ошибки относительного положения соседних контуров зданий и сооружений. По данным исследования, сделаны выводы о возможности использования РПД10 для составления и обновления контурной части топографических карт и планов, а также картографической основы для ГИС-проектов.

 

И.В. Оньков (ЗАО «Мобиле», Пермь)

В 1970 г. окончил геодезический факультет МИИГАиК по специальности «астрономогеодезия». После окончания института работал в Степногорском управлении строительства, с 1974 г. — в Пермском политехническом институте, с 1989 г. — в Горном институте УрО АН (Пермь), с 1993 г. — в Частном предприятии по созданию цифровых карт, с 1995 г. — в филиале «Госземкадастрсъемка» — ВИСХАГИ (Пермь), с 2000 г. — в Пермском филиале ООО «Недра» (Челябинск), с 2002 г. — в ООО «ПермНИПИнефть», с 2006 г. — в ООО «Тримм». C 2011 г. работает в ЗАО «Мобиле», в настоящее время — научный консультант. Кандидат технических наук.

 

Компания «Совзонд» продолжает выпуск продукции на базе космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения — наборов региональных пространственных данных (РПД), к основным преимуществам которых можно отнести низкую стоимость, отсутствие необходимости дальнейшей фотограмметрической обработки и ограничений на лицензирование использования данных [1].

Предлагаются два вида продукции — РПД10 и РПД25, соответствующие по точности в лане топографическим картам на равнинные территории масштаба 1:10 000 и 1:25 000.

Исходными данными для создания РПД являются космические снимки Земли различного пространственного разрешения от 5 до 0,5 м, ортотрансформированные с использованием цифровой модели рельефа Земли SRTM.

В данной работе выполнено исследование геометрической точности РПД10 на территорию города Перми, созданного на основе космического снимка сверхвысоко пространственного разрешения со спутника WorldView-2. В комплект поставки входят два растровых изображения RGB и PAN в формате JPEG2000 с размером пикселя на местности 0,5 м, в системе координат WGS–84 и проекции UTM–40 (рис. 1).

Рис. 1 Растровые RGB и PAN изображения РПД10 на г. Пермь
Рис. 1 Растровые RGB и PAN изображения РПД10 на г. Пермь

Геометрическая точность оценивалась по следующим показателям:

— параметры сдвигов, разворота и масштаба изображения относительно системы координат WGS–84;

— погрешности координат контрольных точек в системе координат WGS–84;

— погрешности взаимного положения ближайших контуров зданий и строений.

В качестве наземных контрольных точек принимались контуры местности, хорошо опознаваемые на изображении, геодезические координаты которых определялись в системе координат СК–42 и Балтийской системе высот 1977 г. с использованием двухчастотных приемников GPS с опорой на пункты ГГС 2–3 классов.

Преобразование координат контрольных точек из системы СК–42 в WGS–84 выполнялось в соответствии с ГОСТ Р 51794–2008 [2].

Рис. 2 Схема расположения наземных контрольных точек
Рис. 2 Схема расположения наземных контрольных точек

Всего для исследования точности было принято 60 контрольных точек, общее пространственное расположение которых показано на рис. 2. Характерные примеры выбора контуров наземных контрольных точек представлены на рис. 3.

Рис. 3 Примеры выбора контуров наземных контрольных точек
Рис. 3 Примеры выбора контуров наземных контрольных точек

Измерение координат контрольных точек на изображениях РПД10 проводилось в программном комплексе ENVI 4.8 с дискретностью 0,2 пикселя растра, что соответствует 0,1 м на местности.

Исходными данными для оценки геометрической точности служили отклонения ΔXi и ΔYi координат контрольных точек xi и yi, измеренных на изображениях, от их значений Xi и Yi, определенных на местности геодезическими методами:

ΔXi = xi – Xi,

ΔYi = yi – Yi,

и модуль отклонения (радиальная погрешность положения):

ΔRi = √ΔXi2 + ΔYi2.

Оценка параметров сдвигов, разворота и масштаба изображений РПД10 относительно системы координат WGS–84

Величины четырех параметров преобразования координат растрового изображения РПД10 — сдвигов по оси Х ΔX0 и по оси Y ΔY0 , угла разворота ϕ и масштабного коэффициента m относительно системы координат WGS–84 — оценивались из преобразования Гельмерта в геометрической форме по координатам контрольных точек (табл. 1).

Геометрические параметры преобразования Гельмерта Таблица 1
Геометрические параметры преобразования Гельмерта                                Таблица 1

Оценки параметров преобразования выполнялись по методу наименьших квадратов.

Остаточные средние квадратические погрешности по результатам обработки изображений составили: для RGB — 0,53 м, а для PAN — 0,55 м.

Отклонения полученных значений параметров разворота и масштаба от их номинальных значений (ϕ = 0; m = 1,0) находятся на уровне погрешности измерений на снимке и свидетельствуют об очень высокой точности ориентирования и масштабирования изображений РПД10 относительно системы координат WGS–84 в проекции UTM–40.

Оценка погрешности координат контрольных точек в системе координат WGS–84 и проекции UTM–40

Основными показателями точности служили следующие статистические характеристики:

— средние квадратические погрешности по осям координат X RMSEx и Y RMSEy, а также в плане RMSExy;

— средняя радиальная погрешность MRE (Mean Radial Error);

— максимальная радиальная погрешность ΔRmax;

— круговая вероятная погрешность CE90 (Circular Error).

Полученные значения погрешностей РПД10 в системе координат WGS–84 и проекции UTM–40 приведены в табл. 2.

Показатели геометрической точности Таблица 2
Показатели геометрической точности                                         Таблица 2

На рис. 4 приведена геометрическая интерпретация погрешностей контрольных точек для RGB (красный цвет) и PAN (черный цвет), а также соответствующие им окружности радиусом CE90.

Рис. 4 Геометрическая интерпретация погрешности контрольных точек
Рис. 4 Геометрическая интерпретация погрешности контрольных точек

В соответствии с инструкцией по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов средние величины погрешностей контрольных точек в плановом положении не должны превышать в масштабе создаваемого фотоплана 0,5 мм для равнинных и всхолмленных районов [3].

Результаты выполненного исследования показывают следующее:

— значение средней радиальной погрешности для RGB-изображения составляет 2,8 м, а для PAN-изображения — 2,89 м и не превышает допустимого значения 5 м для масштаба 1:10 000;

— 90% радиальных погрешностей контрольных точек не превышают 3,6 м и по геометрической точности удовлетворяют требованиям, предъявляемым к фотопланам масштаба 1:10 000.

Следует также отметить, что полученные величины круговых погрешностей CE90 не превышают допустимого значения 6,5 м без коррекции по наземным опорным точкам, заявленного поставщиком снимков со спутника WorldView-2 [4].

Оценка точности взаимного положения контуров

Основным критерием точности топографических планов (фотопланов) крупных масштабов на застроенных территориях является погрешность взаимного положения ближайших контуров с четкими очертаниями [5, 6].

Оценка точности взаимного положения контуров выполнялась по отклонениям расстояний SРПД между ближайшими точками контуров, измеренных на оцифрованном растровом изображении РПД10, от их значений SМАР, взятых с цифрового топографического плана города масштаба 1:1000:

ΔS = SРПД – SМАР.

В качестве точек контуров выбирались углы капитальных зданий и сооружений на участке территории города с многоэтажной застройкой. Примеры выбора контуров для оценки точности их взаимного положения на РПД10 и топографическом плане города приведены на рис. 5.

Рис. 5 Примеры выбора контуров при оценке точности их взаимного положения
Рис. 5 Примеры выбора контуров при оценке точности их взаимного положения

При исследованиях показателями точности взаимного положения контуров служили следующие статистические характеристики отклонений расстояний ΔS:

— средняя квадратическая погрешность RMSEs;

— средняя абсолютная погрешность MAEs;

— линейная погрешность LE90;

— максимальная погрешность по абсолютной величине MaxΔs.

Всего на RGB-изображении РПД10 и цифровом топографическом плане г. Перми масштаба 1:1000 было измерено 113 расстояний между углами ближайших зданий и сооружений в интервале от 10 до 90 м.

Полученные значения показателей точности взаимного положения контуров приведены в табл. 3.

Показатели точности взаимного положения контуров Таблица 3
Показатели точности взаимного положения контуров                       Таблица 3

В соответствии с основными положениями по созданию топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500 на территориях с капитальной и многоэтажной застройкой погрешности во взаимном положении точек близлежащих важных контуров (капитальных сооружений, зданий и т. п.) на плане не должны превышать 0,4 мм [5]. Аналогичные требования к точности взаимного положения ближайших контуров на фотопланах застроенных территорий установлены и в инструкции по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 [6].

Полученная по результатам выполненного исследования максимальная по абсолютной величине погрешность 1,84 м не превышает допустимого значения 2 м для масштаба 1:5000 и по точности взаимного положения контуров удовлетворяет требованиям, предъявляемым к фотопланам масштаба 1:5000.

Причем 90% погрешностей взаимных расстояний не превышают 1,53 м.

Таким образом, предоставленные для исследования растровые изображения РПД10 на г. Пермь в форматах RGB и PAN с разрешением 0,5 м, в системе координат WGS–84 и проекции UTM–40 могут быть использованы для составления и обновления контурной части топографических карт и планов, а также в качестве картографической основы для ГИС-проектов.

Список литературы

  1. Любимцева С.В. Наборы региональных пространственных данных — основа для использования в геоинформационных проектах // Геопрофи. — 2014. — № 2. — С. 16–19.
  2. ГОСТ Р 51794–2008. Глобальные навигационные спутниковые системы. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. — М.: Стандартинформ, 2009. — 19 с.
  3. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. — М.: ЦНИИГАиК, 2002. — 48 с.
  4. DigitalGlobe. — www.digital-globe.com.
  5. Основные положения по созданию топографических планов масштабов 1:5000, 1:2000, 1:1000, 1:500. — ГКИНП-02-118. — М.: «Недра», 1979.
  6. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500. — ГКИНП-02-033-82. — М.: «Недра», 1982.

 

Study of the Geometric Accuracy of the Regional Spatial Data Set — RPD10

 

I.V. On’kov (Mobile JSC, Perm)

 

The results are given for the studies of geometric accuracy of the RPD10 regional spatial data set for the territory of the city of Perm, created on the basis of a satellite image from the WorldView-2 satellite. Geometric accuracy was assessed by the following parameter: image shift, turn and scale, an error of the control point coordinates in the WGS-84 coordinate system, as well as an error of the relative position of the adjacent contours of buildings and structures. According to the research, the conclusions are made on the possibility of using the RPD10 for compiling and updating contours of topographic maps and plans, as well as the cartographic basis for the GIS projects.

 

 

Источник: geoprofi.ru

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.