Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Теоретическое обоснование цифровой фотограмметрической системы обработки космических снимков высокого разрешения

ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Теоретическое обоснование цифровой фотограмметрической системы обработки космических снимков высокого разрешения"

На правах рукописи

ШЛВУК ВИТАЛИЙ СТЕПАНОВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

Специальность 25.00.34-аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия

2 2 О КI 2059

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2009

003480269

Диссертационная работа выполнена на кафедре аэрофотогеодезии Государственного университета но землеустройству.

Научный руководитель: доктор технических наук

Чекалнн Владимир Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Тюфлнн Юрий Сергеевич кандидат технических наук Лавров Виктор Николаевич

Ведущая организация: Федеральное государственное предприятие

«Центральный ордена «Знак Почета» научно-исследоватсльскнн институт геодезии, аэросъемки н картографии им. Ф.Н. Красовского», ФГУП «ЦНИИГАпК»

Защита диссертации состоится « ¿6 » ноября 2009 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.143.01 в Московском Государственном Университете Геодезии и картографии (МИИГАиК) по адресу: 105064 Москва, Гороховский пер., 4 в зале заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.

Ав тореферат разослан « ^^ » октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета

Б.В.Краснопевцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования. В последнее время на российском рынке появились и прочно закрепились на нем отечественные цифровые фотограмметрические системы - «РНО'ГОМОО», ЦФС ЦНИИГАиК, «Талка», «г-Зрасе», «ФОТОПЛАН», «ОгЧЬоЯсап» и др. Только за 2006 г. в нашей стране было внедрено 1400 ЦФС ЦНИИГАиК и 1200 ЦФС «Галка». Однако их программное обеспечение и применяемые методы обработки, в основном, копируют технический облик и технологии аналитических приборов. К тому же, их программное обеспечение не позволяет использовать полностью потенциальные возможности современных материалов космической съемки. Т.е., имеется насущная практическая потребность в создании цифровой фотограмметрической системы (ЦФС), построенной по технологическому принципу, позволяющей производить строгую фотограмметрическую обработку снимков любого типа, доступной по стоимости и имеющую удобный интерфейс.

Результаты исследований по данному научному направлению составили теоретический фундамент фотограмметрического обеспечения существующих ЦФС, содержание которого в настоящий момент до конца еще не сложилось, и послужили отправной точкой научных изысканий автора по данной актуальной тематике.

Объект н предмет исследования. Объектом исследования являются методы и технологии проектирования фотограмметрических приборов.

Предметом исследования является технический облик и фотограмметрическое обеспечение ЦФС «ОгШо/Ыеуа», предназначенной для обработки космических снимков сканерного типа.

Цель н задачи исследования. Целью исследований диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ фотограмметрического обеспечения ЦФС, предназначенной для строгой обработки современных космических снимков полученных сканерными съемочными системами. Главные ее аспекты включают:

- обоснование технического облика базовой модели цифровой фотограмметрической системы;

- разработку и апробацию строгих методов обработки спутниковых изображений сканерного типа.

Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем:

1.Анализ метрических свойств современных космических снимков, полученных с помощью оптико-электронных сканирующих систем.

2.Разработка технического облика ЦФС для обработки космических снимков сканерного типа:

- разработка основных требований к фотограмметрическому обеспечению ЦФС для обработки космических снимков сканерного типа.

- обоснование структуры, функциональных возможностей и технических характеристик базовой модели ЦФС для фотограмметрической обработки космических снимков сканерного типа.

3.Теоретическое обоснование строгой математической модели динамического типа для сканерных снимков, включающее параметры текущего времени формирования исходного изображения, включающее:

определение основных принципов формирования геометрии космических снимков сканерного типа;

исследование адекватности различных математических моделей, используемых для внешнего ориентирования сканерных снимков; ^Экспериментальные исследования точности обработки космических снимков, полученных в синхронном и асинхронном режимах съемки.

Методы исследования. Решение поставленных задач выполнено с использованием методов цифровой фотограмметрии, теории ошибок и метода наименьших квадратов, математической картографии и компьютерной графики. Для проверки правильности основных теоретических положений разработанного фотограмметрического обеспечения ЦФС использован экспериментальный метод исследований.

Экспериментальные исследования осуществлены с помощью цифровой

4

системы «Ortho/Neva» на основе обработки производственных материалов космической съемки.

Научная новизна. Основные результаты диссертационной работы, представляющие научную новизну и выносимые на защиту:

1.Разработаны и теоретически обоснованы:

- метод динамического типа фотограмметрической обработки космических снимков, полученных оптико-электронными сканерпыми съемочными системами, включающий параметры времени формирования сканерного изображения;

- технический облик цифровой фотограмметрической системы для обработки космических снимков сканерного типа.

2.Сформулирован и теоретически обоснован принцип неопределенности внешнего ориентирования космического изображения сканерного типа;

3.Разработана методика априорной оценки точности определения координат точек объектов по скаперным космическим снимкам в зависимости от параметров съемочной системы и характеристик измерительных систем;

4.Разработан метод определения приближенных значений элементов внешнего ориентирования сканерной съемочной системы;

5.Исследована величина обусловленности Cond А системы исходных уравнений поправок при внешнем ориентировании спутниковых изображений различного типа.

Обоснованность научных положений подтверждена результатами экспериментальных исследований по внешнему ориентированию космических снимков сканерного типа и производственных работ по обновлению крупномасштабных цифровых карт и планов городов по космическим снимкам высокого разрешения.

Практическая значимость результатов исследования. Разработанные фотограмметрическое обеспечение и программные модули, которые реализованы в базовой модели цифровой фотограмметрической системы «Ortho/Neva», позволяют производить строгую фотограмметрическую обработку современных материалов космического ДЗЗ сканерного типа:

5

GeoEye, WorldVievv-1, QuickBird, IKONOS, OrbView-3, SPOT, Alos, IRS.

Апробация и реализация результатов исследования. Основные результаты исследований опубликованы в 3-х научных статьях и 2-х докладах на научно-технических конференциях.

В настоящее время в Сев. - Кав. АГП с использованием разработанной цифровой фотограмметрической системы выполняются производственные работы по государственным контрактам с Роскаргографисй и картографическим проектам коммерческих организаций но созданию ортоизображеиий в масштабах 1:5 ООО - 1:25 ООО. За 2006-2008 г.г. выполнены проекты но созданию картографической продукции на территорию Северного Кавказа общей площадью свыше 140 000 км2.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает оглавление, введение, три главы, заключение, список литературы и приложение. Общий объем диссертационной работы - 125 страниц машинописного текста, она содержит 32 рисунка, 16 таблиц и 1 приложение. Список литературы включает 119 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введеннн обоснована актуальность темы, установлена степень ее разработанности, сформулированы цель и задачи исследования, определены объект и предмет исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов.

В первой главе «Обоснование технического облика цифровой системы обработки космических снимков высокого разрешения» выполнен анализ метрических свойств современных космических изображений сканерного типа, разработаны основные требования к фотограмметрическому обеспечению и технический облик базовой модели цифровой фотограмметрической системы.

Практическая возможность создания измерительных картографических документов определяется метрическими свойствами исходных космических изображений. Под ними понимается совокупность геометрических и изобразительных свойств космических снимков, которые обусловливают

6

конечную точность фотограмметрических определений объектов местности, изобразившихся на них. При этом определены две их точностные категории: потенциальные измерительные возможности и реальные измерительные свойства.

Под потенциальными измерительными возможностями цифровых изображений понимается теоретически возможный минимум погрешности а1ПЛ, измерения объектов местности, величина которой зависит от влияния двух основных факторов:

• искажений геометрии изображения - сг,„

• изобразительных свойств исходного изображения - ■

При указанном подходе общая зависимость, определяющая уровень потенциальных измерительных возможностей изображения космического снимка, представляется в виде:

<Т1«. =<Тгт, . (I)

Величина геометрической составляющей ат цифровых космических изображений достаточно широко освещена в различных литературных источниках и ее оценка колеблется в пределах: 0.5-1.0 рх1.

Влияние второй составляющей погрешности измерения а^, проявляется в возникновении погрешности идентификации сг|Л„„, объектов местности на изображении. Величина последней зависит, в основном, от разрешающей способности Я и контраста К цифрового изображения. В работе предложена формула для оценки величины о-„,„„„ с учетом тонового контраста ДК. изображения:

__</ С^ч

<т'">""" ~ 2-(ДЛ"-0.019)"'г'

На основе (1) и (2) определен теоретический предел потенциальных измерительных возможностей для наиболее используемых космических снимков: СеоЕуе, \VorldView-l, дшскВЫ ИССМОЗ, ОгЬУш\у-3, 8РОТ-5, А1оз.

Таблица 1.

Тип погрешности GeoEye QuickDird IKONOS OrbVicw 3 SPOT-5 Alos

^tnhiim 0.30-0.45 м 0.45-0.60 м 0.75-1.0 м 0.75-1.0 м 1.8-2.5 м 1.8-2.5 м

crum 0.36-0.57 м 0.54-0.85 м 0.86-1.41 м 0.86-1.41 м 2.54-2.79 м 2.54-2.79 м

Реальный уровень измерительных свойств обрабатываемого снимка, извлекаемый из него на практике, зависит от характеристик используемых измерительных средств, психо-физиологических свойств человека-оператора и степени совершенства принятых методов обработки цифровых изображений. В этом случае, в зависимости от условий наблюдения, возникают новые виды погрешностей измерения, которые включают погрешность идентификации с,,,«,-,», как базовую составляющую:

- погрешность наведения курсора: «г1«» = o-2„*.....+ ст2„„„,, (3)

где а„р - инструментальная погрешность ЦФС;

- погрешность визирования: сг2.,,,„v. =cr2„w + ст2,+<т2л,,„ (4) где а л» - погрешность, возникающая при движении курсора;

- погрешность отождествления: а1.,,,,,,,* =агтр +<т\тр,. (5) где cr,„vl, - погрешность маркировки отождествляемой точки.

Автором получены формулы, позволяющие априорно оценивать точность внешнего ориентирования одиночного космического снимка и построения стереомодели местности на ЦФС при создании ортоизображений и ЦМР соответственно. При этом были рассмотрены как кадровые снимки, так и изображения сканерного типа соответственно:

~ -»nn м+ -2 "и > (6)

2(0.33n-l) / cos с

2 2 r2

+ о--; (7)

2(0.16n-l) * / COS £■ где сr,,„ - ср. кв. погрешность измерения пиксельных координат снимка; сгу - ср. кв. погрешность положения опорных точек в плане; а и - ср. кв. погрешность положения опорных точек по высоте;

п - количество используемых опорных точек;

г - расстояние опорной точки от начала координат снимка;

с - угол наклона проектирующих лучей при сканировании местности;

Г - фокусное расстояние снимка;

ш - знаменатель масштаба снимка.

Одним из эффективных методов проектирования сложных технических систем является метод планирования их эволюционного развития. Этот метод предусматривает разработку двух моделей одновременно: идеальной и реальной. Идеальная модель ЦФС имеет структуру, основные функциональные возможности и технические характеристики, не ограниченные уровнем развития вычислительных и аппаратных средств, а также финансовыми возможностями. Она является конечной версией развития ЦФС, к которой на практике постепенно приближаются все модификации базовой модели.

Первый (базовый) вариант реальной модели ЦФС создается на основе прообраза идеальной с учетом имеющихся на текущий момент проектирования технических и финансовых ограничений. По результатам указанных разработок составляется план эволюционного развития базовой модели ЦФС в направлении ее идеальной модели.

В работе был разработан технический облик базовой модели ЦФС, который определен следующими основными элементами технического проекта:

1. Назначение, принцип действия проектируемой ЦФС и вычислительная среда программных средств, включая информационное обеспечение.

2. Структура и основные технические характеристики проектируемой ЦФС.

3. Технология работы и функциональные задачи системы.

4. Фотограмметрическое обеспечение проектируемой ЦФС.

Указанные элементы рассмотрены и теоретически обоснованы в работе.

В основу принципа действия ЦФС «Ог11то/Ыеуа» был положен технологический принцип функционирования всех программных модулей

системы под управлением ее главного меню, которое включает два основных режима вычисления: арифметический и реального времени.

В обычном вычислительном (арифметическом) режиме производится решение фотограмметрических задач, обеспечивающих ввод исходных данных и их конвертирование в рабочие форматы обработки, геопривязку исходного космического снимка на основе ЯРС-полиномов, внешнее ориентирование одиночного космического изображения, создание ЦМР и 'ПЫ-моделей рельефа, ортотрансформирование исходного изображения и преобразование используемых геодезических систем координат.

В режиме реального времени производится периодическое решение прямой фотограмметрической засечки. В данном режиме выполняются технологические процедуры, связанные с отображением изображений, перемещением курсора, измерением пиксельных и геодезических координат точек снимка на экране монитора.

Основной задачей последующего проектирования являлась разработка структуры базовой версии ЦФС «ОгИю/Ыега», логических взаимосвязей между ее основными компонентами, включая их функционирование как в виде отдельного рабочего места, так и в составе локальной вычислительной сети, функциональное наполнение отдельных модулей системы. При этом необходимо было обеспечить подключение всех компонентов ЦФС к управляющему модулю системы, ее сопряжение с внешними системами без потери функциональности и отсутствия перерывов в работе.

Конечный этап проектирования содержит разработку технологии создания конечного продукта и связанного с ней перечня функциональных задач системы, реализуемых в дальнейшем в ее программном обеспечении.

В данной главе дано также детальное описание каждой процедуры разрабатываемой технологической схемы.

В заключительном разделе главы разработаны общие и специальные требования к фотограмметрическому и программному обеспечению цифровой «ОгИю/Ысуа».

Общие требования к фотограмметрическому обеспечению (ФО) базовой модели ЦФС «Ог11ю/Ыеуа» можно сформулированы следующим образом:

• Фотограмметрическое обеспечение должно базироваться на строгих математических решениях задач фотограмметрии, геодезии и картографии, чтобы обеспечить полное использование метрической точности цифровых космических изображений. Используемые при этом алгоритмы должны обеспечивать максимальный контроль правильности выполнения основных технологических процессов.

• Программное обеспечение должно гарантировать решение задачи во всех случаях, когда оно теоретически возможно. При этом недопустимы какие-либо ограничения, связанные с быстродействием и объемом памяти используемых компьютеров.

• Интерфейс должен обеспечивать удобство работы оператора с ЦФС. Составляющей частью программной документации должна служить хорошо развитая справочная информация.

• Разрабатываемые программные средства должны обеспечивать:

- внутреннее ориентирование космических снимков;

- внешнее ориентирование по произвольному числу плановых, высотных, планово-высотных опорных точек;

- ввод цифровой информации о рельефе в виде горизонталей, профилей, регулярной и нерегулярной сетки ЦМР, отдельных пикетов, урезов воды, структурных линий и т.д.;

- представление цифровой информации в широко распространенных форматах и в виде графических копий.

Используемое программное обеспечение должно обеспечивать стабильные результаты точности независимо от масштаба картографирования, физико-географических условий района работ и условий космической съемки. Специальные требования к фотограмметрическому обеспечению: 1. Необходимым условием разработки фотограмметрического и, соответственно, программного обеспечения ЦФС «ОгШо/Ыеуа» является обеспечение их технологической связанности. В этой связи:

11

- программный комплекс должен иметь модульную структуру, которые связаны друг с другом последовательностью выполняемых технологических процессов. При этом система должна проектироваться открытой, допускающей ее совершенствование и доработку базового программного обеспения. Тем самым, обеспечивается формирование единой технологической линии получения заданного конечного продукта.

2. Фотограмметрическое обеспечение каждой версии должно обладать возможностью импорта данных и экспорта результатов в одних и тех же форматах. Это позволяет использовать любую версию ЦФС либо самостоятельно, либо совместно с другими ее рабочими версиями, используя достоинства сквозного технологического процесса. Следовательно,

-должна соблюдаться сквозная технология проектирования ЦФС на основе единого набора данных и в единой программной среде для всех ее рабочих версий.

3. Программное обеспечение ЦФС для обработки космических изображений высокого разрешения должно обеспечивать:

-эффективную технологию сбора и обработки той исходной информации, которая в настоящее время является актуальной при создании цифровых карг, включая их векторное и растровое представление. При этом используется максимально широкий спектр источников топографической информации:

— наземной топографической съемки,

— данных, импортируемых из спутниковых систем высокого разрешения,

— существующих топографо-геодезических и картографических материалов на бумажных, пластиковых и других носителях;

— мониторинг и обновление цифровых карт сельскохозяйственных земель и городских территорий.

4. Практически все спутники дистанционного зондирования иностранного происхождения имеют солнечно-синхронную орбиту. Тем самым, обеспечиваются наилучшие условия съемки местности таким спутником. Соответствующие требования к фотограмметрическому обеспечению:

- в состав исходных данных ЦФС «Ortho/Neva» должен входить файл IMD служебной информации спутниковых изображений, содержащий данные по геопривязке, условия съемки, высоту Солнца и др.;

возможность обработки спутниковых наихроматических изображений с разрешением на местности меньше метра, с радиометрическим разрешением не менее 11 бит/pxi, снятых в синхронном и асинхронном режимах, а также мультнепектральпых изображений при наличии 4-х спектральных каналов, в том числе одного инфракрасного;

- возможность обновления картографического материала масштаба 1:2 ООО и мельче.

5. В современном производстве цифровая обработка изображений являются основной. В этой связи:

информация о местности, представленная в цифровом виде, должна быть удобна для хранения и передачи заказчику;

необходимо иметь расширенные возможности выполнения фотограмметрических работ, включая новые инструменты для измерений и выявления ошибок, обеспечение выравнивания оптических плотностей и цветовых характеристик изображения, а также определение линии сшивки при составлении ортомозаик.

Разработанная базовая модель ЦФС «Ortho/Neva» отвечает указанным выше требованиям.

Во второй главе «Разработка основных теоретических положений фотограмметрического обеспечения цифровой системы «ORTHO/NEVA» определены принципы формирования геометрии космических изображений скаперпого типа, исследована степень адекватности различных математических моделей, обоснована математическая модель сканерного снимка динамического типа.

Если цифровое изображение при съемке формируется па плоскости с помощью объектива и матрицы CCD, то геометрия получаемого цифрового снимка соответствует центральной проекции. К этому же типу геометрии

относятся изображения, полученные путем преобразования аналоговых снимков в цифровые.

Снимки сканерного типа получаются на борту носителя сразу в цифровом виде путем последовательного формирования всех строк сцены с помощью линейной ПЗС-матрицы.

Рис. 1. Формирование пикселя с1 изображения при оптико-электронном

сканировании.

На рис. 1 показана схема формирования текущего пикселя в строке изображения сканерного снимка при движении спутника по орбите высотой Нф. Из рисунка с очевидностью следует следующее равенство:

где Нф - высота съемки местности; d - апертура сканирования; R - разрешение снимка на местности; f - фокусное расстояние съемочного объектива. На основе данного выражения можно определить время At формирования одного пикселя изображения при известной скорости Vcn полета спутника:

Л/ = —-—, (9)

KJ

После формирования текущей строки снимка но мере движения спутника по орбите весь цикл построения изображения повторяется снова для следующей строки. В конечном итоге формируется полный кадр изображения в файловой системе координат.

Ven

Нф

(8)

Формирование кадра (сцены) в нем происходит в реальном масштабе времени по мере пролета спутника над очередной полоской местности шириной К. Каждая строка изображения имеет свой перспективный центр проекции, который располагается на соответствующем месте орбиты в зависимости от текущего времени Т; формирования кадра снимка:

Т| = Д1,+Д12+... ДЪ. (10)

С увеличением разрешения изображения пропорционально сокращается время пролета спутника над полоской местности, по ширине соответствующей 1 пикселю снимка. К примеру, для спутниковых изображений типа (ЗшскВМ время формирования текущей строки равно порядка 4.1 • 10"5 сек. За такое малое время не успевает сформироваться изображение местности с необходимым уровнем оптической плотности из-за недостаточной чувствительности детекторов ПЗС-линейки.

В этом случае используются ПЗС-линейки с переносом заряда, что приводит к определенной задержке Д^ во времени сканирования текущей строки. За это время спутник пролетит по орбите расстояние Дб. Следовательно, текущая строка изображения будет сформирована пучком связок лучей гомологии, центры проектирования которых располагаются на активном отрезке Дв орбиты.

Таким образом, каждому пикселю изображения сканерного снимка соответствует некоторое множество значений элементов внешнего ориентирования (ЭВО) цифровой камеры, которые она последовательно имеет на указанном отрезке орбиты. Описанный режим съемки местности с временной задержкой и накоплением сигнала для каждой строки сцены называется асинхронным.

Па основании описанных принципов формирования геометрии космических сканериых изображений можно сделать следующий вывод:

- съемка местности в синхронном или асинхронном режимах приводит к распаду общей связки проектирующих лучей сцены на множество локальных связок, привязанных по времени к своим точкам на активном отрезке Дб

орбиты. Причем в асинхронном режиме эта тенденция проявляется значительно сильнее.

Это означает, что для строгого внешнего ориентирования сканерного изображения должна использоваться математическая модель снимка, в которой уравнения связи координат точек изображения и местности включают необходимую временную составляющую Ar.

С определенного момента времени разработка математических моделей геометрии спутниковых изображений стала одним из приоритетных направлений научных исследований в области ДЗЗ. В работе рассмотрены различные модели снимков с точки зрения определения степени их адекватности геометрии реальных изображений.

В отечественных и иностранных программмных пакетах по обработке космических изображений используются различные математические модели снимков. Самые распространенные среди них - классические коллинсарные зависимости центральной проекции. Также широко известна модель снимка DLT-метода (Direct Linear Transformation), параллельно-перспективная и аффинная модели.

При обработке космических изображений с помощью вышеуказанных зависимостей ситуация складывается неблагоприятная, поскольку изображение скансрных снимков формируется динамически но законам, отличным от статичных законов центральной проекции. В этой связи возникает неопределенность определения ЭВО скансрных снимков, которая математически проявляется в виде резкого ухудшения обусловленности исходной системы уравнений поправок. Естественно, что в подавляющем большинстве случаев подобное решение обратной фотограмметрической засечки (ОФЗ) оказывается неудовлетворительным.

Чтобы выявить зависимость плохой сходимости решения задачи ОФЗ для сканерных снимков от величины обусловленности Cond А, автором были выполнены экспериментальные работы по определению ее значений при ориентировании спутниковых изображений на основе различных моделей

снимков. Исследованию подлежали 22 системы исходных уравнений поправок, которые составлялись по измерениям опорных точек при

Таблица 2

Тип снимков Модель RPC-полиномов Статическая модель кадрового снимка Динамическая модель сканерного снимка

Кадровые - 10J"4 10IWU

Сканерные 10 35-36 ю8-'2 ю26-2*

определении ЭВО сканерных и кадровых снимков. По результатам экспериментальных работ получена обобщенная величина обусловленности исходной системы уравнений поправок для различных математических моделей космических снимков, которая представлена в таблице 2. Из дайной таблицы следует следующее:

1 .Если в качестве математической модели космического изображения сканерного типа использовать коллинеарные зависимости, то обусловленность исходной системы уравнений поправок снижается почти в третьей степени по сравнению с традиционным решением ОФЗ для кадровых снимков (с Ю1"4 до 108"'2). Этого оказывается достаточно, чтобы решение ОФЗ космических изображений стало бы неудовлетворительным.

2.Если используется динамическая модель, то происходит дальнейшее падение обусловленности исходной системы до величины Cond А = 1026"24. Следовательно, без применения специальных методов решение ОФЗ даже на базе строгой модели геометрии космических снимков также будет неудовлетворительным.

3.Наихудшую обусловленность имеет RPC-модель космических изображений сканерного типа.

За RPC-модель цифровых снимков принимаются отношения рациональных полиномиальных коэффициентов, которые преобразуют географические координаты B,L,H объекта местности в координаты х, у его

изображения на снимке. Как правило, ЯРС-полиномы определяются без использования опорных точек. Необходимые данные для вычисления их коэффициентов получают на основе частой регулярной сстки опорных точек, создаваемой на спутниковом изображении с использованием строгой математической модели сенсора. Они обычно содержат систематические ошибки, которые снижают точность геопозиционирования в процессе обработки спутниковых изображений.

Решение исходной системы уравнений поправок при определении ЭВО космических изображений представляет собой большую проблему даже с использованием строгой математической модели снимка. Главная трудность при этом - попадание в область сходимости задачи ОФЗ. Применение метода регуляризации академика Тихонова позволяет практически всегда получать положительное решение при значении параметра регуляризации: а = 1.0 • 10"7. Однако, получаемые результаты вычислений иногда не соответствуют реальным значениям неизвестных.

Решающее значение здесь имеет правильный выбор начального приближения, поскольку даже в случае положительного решения задачи ОФЗ слишком далекие начальные приближения приводят к разным значениям определяемых неизвестных параметров ЭВО.

Таким образом, математические модели снимков в виде классических коллинеарных зависимостей или их производных, а также ЛРС-модель вида не обеспечивают корректного решения задачи ОФЗ космических изображений вследствие резкого падения обусловленности исходной системы уравнений 7Юнравок.

Результатом указанного выше распада локальных связок сканерного снимка является плохая сходимость итерационного процесса при определении ЭВО сцены. Использование в качестве математической модели космических изображений сканерного типа классических коллинеарных зависимостей или их производных приводит к неопределенности решения задачи ОФЗ из-за отсутствия в этих моделях необходимой временной составляющей.

С учетом сформулированных выше теоретических положений общую математическую модель скаиерного снимка логично представить совокупностью двух частных моделей.

1. Fsl(Xs,Ys,Zs,a,co,x) (11)

2. Fdin (Vx, VY, Vz, Va, Vw, Vz,At)

Первая их них - статическая модель, которая описывает стандартную центральную проекцию общей виртуальной связки проектирующих лучей снимка, вторая - корректирующая ее динамическая модель - дополняет статическую модель путем описания конкретного для каждой строки множества локальных связок и отражает динамику формирования каждой локальной связки относительно общей виртуальной связки сцены.

Уравнения связи для статической модели имеют стандартный вид. Выражения для динамической составляющей получим с учетом условия формирования сцепы за общее время ДТ пролета спутника активного отрезка As орбиты.

Итак, пусть спутник движется по орбите со скоростью V. Тогда разница в пространственном и угловом положении спутника для текущей точки i снимка и всей его сцены определяется в топоцентрической системе координат OXYZ следующими выражениями:

л

АAKv, AZs,=\vzdr, (12)

/„ f(l /л

I, i,

Aa, = j'Vadt\ Aa>. = j>„,(//; Ax, = \vxdt,

'(] 'ii 'd

Если принять, что за время экспозиции сцены скорость движения спутника не изменяется: т.е. V; = const, то по правилам дифференциального исчисления получим искомые выражения:

AXsi = VxAti; AYsi = VYAti; AZsi = VzAti; (13)

Да: = Va ДЪ; А ел = At;; A » = Vx Atj.

Постоянные Vx, Vy, V2 являются проекциями вектора скорости V движения спутника на оси координат топоцентрической системы. Постоянные Va , V<o, V/. отражают суммарное влияние суточного вращения

Земли, а также спутника по трем степеням свободы. Переменная соответствует разнице во времени формирования текущей точки и центральной точки снимка. Комбинации 7 указанных параметров образуют шесть динамических ЭВО снимка: Х8, У5, Zs, а со % х которые изменяются в функции от времени.

С учетом сказанного искомая строгая математическая модель динамического типа для сканерного снимка принимает вид:

х = х5 + х," + (г-ъ%-г/) х'/ г'; у = у, + у/ + {ъ-гъ-г/) г /

(14)

Основная постоянная матрица П общего поворота кадрового снимка и корректирующая ее переменная динамическая матрица П° включают по девять направляющих косинусов:

(х^ / \ х~хо

Г = я*#°* У-Уо

7' [-/ )

п =

а, а2

б, Ь2

\ с>

П° =

"3 у

а. а2 «3

1 0 ь2°

0 0 1

С2 С3

0 >

о

У

п*п° = п. (15)

Матричные произведения направляющих косинусов а),Ъ-„с-, и а-;.Ь-;,с*;

математической модели сканерного снимка определяют обобщенные

направляющие косинусы а^ Ь;, С|:

Пространственные фотограмметрические координаты X', У, 2!

выражаются через его обобщенные направляющие косинусы а!, Ы, а и

измеренные координаты х1, ук

X = а| (х-х0) + а г(у-у„) - а3/; Г = Б] (х — х0) + Ъ2(у-у0) - Ь3/; (16)

2' = с\(х-х0) + с2(у-Уо) - с3/. Динамические параметры модели сканерного снимка выражаются

через текущее значение времени дт; и соответствующие проекции скорости V |

спутника:

Х5 = Ух • дт]; У5 = Уу. дт]; Ъъ = Уг* дт;;

(17)

а ° = V, * дт;; ш ° = V,,« дт1; % ° ~ V, * дт;. (18)

Очевидно, что при дт) = 0 выражения (14) ^ (18) вырождаются в коллинеарные зависимости центральной проекции стандартного вида. Поэтому в соответствии со спецификой данной математической модели полное решение обратной фотограмметрической засечки производится в два этапа. На первом этапе предполагается, что ориентируемый сканериый снимок является кадровым. Это достигается путем принятия условия:

дт: = 0 . (19)'

В результате такого решения ОФЗ определяются приближенные значения ЭВО кадрового снимка, которые принимаются в качестве начального приближения для второго этапа. Знание этих приближенных значений обеспечивает попадание в область сходимости решения задачи ОФЗ. Па втором этапе осуществляется полное решение задачи ОФЗ методом итераций с целью определения всех 12 неизвестных. Решению подлежит переопределенная система уравнений поправок, которая составляется на основе измерений на снимке пиксельных координат опорных точек. При этом каждая точка позволяет составить два уравнения поправок. Описанные зависимости были положены в основу программного обеспечения систем ОПЬо/Ыеуа.

В третьей главе «Экспериментальные исследования процесса обработки спутниковых изображении с помощью цифровой системы «ОЛТНОЛЧЕУА» приведены результаты обработки космических снимков, снятых оптико-электронными сканирующими системами в синхронном (А1оэ) и асинхронном ((^шскВЫ) режимах съемки.

Результаты выполненных экспериментальных исследований позволили сделать следующие выводы:

-при внешнем ориентировании космических снимков скаиерного типа на основе известных коллинеарных зависимостей, описывающих их геометрию как центральную проекцию, решение ОФЗ всегда приводит к пониженной точности: порядка 5 - 100 рх! в масштабе обрабатываемого снимка. При этом итеративный вычислительный процесс имеет очень длительную сходимость вследствие плохой обусловленности исходной системы уравнений поправок.

21

-использование разработанной математической модели снимка динамического типа позволяет выполнять решение ОФЗ с предельной точностью: порядка 0.5-1 рх1 в масштабе обрабатываемого снимка. Причем максимальный эффект достигается при внешнем ориентировании космических снимков скаиерного типа, полученных при асинхронном режиме съемки. В этом случае, точность решения ОФЗ возрастает в десятки раз.

Это хорошо согласуется с теоретическими положениями работы в которой установлено, что динамические искажения космических снимков скаиерного типа при синхронном режиме значительно меньше, чем при асинхронном.

В заключении приведены основные результаты работы:

1.Выполнен анализ метрических свойств современных космических изображений, в которых выделены две тесно связанные между собой их точностные категории: измерительные возможности и реальные измерительные свойства. Определен теоретический предел точности идентификации объектов местности для космических изображений <5ш'скШгс(, !К0!Ч08, ОгЬУ|'е\у-3, 8РОТ-5, А1оз, который равен: =0.5рх1. Предвычислеп уровень точности создаваемой на их основе картографической продукции. Сделан вывод, что современные космические снимки позволяют позволяют создавать ортоизображения в масштабе 1:2000 и мельче, а также цифровой модели рельефа в масштабе 1:5000 и мельче.

2.Получены формулы взаимосвязи существующих видов погрешностей измерений цифровых изображений, позволяющие априорно оценивать степень совершенства принятой иа производстве технологии обработки цифровых изображений, уровень точностных характеристик используемых цифровых изображений и измерительных возможностей человека-оператора.

3.Разработаиы основные требования к фотограмметрическому обеспечению ЦФС, предназначенной для обработки космических снимков, полученных оптико-электронными сканирующими системами.

4.Обоснованы модульная структура, основные функциональные возможности и технические характеристики первой базовой версии ЦФС.

22

Определена стратегия эволюционного развития ЦФС, которая определила технический облик ее возможных модификаций при движении к идеальной модели.

5.Установлена и исследована закономерность, проявляющаяся в том, что использование коллинеарных зависимостей центральной проекции для внешнего ориентирования космического снимка сканерного типа всегда приводит к неопределенности решения задачи ОФЗ. Определена основная причина ее возникновения, которая заключается в распаде общей связки гомологии строк кадра снимка вследствие движения спутника на множество локальных связок, привязанных по времени к своим точкам вдоль активного отрезка Аб орбиты, в пределах которого формируется кадр. Доказано, что для строгого внешнего ориентирования сканерного снимка должна использоваться математическая модель динамического типа, уравнения связи которой содержат временную составляющую I.

6.Выполненные исследования показывают, что применение 11РС-полиномов всегда приводит к возникновению в конечном продукте существенных ошибок систематического характера из-за несоответствия геометрии снимка закону действия ИРС-полиномов. Для устранения этих ошибок требуется иметь дополнительный набор из 5-10 опорных точек, с помощью которых можио повысить точность до уровня 5-8 рх1 в масштабе снимка. В этой связи предложено использовать КРС-иолиномы для организации быстрого поиска опорных точек при внешнем ориентировании космического снимка сканерного типа.

7.Разработана и исследована математическая модель сканерного снимка динамического типа, которая содержит временную составляющую I и с математической точки зрения является более общей по отношению к классической модели кадрового снимка.

8.Разработана двухэтапная вычислительная схема решения задачи ОФЗ, которая для обеспечения попадания в область сходимости предусматривает получение начального приближения, близкого к конечному результату.

Установлено оптимальное значение параметра регуляризации при решении ОФЗ: а=1- 10"8 для спутниковых изображений скаиерного типа.

9.Предложенная в работе математическая модель скаиерного снимка позволяет производить фотограмметрическую обработку скаиерпых снимков высокого разрешения с точностью 0.5-1.0 pxl. Данная модель применима для обработки спутниковых изображения любых типов, получаемых как в синхронном, гак и в асинхронном режимах сьсмки.

ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ:

1. Погорелов В.В., Шавук B.C. Создание локального Datum'a на территорию картографического проекта. М.,«Геодезия и картография», № 7, 2007.

2. Погорелов В.В., Шавук B.C. Теоретическое обоснование способа измерения высот зданий по одиночному спутниковому изображению. М., «Геодезия и картография», № 4, 2008.

3. Погорелов В.В., Шавук B.C. Анализ математических моделей при фотограмметрической обработке космических снимков. М.,«Геодезия и картография», № 3, 2009.

4. Погорелов В.В., Шавук B.C. Использование спутниковой навигации транспортных средств для различных потребителей. Международный транспортный форум "Транспорт России - 2007". Сочи, 2007.

5. Чекалии В.Ф., Семепенко A.A., Аксенов А.Л., Погорелов В.В., Шавук B.C., Воробьев Ю.Д. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 200 661 2680 от 28 июля 2006г. Система «Ortho/Neva», v. 1.0.

Подписано в печать 08.10.2009. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем 1,5 усл. печ. л. Тираж 80 экз. Заказ №275 Цена договорная Отпечатано в типографии МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Шавук, Виталий Степанович

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЛИКА ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ; ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ

1.1. Анализ метрических свойств космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения.

1.2. Формирование технического облика базовой модели цифровой фотограмметрической системы.

1.3. Разработка основных требований к фотограмметрическому обеспечению ЦФС «Ortho/Neva».

Выводы по главе

Глава 2. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ «ORTHO/NEVA»

2.1. Определение принципов формирования геометрии космических изображений сканерного типа.

2.2. Исследование степени адекватности различных математических моделей при внешнем ориентировании сканерных снимков

2.3 Теоретическое обоснование строгой математической модели сканерного снимка динамического типа.

Выводы по главе

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ СПУТНИКОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ «ORTHO-NEVA»

3.1. Обновление цифровой карты масштаба 1:5 000 на основе космических снимков QuickBird, полученных в асинхронном режиме.

3.2. Исследование точности внешнего ориентирования космического снимка IRS, полученного в синхронном режиме.

Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретическое обоснование цифровой фотограмметрической системы обработки космических снимков высокого разрешения"

Современное состояние методов и практики проектирования ЦФС)

Исторические этапы развития фотограмметрии как науки охватывают несколько периодов. На современном ее этапе произошло слияние двух научных направлений - теории аналитической фотограмметрии и методов обработки цифровых изображений. Долгое время эти направления развивались параллельно, решая примерно одни и те же задачи, пока развитие вычислительной техники и геоинформационных технологий не устранило это логическое противоречие, объединив их в определенный момент вместе. В результате возникла новая, быстро развивающаяся прикладная наука - цифровая фотограмметрия [16, 17, 18].

В развитых зарубежных странах становление методов и средств цифровой фотограмметрии происходило постепенно, в продолжительные сроки. Практически все организации, занимавшиеся производством картографической продукции, использовали для этой цели высокоточные аналитические приборы.

В России цифровая техника на базе PC-компьютеров внедрялась очень быстро. Это объясняется тем, что к 90-м годам ее производственный парк фотограмметрических приборов безнадежно устарел и состоял, в основном, из устройств механического типа: СПР и СД. Отечественные аналитические приборы к этому времени были уже разработаны военным ведомством, однако их массовое производство и внедрение на гражданские предприятия так и не состоялось ввиду высокой стоимости. Гражданские организации на своем техническом вооружении имели лишь отдельные образцы аналитических приборов «Стереоанаграф» на крупных АГП. В итоге, российское картографическое производство практически миновало этап изготовления и эксплуатации аналитических приборов и сразу же перешло к применению цифровых фотограмметрических систем (ЦФС).

При обработке снимков в ЦФС нет необходимости использовать традиционное фотограмметрическое оборудование, включая: моно и стереокомпараторы; аналоговые и аналитические стереоприборы; оборудование для получения ортофотопланов и оригиналов рельефа; оборудование фотолабораторий; устройства для маркировки и переноса опорных точек на фотоснимки.

В отличие от аналитических приборов в ЦФС нет оптических и механических подвижных элементов. Все технологические процессы — вычислительные и измерительные - выполняются с помощью компьютера. Метрическая и семантическая информация об объектах местности выводится из компьютера на экран в виде цифрового представления. В силу этого, стереомодель местности, которая строится на ЦФС, является дискретной во времени и пространстве и это, естественно, накладывает свой отпечаток на применяемые методы и технологию изготовления конечной продукции.

Причина повсеместного обновления парка фотограмметрических приборов на базе ЦФС - одна. Их преимущества по сравнению с аналоговыми и аналитическими приборами очень велики и выражаются в отсутствии ограничений по обработке снимков, в гибкости технологии, в возможности получения новых видов продукции, а также в существенно меньшей стоимости применяемых технических средств.

Ускоренные темпы развития цифровых фотограмметрических средств в нашей стране наложили свой отпечаток на их технический облик. Первое время применение имели, в основном, образцы зарубежной цифровой техники. Так, например, большое распространение в России получили цифровые системы и программные пакеты ГИС: ERDAS, Leica Helava Systems, Zeiss/Intergraph Imaging, ER Mapper, Photoshop, Maplnfo, Arc View, Arc GIS, MacroStation, PCI, ENVI, SERFER и др. С 1995 года до настоящего времени в России было внедрено более 600 иностранных рабочих станций, а за рубежом — всего 180.

В последующий период на российском рынке появились и прочно закрепились на нем отечественные цифровые системы - «PHOTOMOD», ЦФС ЦНИИГАиК, «Талка», «Z-Space», «ФОТОПЛАН», «OrthoSpace», «OrthoScan» и др. Только за 2006г. в нашей стране было внедрено 1400 ЦФС ЦНИИГАиК и 1200

ЦФС «Талка». Однако их программное обеспечение и применяемые методы обработки, в основном, копировали технический облик и технологии аналитических приборов (рис. ниже) и на первых порах они

Рис.1. Цифровая фотограмметрическая система ЦНИИГАиК. имели функциональные возможности с узконаправленным практическим применением.

Так, например, цифровая система «Z-Space» (ИИТ) ориентирована на создание цифровых моделей рельефа путем обработки только российских космических снимков ТК-350, а цифровая система «OrthoSpace» (ЗАО «Совинформспутник») - на создание ортоизображений исключительно на основе российских космических снимков KVR-1000. Цифровая система «Талка» (ИПУ РАН) не позволяет производить строгую фотограмметрическую обработку космических снимков. В тоже время цифровые системы «ФОТОПЛАН» (29 НИИ) и «OrthoScan» (ЗАО «Гео-Надир») позволяют создавать ортоизображения только по космическим снимкам. ЦФС ЦНИИГАиК создает конечный продукт путем векторизации контуров по исходным снимкам, что применительно к спутниковым изображениям не вполне корректно с точки зрения фотограмметрии.

В настоящее время в России только одна ЦФС «PHOTOMOD» (ЗАО

Ракурс») прошла техническую сертификацию по международным стандартам и обеспечивает фотограмметрическую обработку как цифровых аэроснимков, так и космических изображений. Однако, эта ЦФС адаптирована для строгой обработки только определенных видов космических снимков. К тому же, вследствие монопольности своего положения на российском рынке стоимость этой цифровой системы существенно завышена и рядовому пользователю недоступна. Имеются также серьезные недостатки в технической идеологии данной системы.

Так, в силу сложившихся обстоятельств, проектирование этой ЦФС происходило при финансовой и технической поддержке французского космического агентства CNESS. К тому же, ее первоначальная структура и технология разрабатывались не специалистами в области фотограмметрии, а программистами-математиками. Естественно, поэтому, что техническая идеология данной ЦФС была построена по стандартам зарубежной техники. В частности, технология обработки снимков организована по системе «Ье1р'ов». Согласно этой технической концепции оператору предоставляется программный инструментарий, содержащий описание технологических процедур и функциональных возможностей ЦФС, по совокупности достаточных для получения конечного продукта. Однако конкретную технологию работы оператор строит сам в силу своих знаний и имеющегося практического опыта. Это является недостатком ЦФС PHOTOMOD, поскольку ведет к увеличению времени освоения программы и неоднозначности конечного результата технологической обработки.

Таким образом, в нашей стране имеется насущная практическая потребность в разработке ЦФС, построенной по технологическому принципу, позволяющей производить строгую фотограмметрическую обработку снимков любого типа, доступной по стоимости и имеющей удобный интерфейс. Поиску и теоретическому обоснованию решения многих задач данного научного направления посвятили свои исследования отечественные ученые, в том числе: проф. Лобанов А.Н., проф. Журкин И.Г., д.т.н. Тюфлин Ю.С., д.т.н. Малявский Б.К., д.т.н. Пяткин В.П., д.т.н. Алчинов А.И., д.т.н. Чекалин В.Ф., д.т.н. Желтов С.Ю., д.т.н. Аковецкий В.Г. д.т.н. Мышляев В.А., д.т.н. Нехин С.С., д.т.н.

Чибуничев А.Г. к.т.н. Калантаров Е.И., к.т.н. Краснопевцев Б.В., к.т.н. Михайлов А.П. и др.

Их работы были дополнены трудами зарубежных научных специалистов: U. Helava, I. Katzarsky, G. Konecny, D. Fritsch, R. Graham, A. Koh, T. Schenk и др.

Результаты указанных исследований составили теоретический фундамент фотограмметрического обеспечения существующих ЦФС, содержание которого в настоящий момент до конца еще не сложилось, и послужили отправной точкой научных изысканий автора по данной актуальной тематике.

Целью исследований диссертационной работы является разработка теоретических и методологических основ фотограмметрического обеспечения цифровой фотограмметрической системы, предназначенной для строгой обработки современных снимков и, в первую очередь, космических сканерного типа. Главные ее аспекты включают: обоснование технического облика базовой модели цифровой фотограмметрической системы; разработку и апробацию строгих методов обработки спутниковых изображений высокого и сверхвысокого разрешения.

Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленной целью, состоят в следующем:

1.Анализ метрических свойств космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения.

2.0боснование структуры, функциональных возможностей и технических характеристик цифровой системы для фотограмметрической обработки космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения, включающее разработку основных требований к фотограмметрическому обеспечению цифровой системы для обработки космических снимков высокого и сверхвысокого разрешения.

З.Определение основных принципов формирования геометрии космических снимков сканерного типа, включающее исследование адекватности различных математических моделей, используемых для внешнего ориентирования сканерных снимков.

4.Теоретическое обоснование строгой математической модели сканерного снимка динамического типа, включающее параметры текущего времени формирования исходного изображения и выполнение экспериментальных исследований точности внешнего ориентирования космических снимков, полученных в синхронном и асинхронном режимах съемки.

Диссертационная работа включает оглавление, введение, три главы, заключение, список использованной литературы и приложение.

Заключение Диссертация по теме "Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия", Шавук, Виталий Степанович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

Результаты выполненных экспериментальных исследований позволяют сделать следующие выводы.

1. При внешнем ориентировании космических снимков сканерного типа на основе известных коллинеарных зависимостей, описывающих их геометрию как центральную проекцию, решение ОФЗ всегда приводит к пониженной точности: порядка 5 - 100 pxl в масштабе обрабатываемого снимка. При этом итеративный вычислительный процесс имеет очень длительную сходимость вследствие плохой обусловленности исходной системы уравнений поправок.

2. Использование разработанной в главе 2 математической модели снимка динамического типа позволяет выполнять решение ОФЗ с предельной точностью: порядка 1 pxl в масштабе обрабатываемого снимка. Причем максимальный эффект достигается при внешнем ориентировании космических снимков сканерного типа, полученных при асинхронном режиме съемки. В этом случае, точность решения ОФЗ возрастает в десятки раз.

Это хорошо согласуется с теоретическими положениями раздела 2.1, в котором было установлено, что динамические искажения космических снимков сканерного типа при синхронном режиме значительно меньше, чем при асинхронном.

3. Можно считать доказанным основное утверждение главы 2, что для полного использования измерительных свойств сканерного снимка путем его строгого внешнего ориентирования должна использоваться математическая модель динамического типа, уравнения связи которой содержат временную составляющую t.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и задачами диссертационной работы получены следующие результаты.

1. Выполнен анализ метрических свойств современных космических изображений, в которых выделены две тесно связанные между собой их точностные категории: измерительные возможности и реальные измерительные свойства. В этой связи определен теоретический предел точности идентификации объектов местности для наиболее употребительных космических изображений QuickBird, IKONOS, OrbView-3, SPOT-5, Alos, который равен: аидент = 0.5pxl. На этой основе предвычислен уровень точности создаваемой с их помощью картографической продукции.

Сделан вывод, что современные космические снимки позволяют позволяют создавать ортоизображения в масштабах:

GeoEye - 1:2 ООО и мельче;

WorldView-1 - 1:5 ООО и мельче;

QuickBird - 1:5 ООО и мельче;

IKONOS и OrbView-3 - 1: 10 ООО и мельче;

SPOT-5 и Alos - 1:25 000 и мельче. а также ЦМР для цифровых карт масштабов:

GeoEye - 1:5 000 и мельче;

WorldView-1 - 1: 10 000 и мельче;

QuickBird - 1: 10 000 и мельче;

IKONOS и OrbView-3 - 1: 25 000 и мельче;

SPOT-5 и Alos - 1:50 000 и мельче.

2. Получены формулы взаимосвязи существующих видов погрешностей измерений цифровых изображений, позволяющие априорно оценивать степень совершенства принятой на производстве технологии обработки цифровых изображений, уровень точностных характеристик используемых средств и измерительных возможностей человека-оператора.

3. Разработаны основные требования к фотограмметрическому обеспечению цифровой системы, предназначенной для обработки космических снимков высокого разрешения.

4. Обоснованы модульная структура, основные функциональные возможности и технические характеристики первой базовой версии ЦФС.

Определена стратегия эволюционного развития ЦФС, которая определила технический облик ее возможных модификаций при движении к идеальной модели.

5. Впервые установлена и исследована закономерность, проявляющаяся в том, что использование коллинеарных зависимостей центральной проекции для внешнего ориентирования космического снимка сканерного типа всегда приводит к неопределенности решения задачи ОФЗ.

Определена основная причина ее возникновения, которая заключается в распаде общей связки гомологий строк кадра снимка вследствие движения спутника на множество локальных связок, привязанных по времени к своим точкам вдоль активного отрезка As орбиты, в пределах которого формируется кадр.

Следствием указанного распада общей связки является падение обусловленности исходной системы уравнений поправок, что, в свою очередь, приводит к ухудшению сходимости итерационного процесса при определении ЭВО. И, если решение задачи ОФЗ все-таки будет найдено за счет включения дополнительных опорных точек, то точность определения ЭВО сканерного снимка будет существенно ниже теоретически возможной. Конкретная величина потери точности (в 5-25 раз) определения ЭВО будет зависеть от режима съемки, размеров активного отрезка As орбиты и параметров съемочной камеры.

Доказано, что для строгого внешнего ориентирования сканерного снимка должна использоваться математическая модель динамического типа, уравнения связи которой содержат временную составляющую t.

6. На современном рынке данных ДЗЗ конечному пользователю предоставляются фирмами-провайдерами спутниковые изображения сканерного типа в комплекте поставки с файлом служебной информации HMD. Данный файл содержит коэффициенты RPC-полиномов, которые по утверждению поставщика позволяют создавать ортоизображения необходимой точности без использования точек полевой подготовки. Выполненные по данной тематике исследования показывают, что применение RPC-полиномов всегда приводит к возникновению в конечном продукте существенных ошибок систематического характера из-за несоответствия геометрии снимка закону действия RPC-полиномов. Для устранения этих ошибок требуется иметь дополнительный набор из 5-10 опорных точек, с помощью которых можно повысить точность до уровня 5-8 pxl в масштабе снимка.

В этой связи предложено использовать RPC-полиномы для организации быстрого поиска опорных точек при внешнем ориентировании космического снимка сканерного типа.

7. Разработана и исследована строгая математическая модель сканерного снимка динамического типа, которая в составе своих переменных содержит временну'ю составляющую t и с математической точки зрения является более общей по отношению к классической модели кадрового снимка. Предложенная модель включает в себя кадровый снимок как частный случай статического режима при условии: t = 0.

Разработана двухэтапная вычислительная схема решения задачи ОФЗ, которая для обеспечения попадания в область сходимости предусматривает получение начального приближения, близкого к конечному результату, и — регуляризацию плохо обусловленной исходной системы уравнений поправок по методу акад. Тихонова. Установлено оптимальное значение параметра о регуляризации: а = 1* 10" для спутниковых изображений.

Предложенная в работе строгая математическая модель сканерного снимка позволяет производить фотограмметрическую обработку сканерных снимков высокого разрешения с точностью 0.5-1.0 pxl. Данная модель является универсальной и применима для обработки спутниковых изображения любых типов, получаемых как в синхронном, так и в асинхронном режимах съемки.

8. Результаты выполненных экспериментальных исследований позволили сделать следующие выводы:

- при внешнем ориентировании космических снимков сканерного типа на основе известных коллинеарных зависимостей, описывающих их геометрию как центральную проекцию, решение ОФЗ всегда приводит к пониженной точности: порядка 5 — 100 pxl в масштабе обрабатываемого снимка. При этом итеративный вычислительный процесс имеет очень длительную сходимость вследствие плохой обусловленности исходной системы уравнений поправок. использование разработанной в главе 2 математической модели снимка динамического типа позволяет выполнять решение ОФЗ с предельной точностью: порядка 1 pxl в масштабе обрабатываемого снимка. Причем максимальный эффект достигается при внешнем ориентировании космических снимков сканерного типа, полученных при асинхронном режиме съемки. В этом случае, точность решения ОФЗ возрастает в десятки раз.

Это хорошо согласуется с теоретическими положениями раздела 2.1, в котором было установлено, что динамические искажения космических снимков сканерного типа при синхронном режиме значительно меньше, чем при асинхронном.

Можно также считать доказанным основное утверждение главы 2, что для строгого внешнего ориентирования сканерного снимка должна использоваться математическая модель динамического типа, уравнения связи которой содержат временную составляющую t.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Шавук, Виталий Степанович, Москва

1. Аванесов Г.А., Ю.П. Киенко. Цифровые аэросъемочные комплексы. Геопрофи. 2004.№ 1. С. 8-12.

2. Адров В.Н., Карионов Ю.И., Титаров П.С., Чекурин А.Д. Критерии выбора данных ДЗЗ для топографического картографирования. ЗАО «Ракурс». Москва, Россия, 2006.

3. Алчинов А.И., Кекелидзе В.Б. Технология создания ортофотопланов по материалам космической съемки с помощью ПО «ЦФС-Талка», М., Геопрофи, №2, 2007. Стр.53-54.

4. А.М.Чандра, С.К.Гош. Дистанционное зондирование и географические информационные системы. М., Техносфера, 2008.

5. Аппаратура радионавигационной глобальной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования. Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек. Госстандарт России. г.Москва, ИПК Издательства стандартов, 2001г.

6. Баранов Ю.Б., Королев Ю.К., Миллер С.А. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации.- 1997.- №2(9), с. 42- 45.

7. Баранов Ю.Б., Королев Ю.К., Миллер С.А. Программное обеспечение для обработки данных дистанционного зондирования (окончание) // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации.- 1997.- №4(11), с. 4047.

8. Басманов А.Е., Горбачев В.В. Мониторинг земельных ресурсов с использованием космической информации. «Земельный вестник России», 2003, № 2, с. 28-34.

9. Бехдиниан Б. Создание ортоисправленных изображений со спутника IKONOS на основе ЦМР со спутника SPOT (Перевод компании «Совзонд») // WWW.sovzond.ru.

10. Ю.Бруевич П.Н. Фотограмметрия: Учеб. для вузов.- М.: Недра, 1990, 285 с.

11. П.Бугаевский JI.M., Портнов A.M. Теория одиночных космических снимков. М., «Недра», 1984.

12. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли.- М.: Издательство А и Б, 1999.- 296 с.

13. Гельман Р.Н. Точность измерений по снимкам, полученным неметрической фотокамерой. Геодезия и картография, 1982, №7, с.29-32.

14. Горелов В.А., Лукашевич Е.Л., Стрельцов В.А. Космические системы детального наблюдения Земли // ГИС-Ассоциация, Ежегодный обзор, 1999, выпуск № 5, с.26-36.

15. Горелов В.А., Лукашевич Е.Л., Стрельцов В.А. Состояние и тенденции развития космических средств дистанционного зондирования высокого разрешения // ГИС-Ассоциация, Информационный бюллетень, 2002, № 4(36), с. 6-11.

16. Горелов В.А., Лукашевич Е.Л., Стрельцов В.А. Состояние и тенденции развития космических средств дистанционного зондирования высокого разрешения // ГИС-Ассоциация, Информационный бюллетень, 2002, № 5 (37), с. 7-12, 43-45.

17. Горелов В.А., Лукашевич Е.Л., Стрельцов В.А. Состояние и тенденции развития космических средств дистанционного зондирования высокого разрешения // ГИС-ассоциация, Информационный бюллетень, 2003, № 1(38)—2 (39), с. 6-10, 44-45

18. ГОСТ 28441-99. Картография цифровая. Термины и определения.

19. ГОСТ Р 51833 — 2001. Фотограмметрия. Термины и определения.

20. ГОСТ Р51353-99 Геоинформационное картографирование. Метаданные электронных карт. Состав и содержание.

21. ГОСТ Р51605-2000 Карты цифровые топографические. Общие требования.

22. ГОСТ Р51606-2000 Карты цифровые топографические. Система классификации и кодирования цифровой картографической информации.

23. ГОСТ Р51607-2000 Карты цифровые топографические. Правила цифрового описания картографической информации. Общие требования.

24. ГОСТ Р51794-2001 «Системы координат. Методы преобразований координат определяемых точек» М. Госстандарт РФ, 2001.

25. ГОСТ РФ «Географические информационные системы. Координатная основа», г. Москва, 2005г.

26. ГОСТ РФ «Модели местности цифровые. Общие требования», г. Москва, 2005г.

27. Гречищев А.В., Лихачев Ю.А. Космические системы дистанционного зондирования Земли в 1998 г. // ГИС-Ассоциация, Ежегодный обзор, 1998, выпуск 4, с. 83-92.

28. Дубиновский В.Б. Калибровка снимков. М., Недра, 1982.

29. Живичин А.Н., Соколов B.C. Дешифрирование фотографических изображений. М.: Недра, 1980.3О.Зайцев В. Обзор продукции компании LH System // ДАТА+, ESRI Inc., ERDAS Inc., ArcReview, 2002,№ 4, с. 14-15.31 .Законы России, http://www.law Russia.ru.

30. Инструкция по фотограмметрическим работам при создании цифровых топографических карт и планов. М., 2002, с. 100 (Федеральная служба геодезии и картографии России).

31. Кацарский И.С. О цифровой фотограмметрии и перспективах ее применения. «Геопрофи». № 6, 2006.

32. Кацарский И.С. Цифровая фотограмметрия и ее состояние в Болгарии. «Геодезия, картография, землеустройство». 2004. №3^4.

33. Киенко Ю.П. Введение в космическое природоведение и картографирование: Учебн. для вузов.- М.: Картгеоцентр Геоиздат, 1994, 212 с.

34. Китов А.Д. Дистанционные данные проблемы и будущее ГИС // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации.- 1997.- №3(10), с. 12.

35. Книжников Ю.Ф. Аэрокосмическое зондирование. Методология, принципы, проблемы. М.; Изд-во Моск. ун-та, 1997, с. 129.

36. Книжников Ю.Ф., Гельман Р.Н. Компьютерная система для измерения цифровых стереопар при решении нетопографических задач и научных исследованиях. //Геодезия и картография, № 2, 1999, стр. 136-149.

37. Комаровский Ю.А. Использование различных референц-эллипсоидов в судовождении. Учебное пособие, Владивосток, 2005, 343 стр.

38. Концепция развития российской космической системы дистанционного зондирования Земли на период до 2025 г.

39. Королев Ю.К. Методы обработки данных дистанционного зондирования // Информационный бюллетень ГИС-ассоциации.- 1996-№2(4), с. 51-55.

40. Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред. Книжникова Ю.Ф.- М.: Изд-во МГУ, 1995, 240 с.

41. Лобанов А.Н. Фотограмметрия, Москва, "Недра", 1984.

42. Лобанов А.Н., Буров М.И., Краснопевцев Б.В. Фотограмметрия. М., «Недра», 1987.

43. Микеров В.И., Гонин Г.Б. Технические возможности и особенности цифровых аэросъемок. Геодезия и картография, 1997, №7, с.34-39.

44. Миллер С.А. Рынок геоинформатики России в 2006г. Состояние, проблемы и перспективы развития. ГИС-Ассоциация. Информационный бюллетень. № 3 (60). 2007.

45. Назаров A.C. Дистанционное зондирование: съемочные системы и специфика фотограмметрической обработки. «Автоматизированные технологии изысканий и проектирования». № 14, 2004, стр.70.

46. Нехин С.С. Создание и обновление топографических карт и планов на основе обработки космических сканерных изображений. М., «Геодезия и картография», №11, 2008. Стр. 34-40.

47. Новаковский Б.А. Фотограмметрия и дистанционные методы изучения1. Земли. М., МГУ, 1997.

48. Олейник С.В., Гайда В.Б. Цифровые камеры для аэрофотосъемки. Геопрофи. 2006. № 4. С. 45-51.

49. Погореленко Е. В. О государственной геоцентрической системе координат ПЗ-90.02. «Геопрофи», № 5, 2007.

50. Погорелов В. В., Шавук В. С. Создание локального Datum'a на территорию картографического проекта. М., «Геодезия и картография», № 7, 2007.

51. Погорелов В.В., Шавук B.C. Теоретическое обоснование способа измерения высот зданий по одиночному спутниковому изображению. М., «Геодезия и картография», №4, 2008.

52. Погорелов В.В., Шавук B.C. Анализ математических моделей при фотограмметрической обработке космических снимков. М.,«Геодезия и картография», № 3, 2009.

53. ПОЛОЖЕНИЕ О СИСТЕМЕ СЕРТИФИКАЦИИ ГЕОДЕЗИЧЕСКОЙ, ТОПОГРАФИЧЕСКОЙ И КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ. Федеральная служба геодезии и картографии России. М., 2000г.

54. Постановление Правительства Российской Федерации № 568 от 28 июля 2000 г. «Об установлении государственных систем координат».

55. Руководство по всемирной геодезической системе — 1984 (WGS-84). Doc 9674 — AN/946. — ICAO, 2002.

56. Руководство пользователя по выполнению работ в системе координат1995 года (СК-95). ГКИНП (ГНТА) 06-278-04. г.Москва. ЦНИИГАиК. 2004г.

57. Самратов У.Д. О концепции создания Межотраслевой системы спутникового позиционирования Российской Федерации — проект RUPOS. Информационный бюллетень. № 2 (49), 2005г., ГИС-ассоциация, г. Москва.

58. Система геодезических параметров Земли «Параметры Земли 1990 года» (ПЗ-90) — М., 1998.

59. Соловейчик К. Эволюционный подход к разработке информационных систем. Intelligent Enterprice. № 4 (160), 2007, www.Iemag.ru.

60. Титаров П.С. Метод приближенной фотограмметрической обработки сканерных снимков при неизвестных параметрах сенсора. Геодезия и картография, №6, 2002 г., стр. 30-34.

61. Титаров П.С. Практические аспекты фотограмметрической обработки сканерных космических снимков высокого разрешения // ГИС-Ассоциация, Информационный бюллетень, 2004, № 3 (45), с. 25-26, 51.

62. Титаров П.С. Фотограмметрическая обработка спутниковых сканерных стереопар. М., Геодезия и картография. — 2001. №8, с. 30-34.

63. Титаров П.С. Характеристики точности СЕ и LE. 2007. http://www.racurs.ru.

64. У.Г.Рис. Основы дистанционного зондирования. М., Техносфера, 2006.

65. У.К. Прэтт. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982, в 2-х томах. (William К. Pratt. Digital image processing. A Wiley-Interscience publication John Wiley and Sons, N.Y. 1978).

66. Урмаев H.A. Элементы фотограмметрии. M.; Геоиздат, 1941, 218 с.

67. Харитонов В.Г., Громов М.О. Геоинформационное обеспечение территорий муниципального образования г. Новый Уренгой на основе данных дистанционного зондирования. Юрмала, Пятый Международный семинар пользователей системы OMOD, 2005.

68. Цифровая фотограмметрия: обзор программных средств // ГИС — Обозрение, 1998. №1, с. 10 15.

69. Чекалин В.Ф. Ортотрансформирование фотоснимков. М. изд. «Недра», 1986.

70. Чекалин В.Ф., Семененко А.А., Аксенов A.JL, Погорелов В.В., Шавук B.C., Воробьев Ю.Д. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006612680 от 28 июля 2006г. Система Ortho/Neva, v. 1.0.

71. Чибуничев А.Г. О возможностях применения цифровых методов фотограмметрии для решения инженерных задач. Изв.вузов. Геодезия и аэросъемка. 1990, №6, с.76-82.

72. Янутш Д.А. Дешифрирование аэрокосмических снимков. М.: Недра,1992.- 240 с.

73. Berg A.W. Reproduction of High Acuity Aerial Photography. Photographic

74. Science and Engienerring 1961/6, S. 321-326.

75. Butowt J., Kaszynski R. Fotogrametria. Warszawa, Wojskowa Akademia Techniczna, 2003.

76. Cheng, P., T. Toutin, Y. Zhang, M. Wood. QuickBird geometric correction, path and block processing and data fusion.

77. Dial, G., 2000. IKONOS satellite mapping accuracy. Proceedings of ASPRS Annual Convention 2000, 22-26 May, Washington, D.C., CD-ROM.

78. Digital Globe Inc., QB Imagery products, Product guide, 2003.

79. DigitalGlobe, 2002. QuickBird Imagery Products Product Guide. DigitalGlobe, Inc. http://www.digitalglobe.com/downloads/ QuickBird Imagery Products - Product Guide.pdf (accessed on 17 April, 2005).

80. Di, К., R. Ma, and R. Li, 2003b. Geometric processing of IKONOS Geo stereo imagery for coastal mapping Applications. Photogramm. Eng. And Remote Sens., 69(8), pp. 873-879.

81. Dr. Chekalin V. F., Fomtchenko M. M., 'Comparative characteristics of DEM obtained from satellite images SPOT-5 and TK-350', XXth ISPRS Congress 12-23 July 2004, Istanbul, Turkey, Commission I papers, Vol. XXXV, part BI, p.459.

82. ERDAS Imagine // ГИС Обозрение - 1994.- №1.- с. 30 - 32.

83. Fraser, С. S., and H. B. Hanley, 2003. Bias compensation in rational functions for IKONOS satellite imagery. PhotogrammEng. Remote Sens., 69(1), pp. 53-57.

84. FRASER, С. ET AL. (2002): Three-Dimensional Geopositioning Accuracy Of IKONOS Imagery, Photogrammetric Record, 17(99), 465479.

85. Fritsch / Spiller (Eds.).Photogrammetric Week'01. Heidelberg, Herbert Wichmann Verlag, 2001.

86. Fritsch, D. (Ed.). Photogrammetric Week'05.Heidelberg, Herbert Wichmann Verlag, 2003 .Heidelberg, Herbert Wichmann Verlag, 2005.

87. GEORGE VOZIKIS, CLIVE FRASER, JOSEF JANSA. Alternative

88. Sensor Orientation Models For High Resolution Satellite Imagery.

89. Gottfried Konecny, Gerhard Lehman. Photogrammetrie. Walter de Gruyter.1. Berlin New york. 1984.

90. Graham R., A. Koh. Digital aerial survey. Theory and practice. Caithness (U. K.), Whittles Publishing, 2002.

91. Grodecki J., Dial G. Block Adjustment of High-Resolution Satellite Images Described by Rational Polynomials// Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, January 2003, Vol. 69, №1. pp. 59-68.

92. HANLEY, H. ET AL. (2001): Sensor Orientation For High-Resolution Satellite Imagery, ISPRS Archives Commission I, WG1/5, Denver.

93. IKONOS IMAGERY PRODUCTS AND PRODUCT GUIDE (2002),

94. Space Imaging, http://www.spaceimaging.com/whitepaperspdfs /IKONOS ProductGuide.pdf, (last accessed on June 10th 2003)

95. Instruction for production and revision of large-scale topographic maps (in

96. Bulgarian), Ministry of regional development and public works, Main department for geodesy, cartography and cadastre, Sofia. 1985.

97. Ivanova К., T. Madzharova, A. Alexandrov, Possibilities and limitation ofsatellite imagery. International symposium Modern technologies, education and professional practice in the globalizing word, Sofia . 2003.

98. Katzarsky I. Digital photogrammetry, but how? International symposium on

99. Modern technologies, education and professional practice in geodesy and related fields, Papers, Sofia, 2004.

100. Katzarsky I., L. Koleva, Revision of the large-scale topographic map in Bulgaria. ISPRS XVIII Congress, Vienna. Intern. Arch, of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXXI, Part B4, Comm. IV. 1966.

101. Konecny G. Geoinformation Remote Sensing, Photogrammetry and Geographic Information Systems. London and New York, Taylor & Francis, 2003.

102. Li, R., 1998. Potential of high-resolution satellite imagery for national mapping products. Photogramm. Eng. Remote Sens., 64(2), pp. 11651169.

103. OKAMOTO, A. ET AL. (1999): Geometric Characteristics Of Alternative Triangulation Models For Satellite Imagery, Proceedings of ASPRS-RTI, Annual Conference, 64-72

104. P.Pellika. Development of correction chain for multispectral airborne video camera data for natural resource assessment. Fennia, 1998, 176, №1, pp.1 -110.

105. Petrie G. Airborne Digital Frame Cameras. Emmelord (The Netherlands), Geoinformatics, 7, 2003.

106. Petrova V., K. Ivanova, T. Hristova, A. Alexandrov, Review of some digital photogrammetric systems. International symposium Spaceinformation — technologies, acquisition, processing and effective application, Sofia. 2002.

107. Petrova V., M. Koeva, Digital photogrammetry in GIS SOFIA Ltd. з"* International PHOTOMOD user conference, Moscow. 2003.

108. PRESS ИТ (2002): Technical Features Of The SPOT5 System, 6-10 www.cnes.fr/actualites/spot5/va/pdf/techniqueva.pdf, (accessed January 27th, 2003).

109. Rossi L., Satellite high resolution new applications: QuickBird. EFITA 2003 Conference, Debrecen (Hungary). 2003.

110. Sathesh Kumar K., 'Digital Photogrammetry In India A New Wave', XXth ISPRS Congress 12-23 July 2004, Istanbul, Turkey, Commission VI papers, Vol. XXXV, part B6, p. 174.

111. Schenk T. Digital Photogrammetry, Vol. 1. Laurelville (Ohio), Terra Science, 1999.

112. Symbols for large-scale topographic maps (in Bulgarian), Ministry of regional development and public works, Department cadastre and geodesy, Sofia. 1993.

113. TAO, V. AND HU Y. (2002): 3D Reconstruction Methods Based On The Rational Function Model, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 68, No. 7, 705-714

114. The Fundamentals of Digital Photogrammetry. Vancouver, I.S.M. International System Corporation, 1996-2000.

115. TOUTIN, Т. ET AL. (2003): Error Tracking In IKONOS Processing Using A 3D Parametric Model, Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 69, No. 1, 43-51

116. Toutin, Т., P. Cheng, 2002. QuickBird, a milestone for high resolution mapping. EOM, br. 11.

117. WESTIN, T. (1990): Precision Rectification Of SPOT Imagery, Photogrammetric Engineering And Remote Sensing, Vol. 56, No. 2, 247253.

118. Xutong Niu, Jue Wang, Kaichang Di, Jin-Duk Lee, Ron Li. Моделирование геометрии и фотограмметрическая обработка спутниковых изображений высокого разрешения. Mapping and GIS Laboratory, CEEGS, The Ohio State University, Commission IV, WGIV/7.

119. YAMAKAWA, T. (2001): Geometric Analysis Of Affine Models, Department Of Geomatics, University Melbourne, Australia, 1-12

120. Zlatanova, S., 3D GIS for Urban Development, ITC, The Netherlands.