Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование методики фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений

ВАК РФ 25.00.34, Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование методики фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений"

На правах рукописи

КЛОЧКОВ ИВАН АЛЕКСЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИКИ ФОТОГРАММЕТРИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОДИНОЧНЫХ КОСМИЧЕСКИХ СКАНЕРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

25.00.34 - Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия

(технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005048144

10 ЯНВ 2013

Москва-2012

005048144

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)» на кафедре Фотограмметрии и Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет» на кафедре Телекоммуникаций

Научный руководитель: кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Андронов Владимир Германович

Официальные оппоненты: Нехин Сергей Степанович

Защита состоится «25» декабря 2012 года в часов на заседании диссертационного совета Д 212.143.01 при Московском Государственном Университете Геодезии и Картографии по адресу: 105064, Москва, К-64, Гороховский пер. 4, МИИГАиК, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского Государственного Университета Геодезии и Картографии.

доктор технических наук, старший научный сотрудник, Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросъемки и картографии, заведующий отделом

Гречищев Александр Владимирович кандидат технических наук, инновационный научно-образовательный центр «Геомониторинг» Московского государственного университета геодезии и картографии, директор

Ведущая организация:

ОАО «Научно-исследовательский институт точных приборов» (ОАО «НИИ ТП»)

Автореферат разослан «Л0 »

2012 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

Краснопевцев Б.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время космические сканерные снимки высокого разрешения находят все большое применение при создании и обновлении карт различного назначения, цифровых моделей местности и расположенных на ней объектов и решении многих других задач. Научная база организации процессов их фотограмметрической обработки для этих целей достаточно глубоко проработана. Широкое распространение получили технологии использования бортовых данных об элементах внешнего ориентирования снимков, методы обработки снимков в условиях недоступности метаданных съёмки, внешнего ориентирования фотограмметрических моделей по опорным точкам местности, полиномиальные методы на основе коэффициентов ИРС и многие другие.

Вместе с тем, появление новых космических оптико-электронных комплексов сверхвысокого разрешения, работающих в режиме временной задержки и накопления зарядовых пакетов и способных выносить линию визирования вдоль, перпендикулярно и поперёк трассы КА, кардинально изменило геометрию, длительность и другие важнейшие характеристики космической съёмки. На смену традиционных объектовых режимов кратковременного включения с постоянным ракурсом съёмки пришли маршрутные и площадные режимы съёмки с большой длительностью включения и трёхосным угловым движением КА. В этих условиях использование существующих технологий для обработки сканерных изображений в масштабах включения съёмочной аппаратуры оказалось крайне затруднительным и обусловило необходимость разбиения маршрута съёмки на условные кадры (сцены). Это, в свою очередь, привело к необходимости существенного увеличению числа опорных точек, требуемых для внешнего ориентирования используемых фотограмметрических моделей, и, в конечном счёте, к увеличению трудоёмкости и стоимости фотограмметрических работ. Кроме этого, существующие технологии применимы только для обработки реальных изображений, и не годятся для моделирования рассматриваемых процессов для перспективных комплексов. В этой связи, учитывая планируемые в ближайшем будущем запуски отечественных комплексов сверхвысокого разрешения, тема решаемой в работе научно-технической задачи представляется актуальной.

Работа выполнена в соответствии с Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 20092013 гг.», в рамках реализации мероприятия № 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук».

Цель работы: разработка и исследование методики фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений на основе математического описания процессов их формирования в масштабах включения съёмочной аппаратуры без использования опорных точек местности.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- анализ состояния вопросов фотограмметрической обработки. одиночных сканерных изображёний, обоснование выбора направлений исследования и математическая постановка задачи;

- разработка комплекса математических моделей космической сканерной съёмки с трехосным угловым движением КА, инвариантных тс : длительности включения съёмочной аппаратуры, характеру рельефа местности и учитывающих не только геометрические, но и фотометрические характеристики формирующихся сканерных изображений; : . : . : ; .

- разработка и исследование методики координатной привязки одиночных космических сканерных изображений;

- разработка методики построения макетных сканерных изображений и проведение на них экспериментальных исследований по верификации разработанного комплекса моделей и оценке точности методики координатной привязки.

Объект исследования. Космические одиночные сканерные.... изображения земной поверхности.

Предмет исследования. Математические модели формирования и методики фотограмметрической обработки сканерных изображений, получаемых космическими оптико-электронными системами в режимах съёмки с трёхосным угловым движением КА.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа, теория множеств, теории статистического анализа и математического моделирования, теория космической фотограмметрии, теория небесной механики, астрономия, картография. Для использования в экспериментальных исследованиях ЦМР тестового участка местности использовался пакет ГИС МарТпйэ 10.1.

Научная новизна. В диссертации получены- следующие результаты, характеризующиеся научной новизной, которые выносятся на защиту:

- динамическая фотограмметрическая модель, устанавливающая функциональную связь между порядковыми номерами пикселей одиночного космического сканерного изображения и геоцентрическими координатами соответствующих им точек местности, и отличающаяся строгим математическим описанием геометрической структуры маршрута изображения и его элементов внешнего ориентирования в условиях трёхосного углового движения КА на интервале съёмки и отсутствия опорных точек местности;

- методика координатной привязки одиночных космических сканерных изображений, основанная на использовании ориентирующих углов линии визирования в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР и отличающаяся учётом направленности итерационного процесса, обусловленной особенностями взаимного расположения линии визирования

и ЦМР;

-методика построения макетных сканерных изображений, позволяющая осуществлять экспериментальные исследования процессов их фотограмметрической обработки, и отличающаяся отсутствием необходимости использования реальных бортовых и наземных измерений и включением в комплекс аналитических моделей местности и снимка контура орбитального планирования трасс КА.

■ Практическая значимость работы. Практическая значимость полученных результатов исследования определяется тем, что они, во-первых, дают методическую основу для совершенствования технологий фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений. Во-вторых, результаты исследования доведены до конкретной алгоритмической и программной реализации, работоспособность которых проверена экспериментальным путем на макетных данных.

Реализация и внедрение. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы:

в НИР «Организация процессов разработки, формирования и актуализации ортогеокодированных данных дистанционного зондирования обширных территорий в интересах геоинформационного обеспечения социально-экономического развития регионов» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 гг.»;

в ОАО «НИИ ТП» при разработке технических заданий на составные части ОКР «Эпизод», в программных комплексах для организации процессов наземной фотограмметрической обработки космических сканерных изображений орбитальным методом, в системных исследованиях по теме «Приём», связанной с созданием единой территориально-распределённой информационной системы дистанционного зондирования;

внедрены в учебном процессе Юго-Западного государственного университета при подготовке бакалавров по дисциплинам «Дистанционное зондирование Земли космическая фотограмметрия» и «Основы ГИС» в рамках направления подготовки бакалавров «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции «Геодезия, картография и кадастр - XXI век» (Москва, 2009г.); Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (Новосибирск, 2011г.); Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2011г.); II и III Региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфокоммуникаций» (Курск, 20092011г.).

Публикации. Результаты выполненных исследований и разработок отражены в 23 печатных работах, из них 8 статей в изданиях, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий,

рекомендуемых ВАК. Получено 5 свидетельств о регистрации электронного ресурса.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем проведен анализ состояния вопроса в области, использования ГИС для обеспечения социально-экономической деятельности регионов [15-16], рассмотрена роль : данных ДЗЗ в региональном; геоинформационном обеспечении [14,17,20] и особенности формирования -космических оптико-электронных изображения- линейками матриц ПЗС [9], получен ряд формул в модели скорости движения космических сканерных . изображений [6], разработана модель определения текущих значений; угловых параметров космической оптико-электронной съемки [4,7,8], а.также координатно-временная модель формирования геометрической структуры одиночных маршрутов ОЭИ [3], предложены этапы методик решения задач координатной привязки одиночных космических изображений [1,2,10], координатной привязки маршрутов космических сканерных изображений [5,11,12,18] и верификации разработанных моделей и алгоритмов [19-21], а также элементы структуры программного обеспечения геоорбитального-моделирования в задачах регионального геоинформационного обеспечения [13,22,23].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения й библиографического списка, включающего 121 наименование. Объем диссертации 151 страницы машинописного текста, 28 рисунков и 6 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, объект и предмет исследования, сформулированы цели и задачи работы, показаны её научная новизна и практическая значимость.

В первой главе рассмотрено состояние вопроса математического описания процессов формирования и фотограмметрической обработки сканерных изображений. Показано, что существующие методы можно разделить на две группы полиномиальных методов и фотограмметрические методы. Первая группа полиномиальных методов требовательна к наличию опорных точек на снимке, топологии их расположения по полю изображения и характеризуются высокой трудоемкостью процесса. Вторая группа полиномиальных методов использует так называемые коэффициенты рациональных полиномов, которые получают на основе применения строгой фотограмметрической модели. Показано, что точность фотограмметрической обработки, основанной на использовании полиномиальных методов, ниже, чем потенциальная точность фотограмметрических моделей. Кроме этого, обе группы полиномиальных методов не имеют физического смысла и не пригодны для моделирования рассматриваемых процессов. Фотограмметрические методы основаны на использовании строгих фотограмметрических моделей и потенциально могут быть реализованы в автоматическом режиме, а их точность определяется точностью исходных данных и теоретически соответствует разрешающей способности

•космических изображений. Анализ существующих подходов к разработке строгих фотограмметрических моделей одиночных сканерных изображений, получаемых в режимах съёмки с трёхосным угловым движением КА, показал недостаточную проработанность этих вопросов.

Рассмотрены возможные пути решения этих вопросов, обоснован выбор направлений и структурно-логическая схема исследования, выполнена математическая постановка задачи.

Во второй главе представлены результаты теоретического обоснования комплекса моделей, названного в работе динамической • фотограмметрической моделью. Этот комплекс в отличие от известных позволяет обрабатывать реальные изображения без использования опорных наземных точек в масштабах включения съёмочной аппаратуры при наличии метаданных, а также моделировать эти процессы при их отсутствии. В соответствие с этим он включает в себя три контура моделей (рис.1).

I контур

Начальные — условия съемки У

II контур

Конструктивные Информация характеристики о рельефе

:Ь=±

Конструктивные характеристики

Модель СДИ

тернстикн

I л

Координатно-временная модель сканерных изображений

Модель определения текущих значений орбитальных параметров

Информация о рельефе

III контур

Конструктивные — характеристики ~~

условия

углового Информация движения КА оречьефе

щы

Модель формирования программы углового движения КА

{ .........І. )

и...

Модель определения текущих значений угловых параметров

Геометрическая модель щелевой сканерной съемки

(мшм.то}

Рисунок 1 - Структура динамической фотограмметрической модели Первый контур предназначен для моделирования геометрической структуры пикселей формирующегося сканерного изображения и угловых элементов их внешнего ориентирования в геоцентрической системе координат без использования опорных точек местности. Он включает в себя не имеющие аналогов в известной литературе модель скорости движения изображения (СДИ), модель формирования программы углового движения КА и координатно-временную модель одиночного сканерного изображения. Второй контур составляют модели, которые используются в интересах первого и третьего контура для моделирования текущих значений вектора состояния КА и параметров его угловой ориентации. Третий контур образует геометрическая модель щелевой сканерной съёмки, которая при наличии информации о геодезических высотах центральных проекций пикселей

изображения на общем земном эллипсоиде обеспечивает строгое вычисление их геоцентрических координат по Данным первого и второго контура.

Рассмотрим суть входящих в первый контур моделей более подробно.

В качестве фотоприёмной . структуры (ФПС) в комплексах сверхвысокого разрешения используются матрицы ПЗС, расположенные в два ряда в шахматном порядке вдоль экспонирующей щели перпендикулярно направлению полёта КА (рис.2).

Рисунок 2 - Топология фотоприёмной структуры

V* - нечетный и четный ряд матриц, Vю- скорость движения изображения

Формат маршрута съёмки на местности определяется размером мгновенной проекции экспонирующей щели и длительностью включения съёмочной аппаратуры соответственно перпендикулярно и по направлению полёта КА. При этом процесс формирования маршрута изображения в обоих рядах матриц ПЗС происходит построчно за счёт одновременного периодического опроса матриц ПЗС с тактовой частотой 1/тт в режиме задержки и накопления зарядовых пакетов от одного и того же участка местности. Суть этого режима состоит в том, что в течение времени гм зарядовые пакеты со скоростью Ух, равной продольной составляющей

—из

вектора V скорости движения изображения (СДИ), перемещаются по строкам матриц ПЗС от столбца 1 к столбцу с номером М по следующей схеме:

м

1-»2-»3->....-».А/-1->.Л/-»БЗУ(£ ), (1)

1

где БЗУ - бортовое запоминающее устройство.

В соответствие с этим зарядовые пакеты, сформированные в первых элементах строк матриц ПЗС в момент времени I, в течение последующего времени тм с таковой частотой 1/гг последовательно передаются во вторые, третьи и последующие элементы строк матриц ПЗС, складываясь с образующимися в них зарядовыми пакетами от одного и того же участка местности. Достигнув элемента М, они далее считываются в БЗУ, образуя за

счёт -М-кратного накопления зарядовых пакетов более качественное изображение этого участка местности в виде строки, состоящей из : N = Р х А пикселей. В геометрическом аспекте повышение разрешающей ' способности съёмочной аппаратуры происходит потому, что в процессе накопления зарядовых пакетов изменяется орбитальное положение и угловая ориентация КА, а плоскость визирования отслеживает сканируемый участок местности. Основываясь на этом, идеология выбранного в работе | теоретического подхода для моделирования заключается в формализации этого процесса в виде программного трёхосного углового движения КА на •всём интервале съёмки. Рассмотрим суть используемого подхода более подробно.

Пусть в некий фиксированный момент времени I вектор г(0 = (х(1),у(1),/)т (рис.3) описывает положение зарядовых пакетов в первом столбце первой строки центральной матрицы ПЗС чётного ряда в системе координат 8х'у|7,!, образованной путём параллельного переноса осей системы координат охуг фокальной плоскости в центр проекции 8 съёмочной аппаратуры, где Г - фокусное расстояние съёмочной аппаратуры.

Рисунок 3 - Геометрическая иллюстрация режима задержки и накопления зарядовых пакетов в матрицах ПЗС

Тогда вектор БЫ = Лл- - Д5(г) в тот же момент времени будет описывать положение соответствующей зарядовым пакетам точки N ' земной поверхности в системе геоцентрических координат охуг, а сами вектора г(г)и БМ связаны уравнением коллинеарности -

1

Г(0 =

Кі)

(2)

где Ат(0вматрица направляющйх косийусов, описывающая ориентацию системы 8хуг относительно системы ОХУг, где т),ф,у .-. угловые элементы выставки матриц ПЗС относительно конструктивных осей К А, - углы тангажа, крена и рысканья К А,

¡,П,и(0- наклон, долгота восходящего узла и аргумент широты орбиты КА; Я« = (0,1^(0.(0)г- радиус-вектор КА; МО- коэффициент пропорциональности.

На рис.3 видно, что для обеспечения формирования изображения в соответствие со схемой (1) в каждый момент съёмки должны выполняться два условия, а именно, равномерность перемещения зарядовых пакетов по строкам матриц ПЗС

УХ(1) = УН =С0П31. (3)

и постоянство направления их движения вдоль строк матриц ПЗС

дК(0.

ду(0

= 0; Уу (0 = 0.

(4)

Очевидно, что одновременное выполнение условий (3) и (4) на всём интервале съёмки обеспечивает синхронность движения зарядовых пакетов по всем строкам матриц ПЗС, предотвращая тем самым явления «смаза» и «сдвига» формирующегося маршрута изображения:

Основываясь на этом, формализация трёхосного углового движения КА заключалась в получении аналитических соотношений для составляющих УхОХКуО), как функций от составляющих тх(1),а)г(0,ги2(0 угловой скорости КА, подстановке в полученную систему уравнений условий (3),(4), и решении полученных выражений относительно сох(0,а1(1),а>г(О.

В соответствие с этим в работе, учитывая, что Vю = (ОД/А = (<&(/) / Л, ¿КО / Л, (ШЛ)Г = (Ух, V, ,0)г, путём дифференцирования уравнения (2) были получены строгие аналитические соотношения для расчёта составляющих СДИ

»Я0=®,<І)

хо У(І;

/

¿1) /

-/

/

АО а( ) ш } М /

УМ)=тМ)

У© . /

+Г

Щ(})

/

ДО ш / ш / ш /

(5)

После этого, путём дифференцирования уравнения (5) по у, добавления найденное выражение к уравнениям (5), (6), и подстановки в эту систему уравнений условий (3),(4), была получена модель формирования программы трехосного углового движения КА

^ = I/1 х[ Щ + 0(0-(7) где.а>(/) = ( ®,(0,®„«,®,(/) У, Щ) = ( Ун,0,0 У,т = ( ?,(0.ч10).Чэ(1) у.

£ =

уСО Л')

/

у2«) /

х(0

г

-{ /

хЩО /

у(1)

-х(1) 1

' СОъ (О = £»з X

/

/

-мо-уо^

^ «.«^«0 (МО-^а) Ь

, ^ (О л

ча« =

[ КЮ-^а,,«]};

/

^(0

/

С) +

2«

х МО* <71(1), - угловая скорость вращения составляющие скорости движения

Земли, КА в

Чз(°=

(0 сн5 (о еа„ (о а л ' ей геоцентрической системе координат.

Текущие значения компонент вектора угловой скорости на интервале съёмки получают путём интегрирования уравнения (7). В работе для удобства моделирования углового движения КА модель (7) получена и представлена в аналитическом виде в форме аппроксимирующих полиномов 2-й степени

(^к) = хг-*;

тг(т1,) = 8,+8<1хг1,; (8)

где 8|......ёб - коэффициенты полиномов, Тк - время формирования к- ой

строки маршрута изображения на интервале съёмки, а соответствующие этой модели временные зависимости для углов тангажа, крена и рысканья КА - в форме полиномов 3-й степени:

Коэффициенты полиномов {£„.....,С<> } и элементы оскулирующей

орбиты КА ¡,П,и(Ч) образуют состав угловых элементов внешнего ориентирования для всего маршрута съёмки в геоцентрической системе координат, а текущие значения углов тангажа, крена и рысканья - для строк маршрута изображения в орбитальной барицентрической системе координат.

Третья модель первого контура обеспечивает моделирование координатно-временной структуры {(к,п; х*.,х" )£тт, г^,ту)} маршрута сканерного изображения, получаемого двумя рядами матриц ПЗС, размещённых в шахматном порядке вдоль экспонирующей щели, где к,п-порядковые номера пикселей маршрута изображения, х*,х*"- абсциссы формирующих краёв матриц ПЗС в системе координат оху фокальной плоскости, гт -тактовое время опроса матриц ПЗС, ти - продолжительность цикла накопления зарядовых пакетов.

В отличие от известных подходов, модель учитывает две ключевые особенности формирования сканерных изображений (рис.4), а именно, наличие двух полос изображения и формирующих краёв (ФК) матриц ПЗС.

Рисунок 4 - Особенности формирования сканерного изображения Первая особенность вытекает из регистрации земной поверхности двумя рядами матриц ПЗС. При этом на борту КА формируются две полосы строк изображения (рис.4а), сформированных матрицами ПЗС соответственно нечётного и чётного ряда в одно и то же время. Проекции этих полос (рис.4б) образуют на земной поверхности своеобразную гребёнку из пустот и участков изображений, расположенных перпендикулярно трассе КА. При этом матрицы чётного ряда производят опережающее формирование строк изображений соответствующих им участков местности относительно смежных с ними по оси оу пустых участков, помеченных на рисунках 4а,46 косой штриховкой. Строки изображения пустых участков формируются матрицами ПЗС нечётного ряда в режиме заметания, т.е.

У

а) На борту КА

б) в проекции на земле

позднее на величину времени тм=Мхтт, где т> - Д1Х/УХ, А1х- размер элемента ПЗС по оси ох системы координат фокальной плоскости. Для устранения эффекта гребёнки в процессе наземной обработки производится процедура формирования единых составных строк, суть которой заключается в следующем (рис.5). С полосой участков изображений матриц чётного ряда, содержащую строки к" = 1,К , сформированные в моменты времени { г(к") }, совмещают полосу участков изображений матриц нечётного ряда, включающую в себя строки к" = М,(К + М), сформированные позже на величину времени хм.

1 м к+м

ни

ш 1 ш

а) На борту КА б) в проекции на земле

Рисунок 5 - Формирование единых составных строк маршрута сканерного

изображения

Это означает, что маршрут сканерного изображения включает в себя { к = 1,К } единых составных строк, каждая из которых состоит из чередующихся между собой участков изображения, сформированных в порядке расположения матриц ПЗС. При этом участки, сформированные элементами ПЗС нечётного ряда матриц, имеют большее на величину ги время формирования гк.

Вторая особенность состоит в том, что моменты тк формирования строк строго соответствуют моментам считывания зарядовых пакетов с последних столбцов матриц ПЗС обоих рядов. В этой связи в работе эти столбцы (см. рис.4) названы формирующими краями (ФК) матриц ПЗС, поскольку они в геометрическом аспекте позиционирует связку проектирующих лучей в фокальной плоскости съёмочной аппаратуры. В работе показано, что это обуславливает необходимость использования в геометрических моделях сканерных изображений в качестве элементов внутреннего ориентирования координаты х\х" ФК матриц ПЗС.

Модели второго контура предназначены для моделирования текущих значений орбитального положения и угловой ориентации КА по начальным условиям и текущему времени гк съёмки. При этом орбитальная модель входит в комплекс функционально и по условиям задачи формализована в работе в форме кеплеровской модели невозмущённого движения КА. Модель определения текущих значений угловых параметров съёмки получена в работе путём решения векторно-матричного уравнения (7) и представлена

аналогично программе углового движения КА (8) в аналитическом виде в форме полиномов третьей степени от времени (9):- ; •

' Третий контур составляет геометрическая модель,- щелевой сканерной съёмки. Основное назначение геометрической модели состоит в вычислении геоцентрических координат точек земной поверхности по порядковым номерам {k,n } и текущим значениям {тк } времени формирования .пикселей маршрута изображения, координатам х",х" ФК матриц ПЗС и текущим значениям орбитальных и угловых параметров съёмки. В соответствие с этим она представляет собой следующую систему уравнений: .

Y=Ys(/)+(zM-Zs(r))xg|; (Ю)

2м =(Nt">(I-e2o33)+H)xsinBM; ...-.-.■:

В системе уравнений (10) приняты следующие обозначения:

1 9Л7М ("А72 Г 1

NB Uz (t)

U.x(t) = [an(i)* + a12(i) y + an{t)f] ; AZM. = 1(нмозэ(1-еозэ2)+ ff)sin,BM.- Z,(t)];

(y^0 = k(0*+M0y+a23(0/];NMo33 =-r=Jm==-, (li)

: V(i-e0332 sin2ßM :

и г (0 = [«„(0 * + (О У + а,,«)/]; NMB = {Nwob + Н)2;

ao33>eo33>Ncm_ большая полуось, эксцентриситет и радиус кривизны первого вертикала общего земного эллипсоида.

Первое уравнение в системе обозначений (11) при заданном значении Я является трансцендентным относительно геодезической широты В и решено в работе методом приближений. При этом в качестве начального приближения полагалось, что 5<0) = Впт, где Вт- - геодезическая широта подспутниковой точки КА на общем земном эллипсоиде,, соответствующая моменту t.

В отличие от известных моделей геометрическая модель щелевой съёмки она имеет три основных отличия.

, Первое связано с тем, что под координатами _ х,у понимаются не координаты точек сканерного изображения, а абсцисса * = {*',*"} ФК матриц ПЗС и ордината у формирующего элемента ПЗС в системе координат фокальной плоскости. Второе отличие состоит в том, что в качестве элементов внешнего ориентирования разработанной геометрической модели используются компоненты вектора состояния КА на момент включения съёмочной аппаратуры и коэффициенты полиномов (9), аппроксимирующих угловое движение КА на интервале съёмки, которые имеют одни и то же значения для всех пикселей маршрута изображения. Это позволяет производить фотограмметрическую обработку сканерных изображений в масштабе включения съёмочной аппаратуры независимо от наличия или

отсутствия метаданных съёмки. При этом в первом случае обеспечивается автоматический режим обработки без использования опорных точек, а во втором - режим интерактивной обработки при существенном сокращении числа опорных точек. Третье отличие состоит в комплексном использовании геодезической и прямоугольной формы описания координат точек на общем земном эллипсоиде, что позволяет при решении обратной засечки в условиях отсутствия-метаданных составлять для каждой опорной точки не два, а три независимых уравнения.

Третья глава посвящена разработке методики поточечной координатной привязки одиночных сканерным изображениям с использованием ориентирующих углов линии визирования и ЦМР. Необходимость совершенствования существующих подходов к решению этой задачи обусловлена значительными вычислительными затратами, связанными с непосредственным подключением ЦМР к фотограмметрической модели (ФГМ) по методу приближений (рис.6).

Е

X ">,Ги

ФГМ ЦМР

Но

А'^.У.,.

X"

Цщ

Рисунок 6 - Существующая схема координатной привязки одиночных

снимков

Суть- разработанной методики состоит в исключении ФГМ из итерационного процесса и двухконтурной организации вычислительных процедур (рис.7). Первый контур включает в себя разработанную динамическую фотограмметрическую модель (ДФГМ). Он обеспечивает однократное вычисление приближённых значений геоцентрических координат (XCp,YCP,ZCP) точек земной поверхности, соответствующих заданному априорно среднему значению рельефа местности НСР.

Рисунок 7 - Блок-схема методики координатной привязки Второй контур состоит из блока пересчёта полученных в ДФГМ геоцентрических координат(ХСР,У'се,2СГ) в плоские координаты Хср,Ус"р,Н„ заданной картографической проекции, и блока уточнения планово-высотных координат точек, состоящего из разработанной модели уточнения координат и ЦМР. Процедура уточнения планово-высотных координат Хср,У,5р,Нст представлена на рисунке 8, на котором приняты следующие обозначения: угол в - ориентирующий угол линии визирования в плоскости

местного горизонта, формализующий азимут съёмки; 8 - ориентирующий угол линии визирования в плоскости профиля ЦМР, характеризующий возвышение КА над линией местного горизонта; //'(г) = /'(Х',У') - ЦМР района съёмки.

Рисунок 8 - Процедура уточнения планово-высотных координат во втором

контуре

Разработанная методика в отличие от схемы на рис.6, во-первых, локализует итерационный процесс в отдельном от фотограмметрической модели вычислительном контуре, что сразу облегчает вычислительную нагрузку. Во-вторых, уточнение координат производится в декартовой системе с точно известным начальным приближением г<0)=0, простыми вычислительными формулами, линейной итерационной функцией и размерами прямолинейной рабочей области, не превышающими половину значений перепада высот в районе съемки при любом характере рельефа местности. В-третьих, в работе представлены теоретические доказательства сходимости итерационного процесса и единственности получаемых результатов. В-четвёртых, использование ориентирующих углов в, 8 линии визирования КА в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР, позволяет учесть направленность итерационного процесса, обусловленную особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР, и характера рельефа местности.

Далее в рассматриваемой главе работы описан разработанный алгоритм координатной привязки, включающий в себя сорок операций, и обоснован выбор метода оценки точности при проведении экспериментальных исследований.

В четвертой главе представлена разработанная методика построения макетных сканерных изображений, а также полученные на их основе результаты верификации разработанных моделей и оценка точности разработанной методики координатной привязки. В завершении исследования рассмотрена • структурно-функциональная организация разработанного комплекса программ геоорбитального моделирования.

На первом этапе макетирования был выбран тестовый участок земной поверхности, представляющий собой седьмую зону проекции Гаусса-Крюгера. Общая площадь участка составила 40 128 кв. км, линейные

размеры - 157,712 км на 282,912 км, перепад высот - 304 м, средняя высота -152 м; Для этого участка местности в СК-42 была выбрана ЦМР с шагом в плане и сечением горизонталей 20 м, СКО которой составила Юм. На середине этого участка была выбрана точка с координатами В'=51,0°; V = 38,0°, через которую должна проходить макетируемая трасса КА в момент включения съёмочной аппаратуры.

На втором этапе осуществлялась процедура расчёта параметров орбиты моделируемого КА на момент прохождения экватора Земли. В качестве такого КА был взят российский КА «Ресурс-ДК1» с известными в открытой литературе орбитальными параметрами, конструктивными характеристиками съёмочной аппаратуры и моделируемой датой съёмки 08.05.2011.

На_третьем этапе, используя разработанный контур моделей

планирования трасс КА, были рассчитаны параметры орбиты моделируемого КА на момент прохождения экватора Земли 08.05.2011 и выполнена проверка геометрии прохождения трассы КА по тестовому участку местности. Расчеты показали, что трасса КА проходит далеко в стороне от тестового участка. В этой связи по разработанным формулам, представленным в работе, была выполнена реконфигурация параметров орбиты, обеспечивающая прохождение трассы КА через заданную точку в заданную дату, и рассчитано требуемое для этого время включения съёмочной аппаратуры. Полученные новые параметры орбиты использовались далее в качестве начальных условий съёмки на момент включения съёмочной аппаратуры.

На четвёртом этапе макетирования для каждого моделируемого ракурса съёмки длительностью Дг = 15 (сек) с помощью моделей первого контура (см. рис.1) были рассчитаны значения номинальной СДИ и программы углового движения КА в форме уравнений (9). При этом начальные значения параметров углового движения КА {<а-(10),/?(/„),*(*„)> } варьировались от всех нулевых значений (в надире) до значений плюс 10 градусов сначала по каждому углу, а затем одновременно по всем углам.

На пятом этапе с помощью динамической ФГМ и классической схемой координатной привязки одиночных изображений вычислялись границы полос захвата съёмочной аппаратуры и плоские координаты 50-ти макетных точек, равномерно расположенных в рамках моделируемого маршрута изображения. Первые использовались для верификации разработанных моделей, а вторые - для оценки методических погрешностей разработанной методики координатной привязки (рис.9).

а,градусы

>

V, =0,0951;

лире«

1,секу ад V = 0

ясьшнв* _

О 1 II 4 5 6 ? 8 9 1В И 1! 13 И 15

а)

Д)

.градусы

угол тангажа -»-угол крена угая рысканья

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.11 12 13 14 15

^.секунд

V, = 0,0899; Уу =0

Рисунок 9 - Макетирование сканерных изображений а) в надире; б) при изменении угла а; в) при изменении угла/?; г) при изменении угла %; д) при изменении всех углов Верификация проводилась путём раздельного и совместного анализа трёх групп результатов моделирования. Первая включала в себя формы, конфигурации и расположения макетных полос захвата для разных ракурсов съемки, а именно, в надире, при отклонениях линии визирования отдельно углам тангажа, крена, рысканья и одновременном отклонении по всем трём углам. Вторая группа результатов моделирования - графики трёхосного углового движения КА для этих же ракурсов съемки. Синим цветом на рис.9 показаны графики изменения углов тангажа, красным - углов крена и зелёным - углов рысканья КА. Третья группа ~ номинальные значения продольной и поперечной составляющих - СДИ в каждом ракурсе съёмки. Теоретическая связь представленных графиков и полос захвата заключается в синхронном изменении формы и конфигурации полосы захвата в

соответствие с изменениями углов на графиках. Связь взаимного расположения полос и трассы КА - в соответствие с физической сущностью ракурсов съемки. Например. В режиме съёмки с начальным отклонением по углу крена +10 градусов (рис.9в) углы тангажа и крена практически не меняются на всём интервале съёмки, а угол рысканья изменяется всего лишь на 5 градусов. В соответствие с этим (рис.9в) полоса захвата должна быть лишь слегка деформирована относительно трассы КА, и должна лежать вправо от трассы КА, что и видно в действительности. Проведенный в работе полный анализ показал, что полученные результаты моделирования полностью соответствуют своим теоретически ожидаемым значениям. Это свидетельствует о том, что разработанная динамическая ФГМ адекватна описываемым реальным процессам при любой длительности интервала съёмки.

Для получения количественных оценок точности и вычислительных затрат разработанной методики координатной привязки в соответствие с известной схемой (рис.6) рассчитывались координаты 50-ти точек, которые использовались далее в качестве контрольных. При этом на одинаковом вычислительном ресурсе и математическом аппарате фиксировалось число итераций для каждой точки. После этого выполнялось статистическая обработка контрольных и рассчитанных ранее с помощью разработанной методики 50-ти значений макетных точек и рассчитывалось значение а* (см. рис.9). Полученные оценки точности свидетельствуют о том, что средние квадратические ошибки координатной привязки одиночных сканерных изображений составляют в плане от 0,5 до одного пикселя. При этом число итераций при использовании разработанной методики во всех случаях не превысило двух, а при использовании традиционной составило не менее четырёх.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В ходе проведенных исследований получены следующие основные результаты.

1. Разработан комплекс моделей, названный в работе динамической фотограмметрической моделью, обеспечивающий строгое математическое описание процессов формирования одиночных сканерных изображений в условиях трёхосного углового движения КА на интервале съёмки без использования опорных точек местности и учитывает не только геометрические, но и фотометрические характеристики формирующихся сканерных изображений в условиях трехосного углового движения КА.

2. Разработана методика координатной привязки, основанная на использовании динамической фотограмметрической модели и ориентирующих углов линии визирования в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР, и отличающаяся учётом направленности итерационного процесса, обусловленной особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР.

3. Разработана методика построения макетных сканерных изображений, позволяющая осуществлять экспериментальные исследования

процессов их фотограмметрической обработки и отличающаяся включением в комплекс аналитических моделей местности и снимка контура орбитального планирования трасс КА.

4. Разработанные методики доведены до алгоритмической и программной реализации, основываясь на которых осуществлено макетирование космических сканерных изображений и выполнена верификация разработанного комплекса моделей и оценка. точности ; методики прямой засечки.

5; Полученные результаты свидетельствуют о том, что разработанная динамическая фотограмметрическая модель : адекватно описывает моделируемые процессы при любой длительности интервала съёмки без использования опорных точек, а методика координатной привязки при пиксельной точности обеспечивает существенное (в 2-3 раза) снижение вычислительных затрат.

2. СПИСОК НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в центральных журналах из перечня ВАК

1. Клочков И. А. Общая постановка и решение прямой фотограмметрической задачи по моноскопическим космическим изображениям [Текст] / В.Г. Андронов, И.А Клочков., Е.В. Лазарева // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2009.-№ 4-Т.7.-С. 33-36.

2. Клочков И.А. Фотограмметрическая модель космических сканерных изображений [Текст] / В.Г. Андронов, И.А Клочков.// Известия ВУЗов: Геодезия и аэрофотосъемка, 2010. - №2-С.56-62.

3. Клочков И.А. Общая геоорбитальная модель космической сканерной съемки [Текст] / В.Г. Андронов, C.B. Дегтярев, И.А Клочков., Е.В. Лазарева// Геоинформатика. - 2010. - №1. - С.48-52.

4. Клочков И.А. Ортогеокодирование космических изображений в заданной картографической проекции [Текст] / В.Г. Андронов, И.А Клочков., Е.В. Лазарева, Т.В. Мордавченко // Известия ВУЗов: Геодезия и аэрофотосъемка*.2010. -№3- С. 47-50.

5. Клочков И.А. Особенности формирования космических сканерных изображений линейками матриц ПЗС [Текст] / В.Г. Андронов, C.B. Дегтярев, И.А Клочков.// Информационно-измерительные и управляющие системы.2010- №7- Т.8-С.11-15.

6. Клочков И.А. Общая модель скорости движения космических сканерных изображений в инерциальном пространстве [Текст] / В.Г. Андронов, И.А Клочков., Е.В. Лазарева // Известия ВУЗов: Геодезия и аэрофотосъемка.2010. - №4. - С. 58-61.

7. Клочков И.А. Формирование угловых параметров космической сканерной съёмки в режимах трёхосного программного управления осью визирования КА [Текст] / В.Г. Андронов, И.А. Клочков, Т.В. Мордавченко // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .-№6.- 2010,- С.43-47. •.

8. Клочков И.А. Координатно-временная модель формирования космических сканерных изображений линейками матриц ПЗС [Текст] / В.Г. Андронов, Ю.Н. Волобуев, C.B. Дегтярев, И.А Клочков.// Изв. вузов. Приборостроение .- №.- 9 - 2011,- С. 83-85.

Свидетельства о регистрации электронного ресурса

9. Клочков И.А Модуль планирования прохождения трассы космического аппарата [Текст] /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17059 от 04.05.2011.

10. Клочков И.А. Модуль формирования программы трёхосного углового движения космического аппарата (оптико-электронная съёмка) /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса № 17156 от 31.05.2011.

11. Клочков И.А. Модуль геокодирования данных дистанционного зондирования Земли по среднему рельефу местности (панорамная и оптико-электронная съёмка) /В .Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17157 от 31.05.2011.

12. Клочков И.А. Модуль планово-высотной координатной привязки данных космической панорамной и оптико-электронной съемки /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронногоресурса№17341 от 26.07.2011.

13. Клочков И.А. Пакет прикладных программ геоорбитального моделирования (космическая панорамная и оптико-электронная съёмка) /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17395 от 01.09.2011.

Статьи в сборниках статей и конференции

14. Клочков И.А. Программируемые инфокоммуникационные технологии: сборник статей [Текст] / В.Г. Андронов, И.А Клочков., Е.В. Лазарева // Под ред. В.В. Александрова, В.А. Сарычева. - М.: Радиотехника вып. 1,2009,- С.33-36.

15. Клочков И.А. Общая модель моноскопических космических изображений в прямой и обратной фотограмметрической задачах [Текст] / В.Г. Андронов, В.Г. Клочков, Е.В. Лазарева //Тезисы доклада Международной научно-технической конференции « Геодезия, картография и кадастр - XXI век». 25-27 мая 2009 года, М,- МИИГАиК.С.148.

16. Клочков И.А. Геокодирование маршрутов космической оптико-электронной съемки с программным угловым движением КА [Текст] / В.Г. Андронов, И.А. Клочков// Сборник материалов III международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий». Под. Общ. Ред. С. С. Чернова. - Новосибирск: Издательство НГТУ,-2011г.-часть 1.-С.13-18.

17. Клочков И.А. Ортогеокодированные данные космической съёмки обширных территорий в геоинформационном обеспечении регионов [Текст] / И.А. Клочков Е.В. Лазарева//Сборник трудов IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. Т.: Томск, ТПУ. - 2011. - С.220-221.

18. Клочков И.А. Современное состояние и тенденций' развития геоинформационного обеспечения социально-экономической деятельности регионов [Текст] / В.Г.Андронов, И.А.Клочков. // Материалы II региональной научно-практической конференции «Актуальные ... проблемы инфокоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т. Курск, 2010.С 71 - 74.

19. Клочков И.А. Основные направления использования результатов космической деятельности в интересах социально-экономического развития регионов Российской Федерации. [Текст] / В.Г.Андронов, И;А.Клочков, Е.В. Лазарева //Материалы II региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфокоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т.. Курск, 2010.С.37-40. . V

20. Клочков И.А. Роль и место ортогеокодировациых данных дистанционного зондирования обширных территорий в геоинформационном обеспечении регионов. [Текст] / В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева // Материалы II региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфокоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т. Курск, 2010.С. 74-77.

21. Клочков И.А. Ортогеокодирование космических изображений, получаемых в режимах программного сканирования оси визирования в инерциальном пространстве [Текст] / В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева // Материалы П региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфокоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т. Курск,

2010.С.87-90.

22. Клочков И.А. Методика макетирования и экспериментальной проверки орбитального метода геокодирования моноскопических маршрутов космических сканерных изображений с использованием ЦМР [Текст] / В-Г. Андронов, А.Н. Борисенко, Волобуев Ю.Н., И.А. Клочков, Е.В, Лазарева// Материалы III региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т. Курск,

2011.С. 51-54

23. Клочков И.А. Структурно-функциональная организация комплекса программ геоорбитапьного моделирования в задачах регионального геоинформационного обеспечения. [Текст] / В.Г.Андронов, А.Н. Борисенко, Ю.Н. Волобуев, И.А.Клочков, Е.В, Лазарева. У/ Материалы III региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций». Юго-Зап.гос.ун-т. Курск, 2011 .С. 60-63.

Подписано в печать . Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная.

Печ. л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказа Отпечатано в Юго-Западном государственном университете 305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Клочков, Иван Алексеевич

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 Анализ методов фотограмметрической обработки данных дистанционного зондирования Земли и выбор направлений исследования.

1.1 Роль и место данных дистанционного зондирования Земли в региональном геопространственном информационном обеспечении.

1.2 Состав, характеристики и тенденции развития орбитальных средств космических оптико-элетронных систем видового наблюдения.

1.3 Анализ существующих методов фотограмметрической обработки одиночных космических изображений.

1.4 Общая математическая постановка задачи и выбор направлений исследования.

ВЫВОДЫ.

2 Геоорбитальное моделирование космических оптико-электронных систем видового наблюдения с трёхосным программным угловым движением КА.

2.1 Особенности формирования космических сканерных изображений матрицами ПЗС.

2.2 Координатно-временная модель формирования геометрической структуры одиночного космического сканерного изображения.

2.3 Геометрическая модель щелевой сканерной съёмки.

2.4 Модель скорости движения изображения в фотоприёмной структуре на матрицах ПЗС.

2.5 Модель трехосного углового движения КА на интервале съемки.

2.6 Модель определения текущих значений угловых параметров съёмки.

2.7 Динамическая фотограмметрическая модель одиночного космического сканерного изображения.

ВЫВОДЫ.

3 Разработка методики прямой фотограмметричекой засечки по ориентирующим углам линии визирования и ЦМР.

3.1 Теоретическое обоснование методики.

3.2 Методика прямой засечки по одиночным сканерным изображениям.

3.3 Алгоритм прямой засечки по одиночным сканерным изображениям в заданной картографической проекции.

3.4 Априорная и апостериорная оценка точности прямой фотограмметрической засечки.

ВЫВОДЫ.

4 Экспериментальная проверка разработанных моделей и методики на макетных данных.

4.1 Методика построения макетных сканерных изображений и схема проведения экспериментальных исследований.

4.2 Верификация разработанных моделей и оценка точности методики прямой засечки на макетных данных.

4.2.1 Описание ЦМР тестового участка.

4.2.2 Результаты экспериментальных исследований.

4.3 Структурно-функциональная схема программного комплекса геоорбитального моделирования.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и исследование методики фотограмметрической обработки одиночных космических сканерных изображений"

Зарубежный и отечественный опыт свидетельствует о том, что центральным звеном системы геопространственного информационного обеспечения (ГиО) жизнедеятельности и развития регионов являются территориально-распределённые базовые, тематические и специализированные информационные базы данных, сопряжённые между собой на единой цифровой картографической основе. При этом, главным условием, определяющим не только эффективность функционирования, но и саму способность ГиО по решению возложенных на него задач, является создание цифровой картографической основы (ЦКО) на территорию региона с требуемой полнотой, своевременностью и достоверностью и дальнейшее поддержание её в актуальном состоянии [5-15].

В соответствие с концепцией создания ГИС ОГВ [1] ЦКО должна включать в себя совокупность координатно-привязанных и сопряженных между собой электронных топографических и тематических карт различных уровней детальности (масштабов) [16]. Сложность решения задачи создания ЦКО с требуемой полнотой, детальностью и качеством состоит в том, что в настоящее время, особенно на региональных и муниципальных уровнях, существует критическое положение с цифровым картографическим обеспечением. Практически все требующиеся номенклатуры бумажных топографических карт на региональных, а тем более на муниципальных уровнях, не обновлялись в течение 20-25 лет [17-20]. В этой связи создание ЦКО путём сканирования бумажных оттисков устаревших топографических карт и планов не представляется целесообразным [17].

В то же время, уникальность данных ДЗЗ из космоса состоит в том, что, космические изображения являются носителями актуальной видовой информации об обширных территориях. При этом, так называемые ортогеокодированные данные ДЗЗ обладают измерительными свойствами топографических карт, что обуславливает широкие возможности их применения, начиная с разработки и обновления на их основе электронных топографических и тематических карт, схем и планов местности [21-24] и, заканчивая, непосредственным решением целого ряда визуальных, расчётных и прогнозных тематических и прикладных задач [25 -39]. Эти ортогеокодированные данные представляют собой координатно-привязанные (геокодированные), трансформированные в заданную проекцию и сопряжённые между собой цифровые изображения обширных территорий.

Таким образом, орбитальным средствам ДЗЗ из космоса принадлежит ключевая роль в обеспечении условий функционирования ГИС как технологического ядра ГиО [39]. В то же время, исходная космическая видовая информация непригодна для её использования в этих целях и нуждается в фотограмметрической обработке. Проведенный анализ показал, что на современном уровне развития систем управления, космической спутниковой навигации и автономной угловой ориентации КА, наиболее перспективным методом фотограмметрической обработки космических сканерных изображений, является орбитальный метод космической фотограмметрии. Существующая научная база применения орбитального метода, основанного на использовании фотограмметрических модели, обеспечивающей строгое математическое описание функциональных зависимостей между порядковыми номерами пикселей одиночного сканерного изображения и геоцентрическими координатами соответствующих им точек местности, достаточно глубоко проработана. Вместе с тем, использование современных космических оптико-электронных систем (ОЭС) видового наблюдения (ВЫ) в режимах съёмки с трёхосным угловым движением КА, существенно усложняет математическое описание её геометрии в терминах аналитической фотограмметрии, и требует системного учёта многочисленных факторов, влияющих не только на геометрические, но и на фотометрические характеристики формирующегося маршрута изображения. Существующие подходы сводятся либо к применению различных полиномиальных методов, не имеющих под собой физической сущности и не позволяющих моделировать эти процессы, либо к сложнейшим геометрическим построениям. В обоих случаях приемлемая для практики адекватность известных моделей обеспечивается только на коротких (до 5 секунд) интервалах съёмки.

Кроме этого, при применении орбитального метода для одиночных космических изображений не в полной мере решёна задача автоматического строгого учёта рельефа местности. Сложность её строго решения связана с тем, что, для нахождения точных пространственных координат орбитальным методом нужно априорно знать точное значение геодезической высоты точки, а это значение высоты можно получить априорно только при известных пространственных координатах. Существующие подходы к решению прямой засечки по одиночным снимкам с использованием ЦМР характеризуются значительными вычислительными затратами, связанными с непосредственным подключением ЦМР к фотограмметрической модели по методу приближений и, соответственно, с многократным обращением к ней в ходе итерационного процесса.

Цель работы состоит в состоит в разработке и исследовании методики фотограмметрической обработки одиночных сканерных изображений, получаемых современными космическими оптико-электронными системами, инвариантной к длительности включения съёмочной аппаратуры, режиму углового движения КА на интервале съёмки и характеру рельефа местности в районе съёмки. Для достижения этой цели и решения поставленной научной задачи предложена следующая трёхэтапная структурно-логическая схема исследований: геоорбитальное моделирование космической сканерной съемки с трехосным программным угловым движением КА с разработкой динамической фотограмметрической модели этого процесса; разработка методики прямой засечки по одиночным космическим сканерным изображениям, учитывающей особенности характера рельефа местности в районе съёмки и минимизирующей на основе этого число итерационных вычислений; экспериментальная оценка разработанных моделей и методики на макетных данных.

Научная новизна полученных результатов исследования состоит в следующем.

-разработана динамическая фотограмметрическая модель, обеспечивающая строгое математическое описание функциональных зависимостей между порядковыми номерами пикселей одиночного сканерного изображения и геоцентрическими координатами соответствующих им точек местности, и отличающаяся системным учётом геометрических и фотометрических характеристик формирующихся космических сканерных изображений в условиях трёхосного углового движения КА;

- разработана методика прямой фотограмметрической засечки, основанная на использовании ориентирующих углов линии визирования в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР и отличающаяся учётом направленности итерационного процесса, обусловленной особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР, и характера рельефа местности;

- разработана методика построения макетных сканерных изображений, позволяющая осуществлять экспериментальные исследования процессов их фотограмметрической обработки, и отличающаяся включением в комплекс аналитических моделей местности и снимка контура орбитального планирования трасс КА.

Практическая значимость полученных результатов исследования определяется тем, что они, во-первых, дают методическую основу для совершенствования организации процессов фотограмметрической обработки одиночной космических сканерных изображений при создании и обновлении региональной цифровой топографической основы. Во-вторых, результаты исследования доведены до конкретной алгоритмической и программной реализации, работоспособность которых проверена экспериментальным путем на макетных данных.

Разработанные модели и методики реализованы в НИР по теме №П2216 «Организация процессов разработки, формирования и актуализации ортогеокодированных данных дистанционного зондирования обширных территорий в интересах геоинформационного обеспечения социально-экономического развития регионов» выполняемой в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, использованы в ОАО «НИИ ТП» при разработке технических заданий на составные части ОКР «Эпизод», в программных комплексах для организации процессов наземной обработки космических ИЗОБРАЖЕНИЯ орбитальными методами, в системных исследованиях по теме «Прием», связанной с созданием единой территориально-распределённая информационная система дистанционного зондирования; и внедрены в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам «Основы дистанционного зондирования Земли», «Основы ГИС». Все реализации подтверждены соответствующими актами.

В диссертации получены следующие результаты, имеющие существенное значение для совершенствования организации ГиО и характеризующиеся научной новизной, которые выносятся на защиту:

-динамическая фотограмметрическая модель, обеспечивающая строгое математическое описание функциональных зависимостей между порядковыми номерами пикселей одиночного сканерного изображения и геоцентрическими координатами соответствующих им точек местности, и отличающаяся системным учётом геометрических и фотометрических характеристик формирующихся космических сканерных изображений в условиях трёхосного углового движения КА;

- методика прямой фотограмметрической засечки, основанная на использовании ориентирующих углов линии визирования в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР и отличающаяся учётом направленности итерационного процесса, обусловленной особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР, и характера рельефа местности;

-методика построения макетных сканерных изображений, позволяющая осуществлять экспериментальные исследования процессов их фотограмметрической обработки, и отличающаяся включением в комплекс аналитических моделей местности и снимка контура орбитального планирования трасс КА.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В первом главе рассмотрено состояние вопроса фотограмметрической обработки данных космической ОЭС в интересах оперативного высокоточного обновления региональной цифровой картографической основы. Обоснован выбор орбитального метода. Показано, что проблемы его применение к одиночным космическим сканерным изображениям, полученным в режиме съёмки с трёхосным угловым движением КА, связаны, как с коммерческой тайной информации о конструктивных особенностях съёмочной аппаратуры и параметрах углового движения КА на интервале съёмки, необходимой для строгого моделирования этих процессов, так и с недостаточной проработанностью существующих фотограмметрических подходов к решению этой задачи. Проведенный в работе системотехнический анализ позволил обосновать выбор направлений и структурно-логическую схему исследования, связанных с совершенствованием существующих подходов, и выполнить математическую постановку задачи.

Заключение Диссертация по теме "Аэрокосмические исследования земли, фотограмметрия", Клочков, Иван Алексеевич

ВЫВОДЫ

1. Разработанный комплекс моделей и алгоритмов позволяет решать целый ряд задач геоорбитального моделирования, в том числе и макетирования одиночных космических сканерных изображений любого типа при различных вариантах рельефа местности в моделируемом районе съемки. Методика геоорбиталыюго моделирования одиночных сканерных изображений включает в себя 5 этапов.

В качестве макетных значений планово-высотных координат точек на тестовом участке местности считают планово-высотные координаты точек тестового участка, соответствующие макетным значениям пикселей маршрута космического сканерного изображения и рассчитанные на выходе второго итерационного контура. При этом на входе первого итерационного контура (фотограмметрической модели) задаётся одно и то же среднее значение геодезической высоты.

В качестве оцениваемых значений полагают планово-высотные координаты точек тестового участка, вычисленные на выходе первого итерационного контура (фотограмметрической модели) при последовательном задании на входе уточнённых значений геодезических высот.

2. Разработанная методика ПФЗ обеспечивает уровень методических погрешностей не более 1%., а весь цикл уточнения плановых координат пикселей сходится за 1-2 итерации.

3.Разработанное специальное программное обеспечение геоорбитального моделирования позволяет уже в настоящее время решать ряд задач по моделированию и геокодированию космических изображений орбитальными методами с использованием ЦМР местности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты работы состоят в следующем:

1. Выполнен анализ существующих методов фотограмметрической обработки космических сканерных изображений. Показано, что все методы можно условно разделить на две группы: полиномиальные и орбитальные. В качестве базовых методов для дальнейшего исследования выбраны орбитальные методы. Сравнительный анализ условий применения обеих групп методов показал, что полиномиальные методы требовательны к наличию опорных точек на снимке и их равномерному расположению по полю изображения, в то время как орбитальные методы позволяют осуществлять фотограмметрическую обработку космических изображений независимо от наличия и конфигурации опорных точек. Полиномиальные методы характеризуются высокой трудоемкостью процесса, а орбитальные методы могут быть реализованы в автоматическом режиме. Эти преимущества орбитальных методов обусловили их выбор в работе в качестве базовых для организации процессов фотограмметрической обработки космических изображений при создании и актуализации регионального геоинформационного обеспечения.

2. Космическая сканерная съёмка, использующиая в качестве элементов фотоприёмной структуры приборы с зарядовой связью (ПЗС), осуществляется съёмочной аппаратурой, которая обеспечивает сканирование подстилающего участка земной поверхности через экспонирующую щель, которая при нулевом угле курса (рысканья) КА расположена перпендикулярно направлению полёта КА. В фокальной плоскости съёмочной аппаратуры расположено две линейки матриц ПЗС, расположенных в два ряда в шахматном порядке вдоль экспонирующей щели. Ближний ряд матриц ПЗС (по отношению к направлению полёта КА) считается нечётным, дальний ряд - чётным, а, нумерация матриц, производится слева направо. Каждая матрица ПЗС представляет собой совокупность строк и столбцов светочувствительных элементов, работающих в режиме временной задержки и накопления зарядовых пакетов (TDI). При этом число элементов в столбцах и строках матриц ПЗС определяет соответственно число тактов накопления зарядовых пакетов и полосу захвата съёмочной аппаратуры.

3. Главной особенностью процесса формирования изображения в таком режиме съемки является последовательное накопление световой энергии от одного и того же участка местности в строках матриц ПЗС таким образом, что максимальный уровень оптической плотности достигается в элементах, находящихся в последних столбцах матриц ПЗС. Другая особенность рассматриваемой фотоприемной структуры заключается в том, что регистрация участков земной поверхности осуществляется двумя полосами изображений с последующим формированием единой полосы разновременных участков изображений. Время формирования любого пикселя изображения определяется моментом времени считывания зарядовых пакетов с последних (по отношению к направлению полёта КА) элементов строк линейки ПЗС. В этой связи в работе введено понятие формирующих краёв линеек ПЗС, в качестве которых в рассматриваемом случае служат правые (ближние по отношению к направлению полёта КА) края чётных и нечётных рядов матриц ПЗС. В координатном аспекте эти формирующие края в любой момент времени формирования точек изображения имеют разные между собой, но одинаковые на интервале съёмки абсциссы в системе координат фокальной плоскости съёмочной аппаратуры.

4. На основе проведенного выше анализа особенностей формирования сканерных изображений выполнено теоретическое обоснование комплекса моделей, названного в работе динамической фотограмметрической моделью. Разработанная динамическая фотограмметрическая модель в отличие от известных моделей, наиболее строго учитывает принцип действия и конструктивные характеристики реальной съёмочной аппаратуры, состав реально измеряемых при этом параметров, а также особенности формирования космического сканерного изображения в условиях поступательного и трёхосного углового движения съёмочной аппаратуры в процессе съемки. Она обеспечивает строгое математическое описание процессов космической сканерной съёмки и формирования геометрической структуры сканерных изображений, и включает в себя три контура моделей. Первый контур предназначен для моделирования геометрической структуры сканерных изображений и углового движения КА. Он включает в себя модель скорости движения изображения (СДИ), координатно-временную модель сканерных изображений и модель формирования программы углового движения КА. Второй контур составляют модели, которые используются в интересах первого и третьего контура для определения текущих значений вектора состояния КА и параметров его угловой ориентации. Третий контур образует геометрическая модель щелевой сканерной съёмки, которая обеспечивает вычисление геоцентрических координат пикселей изображения по данным первого и второго контура.

Идеология выбранного в работе теоретического подхода для моделирования рассматриваемых процессов заключается в формализации условия постоянного перенацеливания линии визирования на всё интервале съёмки. В работе показано, что это условие эквивалентно условию равномерного перемещения зарядовых пакетов по строкам матриц ПЗС и постоянства направления их движения вдоль строк матриц ПЗС, что обеспечивает синхронность движения зарядовых пакетов по всем строкам матриц ПЗС, предотвращая тем самым явления «смаза» и «сдвига» формирующегося маршрута изображения. В соответствие с этим разработана модель скорости движения изображения (СДИ), устанавливающая в гринвичской системе координат строгую функциональную связь продольной и поперечной составляющих СДИ по полю фотоприёмной структуры сканерных систем с орбитальными, угловыми и конструктивными параметрами космической съемки. После ввода в эту модель описанных выше условий отсутствия смаза изображения в работе в явном виде получено векторно-матричное уравнение для составляющих абсолютной угловой скорости движения КА в инерциальном пространстве. На основе этого уравнения, которое описывает строгую модель формирования программы трёхосного углового движения КА, разработана методика формирования аналитических временных зависимостей угловых параметров космической сканерной съемки и модель определения их текущих значений.

Разработанная координатно-временная модель одиночных сканерных изображений обеспечивает корректный переход от параметров цифрового изображения к параметрам ОЭП на матрицах ПЗС и текущему времени съёмки. Получено базовое векторно-матричное уравнение связи координат геометрических центров элементов ПЗС и их проекций на поверхности общего земного эллипсоида, основанное на свойстве коллинеарности векторов, соединяющих эти точки с центром проекции съёмочной аппаратуры. На основе этого уравнения разработана геометрическая модель космической щелевой сканерной съёмки, включающая в себя систему трёх независимых уравнений, обеспечивающих вычисление гринвичских координат Х,У,2 проекций геометрических центров элементов ПЗС на поверхности общего земного эллипсоида.

5. Проведено теоретическое обоснование методики прямой фотограмметрической засечки по одиночным сканерным изображениям с использованием ориентирующих углов линии визирования и ЦМР. Показано, что необходимость совершенствования существующих подходов к решению прямой засечки по одиночным снимкам с использованием ЦМР, обусловлена значительными вычислительными затратами, связанными с непосредственным подключением ЦМР к фотограмметрической модели по методу приближений и многократным обращением к ней в ходе итерационного процесса. Суть разработанной методики состоит в исключении фотограмметрической модели из итерационного процесса и двухконтурной организации вычислительных процедур. Первый контур включает в себя разработанную динамическую фотограмметрическую модель, обеспечивающую однократное вычисление приближённых значений геоцентрических координат точек земной поверхности, соответствующих заданному априорно среднему значению рельефа местности. Второй контур состоит из блока преобразования координат, представляющего собой известные формулы пересчёта геоцентрических координат в плоские координаты заданной картографической проекции, и блока уточнения планово-высотных координат точек, состоящего из разработанной модели уточнения координат и ЦМР. Разработанная методика локализует итерационный процесс в отдельном от фотограмметрической модели вычислительном контуре в декартовой системе координат с точно известным начальным приближением г<0) = о, простыми вычислительными формулами, линейной итерационной функцией и размерами прямолинейной рабочей области, не превышающими половину значений перепада высот в районе съемки при любом характере рельефа местности. Показано, что использование ориентирующих углов линии визирования КА в горизонтальной и вертикальной плоскости ЦМР, позволяет учесть направленность итерационного процесса, обусловленную особенностями взаимного расположения линии визирования и ЦМР, и характера рельефа местности. Отмечено, что указанные отличия разработанной методики обеспечивают существенное снижение вычислительных затрат.

6. Разработана методика построения макетных сканерных изображений, позволяющая осуществлять экспериментальные исследования процессов их фотограмметрической обработки и отличающаяся включением в комплекс аналитических моделей местности и снимка контура орбитального планирования трасс КА. Она включает в себя четыре этапа. На первом производится задание координат границ тестового участка съёмки и подспутниковой точки КА на момент включения съёмочной аппаратуры. На втором - опреление конфигурации орбиты КА и других начальных условий съёмки. На третьем - прокладка трассы КА, проходящей через заданную точку тестового участка. На четвёртом - формирование программ трёхосного углового движения КА для различных ракурсов съёмки, нанесение границ полосы захвата съёмочной аппаратуры на тестовый участок местности и расчёт контрольных и оцениваемых координат точек в различных ракурсах съёмки с последующей статистической обработкой полученных результатов.

7. Разработанные методики доведены до алгоритмической и программной реализации, основываясь на которых осуществлено макетирование космических сканерных изображений и выполнена верификация разработанного комплекса моделей и оценка точности методики прямой засечки.

Верификация проводилась путём раздельного и совместного анализа трёх групп результатов моделирования. Первая включала в себя формы, конфигурации и расположения макетных полос захвата для разных ракурсов съемки, а именно, в надире, при отклонениях линии визирования отдельно по углам тангажа, крена, рысканья и при одновременном отклонении по всем трём углам. Вторая группа результатов моделирования - графики трёхосного углового движения КА для этих же ракурсов съемки. Третья группа -номинальные значения продольной и поперечной составляющих СДИ в каждом ракурсе съёмки. Анализировалась взаимосвязь представленных графиков углового движения КА и полос захвата, степень изменения форм и конфигураций полосы захвата в соответствие с изменениями углов на графиках, а также схемы взаимного расположения полос и трассы КА - в соответствие с физической сущностью ракурсов съемки. Проведенный в работе анализ показал, что полученные результаты моделирования полностью соответствуют своим теоретически ожидаемым значениям. Это свидетельствует о том, что разработанная динамическая фотограмметрическая модель адекватна описываемым реальным процессам при любой длительности интервала съёмки.

8. Для получения количественных оценок точности и вычислительных затрат разработанной методики прямой засечки в соответствие с известной схемой рассчитывались координаты 50-ти точек, которые использовались далее в качестве контрольных. При этом фиксировалось число итераций для каждой точки. После этого выполнялось статистическая обработка контрольных и рассчитанных ранее с помощью разработанной методики 50-ти значений макетных точек и рассчитывалось значение средней квадратической ошибки. Полученные оценки точности свидетельствуют о том, что средние квадратические ошибки прямой засечки в соответствие с разработанной методикой составляют в плане от 0,5 до одного пикселя. При этом число итераций для каждой точки во всех случаях не превысило двух (одна с моделью, одна без неё), а при использовании традиционной схемы прямой засечки - составило не менее четырёх вместе с моделью.

Это свидетельствет о том, что разработанная методика при одинаковой с известной схемой пиксельной точности обеспечивает существенное (в 2-3 раза) снижение вычислительных затрат.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Клочков, Иван Алексеевич, Москва

1. Концепции создания и развития инфраструктуры пространственных данных Российской Федерации (одобрена распоряжением Правительства РФ от 21 августа 2006 г. № 1157-р).

2. Указ Президента РФ от 20 января 1994 года N 170. "Об основах Государственной политики в сфере информатизации" СПС «Консультант-плюс».

3. Директива 2007/2/ЕС Европейского парламента и Совета Европы по созданию инфраструктуры пространственной информации ЕС (INSPIRE) от 14 марта 2007 г.

4. Концепции использования информационных технологий в деятельности федеральных органов государственной власти до 2010 года (одобрена распоряжением Правительства РФ от 27 сентября 2004 г. № 12441. Р).

5. Королев Ю.К. Общая геоинформатика. Часть I. Теоретическая геоинформатика. М.: СП ООО Дата+ , 1998г., 118с

6. Скворцов, A.B. Геоинформатика. Учебное пособие. Томск: ТГУ, 2006.-336с.

7. Капралов Е.Г. Основы геоинформатики. Том 1 / Капралов Е.Г., Кощкарев A.B., Тикунов B.C. и др.; под ред. B.C. Тикунова., Уч. пособие. В 2-х кн. М.: ИЦ «Академия», 2004.- 351с.

8. Капралов Е.Г. Основы геоинформатики. Том 2 / Капралов Е.Г., Кощкарев A.B., Тикунов B.C. и др.; под ред. B.C. Тикунова., Уч. пособие. В 2-х кн. М.: ИЦ «Академия», 2004.- 480с.

9. Самардак A.C. Геоинформационные системы. / A.C. Самардак. Дальневосточный государственный университет. — Владивосток. 2005.-123с.

10. Карпик А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий: Монография. Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.

11. Хунагов Р.Д., Варшавина, Т.П. Многоцелевая Национальная Геоинформационная система Республики Адыгея /Р.Д. Хуганов, Т.П. Варшавина// Вестник Адыгейского государственного университета, 2006. №1. с.262-268.

12. Геоинформационные системы в дорожном строительстве: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). T. VI. / A.B.Скворцов, П.И.Поспелов, В.Н.Бойков, С.П.Крысин. М.: ФГУП «ИНФОРММАВТОДОР». - 2006.

13. Иванников А.Д. Геоинформатика / А.Д.Иванников, В.П.Кулагин, А.Н.Тихонов, В.Я.Цветков. Изд-во: МАКС Пресс. 2001.- 349с.

14. Гарбук C.B. Космические системы дистанционного зондирования Земли. / C.B. Горбук, В.Е. Гершензон. М.: Издательство А и Б. - 1997г. -296с.

15. Андронов В.Г., Волобуев Ю.Н., Клочков, И.А., Лазарева, Е.В. Роль и место ортогеокодированных данных дистанционного зондирования обширных территорий в геоинформационном обеспечении регионов./

16. В.Г.Андронов, Ю.Н. Волобуев, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. // Тезисы докладов II региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций».-Курск ГТУ. 2010. - С 74 — 77

17. Королев Ю.К. Данные дистанционного зондирования источник информации для ГИС./Ю.К.Королев// ГИС - обозрение, осень 1994, стр. 28

18. Гаязова А.К., Жежерун A.C. Методика определения экономической эффективности применения материалов космической съемки при комплексном изучении и картографировании природных ресурсов, -Исследования Земли из космоса.

19. Зуев Ю.С., Решетнева Т.Г. Применение методов дистанционного зондирования в геоинформатике / Ю.С. Зуев, Т.Г. Решетнева// Геоинформационные системы. №1(5), 2003 г. С. 57-65.

20. Концепция создания ГИС органов государственной власти Курской области. Администрация Курской области, 2007г

21. Агапов C.B. Технико-экономический анализ технологии обновления карты масштаба 1:25000 по космическим снимкам. / C.B. Агапов,

22. М.Н. Булушев, Н.С. Дмитриева // Геодезия и картография, N 5, 1992, С. 2427

23. Руководство по обновлению топографических карт масштабов 1:500000 и 1:1000000 с использованием космических фотоснимков (ГКИНП-08-150-82). Утверждено ГУГК 20.01.82. М., ЦНИИГАиК, 1982 (сфера действия по отрасли).

24. Технология составления составительских и издательских оригиналов при обновлении карт. Технология одновременного обновления топографических карт всего масштабного ряда (1:10000 1:1000000). Утверждена ГУГК. - М., ГУГК, 1973 (сфера действия по отрасли).

25. Шахраманьян М.А. Новые информационные технологии в задачах обеспечения национальной безопасности России (природно-техногенные аспекты). Монография. М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2003. - 398с.

26. Руководство по обновлению топографических карт. ГКИНП-45. Утверждено ГУГК 25.02.77. М., Недра, 1978 (сфера действия общеобязательная).

27. Берлянт A.M. Электронное картографирование в России/ A.M. Берлянт // Соровский образовательный журнал. 2000г.- т.6, №1. - С.64-70.

28. Кашкин В.Б., Сухинин, А.И. Дистанционное зондирование Земли из космоса. Цифровая обработка изображений. / Издательство: М.: Логос. -2001.-264с.

29. Гопп Н.В., Смирнов В.В. Трехмерная визуализация поверхности земли и ГИС-технологии для моделирования и использования в почвоведении // Меж-дународный научный конгресс «Гео-Сибирь 2005». — Новосибирск, 2005. - Т. 5. - С. 274-278

30. Воробьева Н.С., Тимбай, Е.И. Разработка геоинформационной системы учета и контроля земель сельхозназначения/ Н.С. Воробьева, Е.И. Тимбай// Компьютерная оптика. 2009г. - т.ЗЗ, №3. - С. 340-344

31. Петров А.Н., Горячев, И.Н., Лямин, С.М. Геометрические модели геологических структур и геоинформационные системы/ А.Н. Петров, И.Н Горячев., С.М. Лямин // Тихоокеанская геология, 2006г. т. 25. - №5. - С. 5161

32. Гео-Альянс. Космическая съёмка, картография. Электронный ресурс. / ООО «Гео-Альянс». — Электрон, дан. — М.: «Гео-Альянс», 2007. — Режим доступа: http://geo-alliance.ru/, свободный доступ.

33. Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС». / Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС». — Электрон, дан. — М.: Инженерно-технологический центр «СКАНЭКС», 2005-2009. — Электронный ресурс. -http://www.scanex.ru/, свободный доступ.

34. Институт Космических Исследований./ Институт Космических Исследований РАН. — Электрон, дан. — М.: Институт Космических Исследований РАН, 2009. — — Электронный ресурс. • -http://www.iki.rssi.ru/index.htm, свободный доступ

35. Носенко Ю.И., Лошкарев П.А. Единая территориально-распределенная информационная система дистанционного зондирования Земли — проблемы, решения, перспективы (часть 1)/ Ю.И.Носенко, П.А.Лошкарев// Геоматика. №3. - 2010г. - С. 35-43.

36. Мельканович А.Ф. Фотографические средства и их эксплуатация //МО СССР, 1986.-180с.

37. Herbert J. Kramer. Observation of the Earth and its Environment -Survey of Missions and Sensors. 4th Edition // Springer Verlag, Berlin,2002. pp. 1510

38. EROS A Satellite Payload. International Online Defence Magazine Электронный ресурс. htt p://www.defense-update.com/directory/erosAl payload.htm

39. Лавров В. В. Космические съемочные системы сверхвысокого разрешения. / Геоинфомационное агентство Иннотер Электронный ресурс. -http://www.innoter.com/articles/imagingsystems/

40. Оперативная съемка больших территорий группировкой спутников компании DigitalGlobe. / ГИС-Ассоциация Электронный ресурс. — www.gisa.ru/news/63312.html

41. Гущин В. Н. Основы устройства космических аппаратов: Учебник для вузов. — М.: Машиностроение. 2003. — 272 с.

42. Космический аппарат «Метеор-М» №1. Научный центр оперативного мониторинга Земли. Электронный ресурс. http://www.ntsomz.ru/ksdzz/satellites/meteorm

43. Grodecki J., Dial G. IKONOS Geometric Accuracy. // Proceedings of Joint Workshop of ISPRS Working Groups 1/2, 1/5 and IV/7 on High Resolution Mapping from Space 2001, University of Hannover, Germany, Sept 19-21, 2001.

44. EOLI Wb Catalogue. Электронный ресурс. http://directory.eoportal.org

45. Петри Г. Российский спутник «Ресурс-ДК1»: альтернативный источник данных сверхвысокогоразрешения/ Г.Петри// Геоматика. №4. — 2010г.-С. 38-42.

46. Савиных В.П. Преобразование космических снимков в заданную картографическую проекцию. / В.П. Савиных, JI.M. Бугаевский, В.А. Малинников / Геодезия и картография. 2004 г. - №4. - С.30-32.

47. Агапов С.В. Фотограмметрия сканерных снимков. /С.В.Агапов//М.: «Картгеоцентр» «Геоиздат» - 1996.

48. Иванов В.П. Ортотрансформирование в среде ERDAS. / В.П. Иванов.// ArcReview современные геоинформационные технологии, 2000 г, №2 .-С.16-20.

49. Grodecki J. IKONOS Stereo Feature Extraction RPC Approach. // Proceedings of ASPRS 2001 Conference. St. Louis, April 23-27, 2001.

50. Denis P. (1987), Applications metriques de la stereoscopie laterale de SPOT. In: SPOT 1- Utilisation des images, bilan, resultants. CNES, Paris, pp. 1267-1272.

51. Salge F., Ross-Josserand, M.-J. and Campagne, P. (1987), SPOT, un outil de saisie et de mise a jour pour la Base de donnees Cartographiques de I'IGN. In: SPOT 1 Utilisation des images, bilan, resultants. CNES, Paris, pp.1421-1428.

52. Jaloux A. (1987). Contribution des images SPOT a la cartographie topographique. In: SPOT 1- Utilisation des images, bilan, resultants. CNES, Paris, pp.l 195-1204.

53. Westin T. (1990), Precision Rectification of SPOT Imagery, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 56, 247-253.

54. А.С №301244. Устройство для дешифрирования сигналов изображения. В.Г.Андронов, И.М.Левкин, В.В.Позументщиков. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 2.10.89 г.

55. A.C. № 326781. Способ дешифрирования изображений местности и устройство для его реализации. В.Г.Андронов, В.Ю. Взнуздаев, И.М.Левкин и др. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений СССР 03.06.91

56. Кадничанский С.А. Обоснование требований к цифровой модели рельефа для ортофототрансформирования аэро- и космических снимков/ Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .- №5.- 2010.- С.49-55.

57. Назаров A.C. Учёт влияния рельефа местности при фотограмметрической обработке аэроснимков. Электронный ресурс.http://www.credo-dialogue.com/getattachment/f4716474-31 £2-4d6e-be47-f85babda674e/Ychet-vliajniaja.aspx.

58. Титаров П.С. Практические аспекты фотограмметрической обработки сканерных космических снимков высокого разрешения. Электронный pecypc.-http://www.gisa.ru/l 6769.html.

59. Radhadevi P. V., Ramachandran R. and MuraliMohan, A. S. R. К. V. (1998), Restitution of 1RS-1С PAN data using an orbit attitude model and minimum control. ISPRS Journal of Photogrammetiy and Remote Sensing, 53(5): 262-271.

60. SPOT Image (2002), SPOT Satellite Geometry Handbook. S-NT-73-12-SI. 76 pages.

61. Пат. 2362973, Россия МПК G01C11/06 Способ определения геодезических координат точек местности по результатам угломерных измерений на космических изображениях/ Баушев C.B., Козин Е.В. заявлено 06.06.2007, опубликовано 27.07.2009.

62. Бутырин С.А. Кинематический синтез программного углового движения космического аппарата при оптико-электронной съемке Земли // Известия Самарского научного центра РАН. 2007. - Т.9.

63. Бутырин С. А. Оптимизация сканирующей оптико-электронной съемки Земли из космоса / С. А. Бутырин, А. В. Бутко//. Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Технические науки. — 2008. № 2. - С. 68-72.

64. ГОСТ Р 51794 2001. Системы координат. Методы преобразования координат точек.

65. Основы теории полёта космических аппаратов. Под общей редакцией Нариманова Г.С. М.: Машиностроение, 1972 г.

66. Эскобал П. Методы определения орбит. Перевод с английского под редакцией В.Г. Дёмина. М.: Мир, 1970 г.

67. Эльясберг П.Е. Введение в теорию полета искусственных спутников Земли. М., Недра, 1965 г.

68. Лобоцкая Н. Л. Основы высшей математики / Н. Л. Лобоцкая -Минск, "Высшая школа", 1973. 352 с.

69. Худяков Г.И. Транспортные информационно-управляющие радиоэлектронные системы / Учебное пособие. Переизданное. СПб: Изд-во СЗТУ, 2003.-185с.

70. Урмаев М.С. Космическая фотограмметрия: Учебник для вузов./ М.С.Урмаев. М.: Недра, 1989. - 279с.

71. Клочков И. А. Особенности формирования космических сканерных изображений линейками матриц ПЗС / В.Г. Андронов, C.B. Дегтярёв, И.А. Клочков //Информационно-измерительные и управляющие системы. М.: Радиотехника. 2010.Т.8. №7. С.11-15.

72. Клочков И.А. Координатно-временная модель формирования космических сканерных изображений линейками матриц ПЗС Текст. / В.Г. Андронов, Ю.Н. Волобуев, C.B. Дегтярев, И.А Клочков.// Изв. вузов. Приборостроение №.- 9 2011.- С. 83-85.

73. Клочков И.А. Общая геометрическая модель космической сканерной съёмки / В.Г. Андронов, C.B. Дегтярёв, И.А. Клочков, Е.В. Лазарева // Геоинформатика, М.: ФГУП ГНЦ РФ ВНИИгеосистем, 2010, № 1. С.48-52.

74. Батраков A.C. Прогнозирование скорости сдвига оптического изображения при съемке земной поверхности/Исследование Земли из космоса, 1984, № I, С. 79-86.

75. Батраков A.C. Общая модель для расчета и анализа скорости сдвига оптического изображения при съемке земной поверхности / Исследование Земли из космоса. 1989г., № 4, С. 54-58.

76. Бутырин С.А. Синтез маршрута космического аппарата наблюдения Земли с выравниванием продольной составляющей скорости движения изображения // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. 2005. -Вып. 37.-С. 128-134

77. Андронов В.Г. Модель компенсация смаза космических сканерных изображений /Тезисы докл. Всесоюзной конференции «Оптическое изображение и регистрирующие среды»// В.Г. Андронов, А.Г. Погорянский, В.В. Позументщиков. JL: ГОИ им. Вавилова, 1990,т.11.

78. Клочков И.А. Общая модель скорости движения космических сканерных изображений в инерциальном пространстве /В .Г. Андронов, И.А. Клочков, Е.В. Лазарева, Т.В. Мордавченко // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .- №4.- 2010.- С.58-61.

79. Яценков B.C. Основы спутниковой навигации. Системы GPS NAVSTAR и ГЛОНАСС.- М.: Горячая линия Телеком. - 2005. - 272с.

80. Каргу А.И. Измерительные устройства летательных аппаратов. М., Машиностроение.- 1988 г. 255 с.

81. Клочков И.А. Формирование угловых параметров космической сканерной съёмки в режимах трёхосного программного управления осьюг визирования КА/ В.Г. Андронов, И.А. Клочков, Т.В. Мордавченко // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .- №6.- 2010.- С.43-47.

82. Клочков И.А. Фотограмметрическая модель космических сканерных изображений /В.Г. Андронов, И.А. Клочков // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .- №2.- 2010.- С.56-62.

83. Общ. Ред. С.С. Чернова. Новосибирск: ИздательствоНГТУ. - 2011г. - часть 1. - С.13-18.

84. Клочков И.А. Программируемые инфокоммуникационные технологии /В.Г. Андронов, И.А. Клочков, Е.В. Лазарева // Сб.ст. /под ред. В.В. Александрова и В.А. Сарычева. М.: Радиотехника, 2009-2010, вып.1, с.33-35.

85. Клочков И.А. Ортогеокодирование космических сканерных изображений в заданной картографической проекции /В.Г. Андронов, И.А. Клочков, Е.В. Лазарева // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка .- №3.2010.- С.47-50

86. Большаков В.Д., Гайдаев П.В. Теория математической обработки геодезических измерений. М.: Недра. - 1977 г. - 400 с.

87. Лобанов А.Н., Дубиновский В.Б. Аналитические модели местности и снимков (макетные снимки). М.: Недра, 1973. 197 с.

88. Оньков И.В. Исследование геометрической точности ортотрансформированных снимков Rapid Eye. Геоматика,№4(5) 2009. -С.21-27.

89. Оньков И.В .Исследование точности измерения координат точек на ортоснимках RapidEye в зависимости от их геометрического типа./И.В. Огоньков// Геоматика. №3. - 2010г. - С.56-59.

90. Адров В.Н., Карионов Ю.А., Титаров П.С., Громов М.О., Харитонов В.Г. О точности создания ортофотопланов по снимкам QuickBird // Геопрофи. 2005. - № 6. - С. 21-24.

91. Grodecki J., Gene D. IKONOS Geometric Accuracy. Proceedings of Joint Workshop of ISPRS Working Groups 1/2, 1/5 and IV/7 on High Resolution Mapping from Space 2001, Hannover, 2001.

92. Jacobsen K., Passini R. Accuracy of digital orthophotosfrom high resolution Space imagery. Proceedings of the Workshop High Resolution Mapping from Space 2003,Hannover 2003.

93. Amato R., Dardanelli G., Emmolo D., Franco V., Midulla P., Orlando P., Villa B. Digital orthophotos at a scale of 1:5000 from high resolution satelliteimages Электронный ресурс. - http://www.imageinfo.com/isprs2004 /comm4/papers/431 .pdf.

94. Тезисы докладов III региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций».- ЮЗГУ. 2011. - С. 60

95. Клочков И.А Модуль планирования прохождения трассы космического аппарата Текст. /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17059 от 04.05.2011.

96. Клочков И.А. Модуль формирования программы трёхосного углового движения космического аппарата (оптико-электронная съёмка) /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17156 от 31.05.2011.

97. Клочков И.А. Модуль планово-высотной координатной привязки данных космической панорамной и оптико-электронной съемки /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17341 от 26.07.2011.

98. Клочков И.А. Пакет прикладных программ геоорбитального моделирования (космическая панорамная и оптико-электронная съёмка) /В.Г.Андронов, И.А.Клочков, Е.В. Лазарева. Свидетельство о регистрации электронного ресурса №17395 от 01.09.2011.