υνατότητες Satellites ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΙΣ Καταγραφόµενη Πληροφορία 20/5/2010 µεγάλος αριθµός δορυφορικών δεκτών Μειονεκτήµατα Πλεονεκτήµατα

Transcript

1 0/5/010 Satellites Satellite, Space Shuttle, Space Station υνατότητες ΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΕΙΣ Αεροφωτογραφίες Εύκολα διαθέσιµες Σχετικά οικονοµικές Εύκολη ερµηνεία Μικρή εδαφική κάλυψη Μπορεί να διορθωθούν γεωµετρικά ορυφορικές απεικονίσεις Μεγάλη εδαφική κάλυψη Εύρος φασµατικής κάλυψης Ψηφιακή καταγραφή Οικονοµικές για πολύ µεγάλες περιοχές Γεωµετρικά ακριβείς ορυφορικές Απεικονίσεις Πλεονεκτήµατα Μεγάλο ύψος πτήσης, µικρή εκτροπή λόγω αναγλύφου Σταθερή τροχιά µικρές παραµορφώσεις µ ρφ λόγω κλίσεων Φασµατικό εύρος (από ραντάρ έως υπέρυθρα) Οικονοµικές για πολύ µεγάλες περιοχές µελέτης (ανά µονάδα εµβαδού) Ψηφιακές απεικονίσεις (επεξεργάσιµες, GIS κ.τ.λ.) Μειονεκτήµατα Περιορισµένη ευελιξία στις λήψεις Σταθερό πρόγραµµα πτήσεων Ακριβές για µικρές περιοχές µελέτης Περιορισµένη ανάλυση, παρά τα 0.46m σήµερα!! Καταγραφόµενη Πληροφορία µεγάλος αριθµός δορυφορικών δεκτών Οριζοντιογραφικός (X,Y) εντοπισµός και διαστάσεις Υψοµετρικός (Z) εντοπισµός Χρώµα (φασµατική ακτινοβολία) Θερµοκρασία επιφάνειας Υφή Τραχύτητα επιφάνειας Ποσοστό υγρασίας Βλάστηση θα εξεταστούν όσοι προσφέρονται για χαρτογράφηση, ανάλογα µε την ανάλυση των δεκτών τους χωρική και ραδιοµετρική 1

2 0/5/010 Χωρική Ανάλυση Ανάλυση (µέγεθος pixel στο έδαφος) ~0.5 m - 10km Χαµηλή ανάλυση 1km - 10km Μέση Ανάλυση 100m - 1km Υψηλή ανάλυση m Πολύ υψηλή ανάλυση m Πολύ υψηλής ανάλυσης Π.χ. Ikonos, Quickbird, GeoEye 0.5 m 1 m m 5 m 10 m GeoEye ανάλυση 50cm: Vancouver Ολυµπιακό χωριό (6 Απριλίου 009) ορυφορικές τροχιές Γεωστατική τροχιά: ο δορυφόρος κάνει µια περιστροφή της γης κάθε 3 h και 56 min µε στόχο να παραµένει σε σταθερή θέση ως προς την γήινη επιφάνεια Ηλιοσύγχρονη τροχιά: Το τροχιακό επίπεδο περιστρέφεται γύρω από τη γη µε τον ίδιο ρυθµό που ο ήλιος κινείται κατά µήκος της γήινης επιφάνειας και έτσι ο δορυφόρος έχει θέση σύγχρονη µε τη θέση της γης ως προς τον ήλιο Γεωστατική τροχιά Ηλιοσύγχρονη τροχιά

3 0/5/010 Χαρτογραφικοί ορυφόροι κ.ά. Είδη δεκτών έκτες τύπου PushBroom Η εικόνα (scene) δηµιουργείται µε κίνηση του αισθητήρα κατά µήκος της τροχιάς του δορυφόρου και έχει πλάτος ίσο µε το πλάτος του γραµµικού σαρωτή (δεν υπάρχει κάτοπτρο). ) π.χ. SPOT,, IRS Είδη δεκτών pushbroom Κάθε λωρίδα σάρωσης (framelet) αποτελείται από µία σειρά εικονοστοιχείων (πλάτος λωρίδας ίσο µε 1 pixel) ηµιουργία µιας δορυφορικής σκηνής Λωρίδες σάρωσης -Framelet Είδη δεκτών Πανοραµικοί έκτες Αντίθετα µε τον προηγούµενο τύπο, εδώ η εικόνα (scene) δηµιουργείται µε σάρωση σε διεύθυνση κάθετη της τροχιάς Λόγω της κίνησης του δορυφόρου απαιτείται FMC για διόρθωση του φαινοµένου «κίνησης» της εικόνας Είδη δεκτών έκτες τύπου Whiskbroom Η εικόνα δηµιουργείται από ένα φωτοευαίσθητο στοιχείο. Το framelet είναι συνήθως πολύ µικρού µήκους και σαρώνεται µε πολύ µεγάλη ταχύτητα, κατά διεύθυνση κάθετη προς την διεύθυνση κίνησης του δορυφόρου. Παραδείγµατα τέτοιων αισθητήρων: MSS, TM LANDSAT Ψηφιοποίηση Πληροφορίας Η ακτινοβολία είναι σήµα συνεχές (αναλογικό) Αυτό µετατρέπεται σε διακριτό µέσω της ψηφιοποίησης και τα καταγραφόµενα δεδοµένα (ψηφιακός αριθµός DN) µεταδίδονται σε επίγειους σταθµούς 'bits' (1 bit), 0-55 (8 bits), (10 bits), (1 bit) Ψηφιοποίηση µεταξύ άνω και κάτω ορίου του φάσµατος (δυναµικό εύρος) 18 3

4 0/5/010 Κυριότεροι δορυφόροι QuickBird GeoEye-1 ορυφορικά Συστήµατα Υψηλής Ανάλυσης GeoEye 1 (Sep 008) 0.41m Pan 1.65m MS 15. x 15. km Worldview 1 (Sep 007) 0.5m Pan 17.6x17.6 km QuickBird II (001) 0.61m Pan.44m Multispectral 16.5 x 16.5 km CartoSat (Jan 007) Καλύτερη από 1m Pan 9.6 x 9.6 km EROS B (Apr 006) 0.7m Pan 7 x 7 km (1999) 1m Pan 4m MS 11 x 11 km KOMPSAT (Jul 006) 1m Pan 4m MS 15 x 15 km FORMOSAT (004) m Pan 8m MS 4 x 4 km ROCSat (004) Pan 4 MS 4 x 4 km IRS P5 Cartosat1 (005).5m Pan 30 x 30 km SPOT 5 (00) 5m (.5m) Pan 10& 0m MS 60 x 60 km RESOURCESAT I (003) 5m Pan 5& 3m MS Stereo (5 ημ. διαφορά) IRS 1C (00) 5.8m Pan 3m MS 70 x 70 km Pan 140 x 140 km MS ASTER (1999) 15m 60 x 60 km LANDSAT 7 (1999) 15m Pan 30m MS Mono 170 x 183 km έκτες µέσης ανάλυσης LANDSAT Thematic Mapper (TM, ETM+) 7 φασµατικές µπάντες 15 m παγχρωµατική ανάλυση 30 m πολυφασµατική ανάλυση Συχνότητα 16 ηµέρες (δεδοµένα από το 1984) IRS Indian Remote Sensing Satellite IRS-1C - Indian ResourseSat (818km) 7 φασµατικές µπάντες 5.8 m παγχρωµατική ανάλυση 3 m πολυφασµατική ανάλυση Συχνότητα 5 ηµέρες (από το 1995 µέχρι σήµερα) ASTER Advanced Spacebourne Thermal Emission and Reflection Radiometer SPOT Spot Systeme Pour l Observation de la Terre 5 φασµατικές µπάντες 5-10 m ανάλυση Συχνότητα 1-3 ηµέρες Landsat Thematic Mapper Τυπικά διαχωρίζονται αντικείµενα µε απόσταση 5m IRS Indian Remote Sensing Satellite SPOT Περισσότερη πληροφορία από τον Landsat, αλλά µικρότερη περιοχή απεικόνισης 4

5 0/5/010 SPOT έκτες Υψηλής Ανάλυσης έκτης Εταιρεία Εκτόξευση εικόνα Εδαφοψηφίδα στο Ναδίρ (m) Ύψος πτήσης (km) Quickbird Digital 001 Pan/4ms 0.61/ Globe Ikonos GeoEye 1999 Pan/4ms 0.8/ OrbView 3 OrbImage 003 Pan/4ms 1.0/ Spot 5 SpotImage 00 Pan/4ms 5(.5)/ Cartosat-1 NASDA, Japan 004 Pan ιαχρονική ανάλυση περιοχής σεισµού Cartosat- NASDA, Japan 004/5 Pan Ο πρώτος δορυφόρος µε δυνατότητα παγχρωµατικής καταγραφής µε ανάλυση 0.8 m και πολυφασµατικής καταγραφής µε ανάλυση 3.8 m Οι παγχρωµατικές και πολυφασµατικές απεικονίσεις µπορεί να συγχωνευτούν για να παραγάγουν έγχρωµη εικόνα µε ανάλυση 0.8 m (pan-sharpened) p Συχνότητα 3 ηµέρες και ύψος πτήσης 681 km (1999) 680 km Συχνότητα 1-3 ηµέρες 1 m παγχρωµατικές 4 m ορατό έγχρωµο / υπέρυθρο Εύρος σάρωσης 13 km Κατευθυνόµενος δέκτης Προϊόντα Προϊόντα Ορθοαναγωγή Οριζοντιογραφική ακρίβεια (m) Τιµή για κάθε Km Geo Όχι 5 0 $ Reference 11,8 80 $ Map 5,7 Pro 4, $ Precision 1, $ Precision + 1 5

6 0/5/010 Σχηµατική παράσταση φωτοµηχανής Βάρος µηχανής: 171 kg ιαστάσεις φακού: 154x787 mm Quickbird (000) 61 cm παγχρωµατική.44 m πολυφασµατική ιάσταση εικόνας16.5 km Ύψος πτήσης 460 km Συχνότητα 1-3 ηµέρες FORMOSAT- είγµατα ορυφορικών Απεικονίσεων Τροχιά: 888 km, ηλιοσύγχρονη, 14 περιφορές την ηµέρα Μέγεθος εδαφοψηφίδας (GSD): m PAN & 8 m MS Εύρος σάρωσης: 4 km υνατότητα κλίσης +/- 45 deg Εκτόξευση 1 May 004 Worldview-1 (λήψη 008) ανάλυση 0.5m FORMOSAT (λήψη 007) ανάλυση m ορυφορικά εδοµένα Υψηλής Ανάλυσης (1/3) Βασικά Χαρακτηριστικά ορυφορικά εδοµένα Υψηλής Ανάλυσης (/3) Παράµετροι Τροχιάς έκτης (1) QuickBird () EROS-B (3) Orbview (4) (5) SPOT-5 έκτης (1) QuickBird () EROS-B (3) Orbview (4) (5) SPOT-5 Εκτόξευση Οκτ. 001 εκ. 006 Απρ. 003 Σεπτ Μάρτ. 00 Ανάλυση Παγχρωµατικό 0.6m-0.7m 0.7m 0.7 m 1 m 0.8m-1m m 5.0m (.5) Πολυφασµατικό.4m-.9m -- 4 m 3.m-4m 10m ΝΑΙ along-track & across-track ΝΑΙ ΝΑΙ ΝΑΙ along-track ΝΑΙ along-track Αισθητήρες Γραµµικός Γραµµικός Επιφανειακός Γραµµικοί Ύψος τροχιάς 450 km 500 km 470 km 681 km 8 km Ταχύτητα 7.1 km/sec 7.6 km/sec 7.5 km/sec 7.1 km/sec 7.4 km/sec Περίοδος τροχιάς Τύπος τροχιάς Πλάτος σάρωσης 93.5 min 93 min 90 min 98 min 101 min Στερεοκάλυψη Ηλιοσύγχρονη Ηλιοσύγχρονη Πολική Ηλιοσύγχρονη Σχεδόν πολική Ηλιοσύγχρ. Κυκλική 16.5x x 7 8 x 8 11 x x 60 km km km km km 6

7 0/5/010 έκτης ορυφορικά εδοµένα Υψηλής Ανάλυσης (3/3) Προϊόντα & Εφαρµογές Προϊόντα Κύρια πεδία εφαρµογών (1) QuickBird Ορθοφωτο Στερεο- µοντέλα Χαρτογ/ση Μεταφορές ασικά Περιβάλλον Τοπ. Αυτοδ. () EROS-B Στερεο- µοντέλα Εθνική Ασφάλεια Υποδοµές Φυσικά διαθέσιµα Χαρτ/ση (3) Orbview Ορθοφωτο Εθνική Ασφάλεια Φυσικά διαθέσιµα Μεταφορές Περιβάλλον Σχεδιασµός (4) Ορθοφωτο Στερεο- µοντέλα DEM Εκτ. Ανάγκη Εθν. Ασφάλ. Χαρτ/ση Αστική & Περιφερειακή Φυσικά διαθέσιµα (5) SPOT-5 Στερεο- µοντέλα Χαρτ/ση Εθν. Ασφ. Τηλεπικ. Αστική Ανάπτυξη ασικά υνατότητα Απόκτησης Στερεοζεύγους (1/) Κατά την διεύθυνση της τροχιάς (along track) Λήψη στερεοζεύγους µε προγραµµατισµό της κατεύθυνσης των τηλεσκοπίων υνατότητα Απόκτησης Στερεοζεύγους (/) Από διαδοχικές τροχιές (across track) ASTER Στερεοσκοπικό ζεύγος Σχηµατική παράσταση λήψης στερεοζεύγους από SPOT Γεωµετρία ορυφορικών Εικόνων Ταχύτητα δορυφόρου Μεγάλος χρόνος λήψης Μεταβολή στοιχείων εξωτερικού προσανατολισµού στην εικόνα υναµικό µοντέλο περιγραφής της δορυφορικής λήψης Παράγοντες καθορισµού της γεωµετρίας του συστήµατος Είδος δέκτη: Γραµµικός, Επιφανειακός Τρόπος δηµιουργίας εικόνας Γεωµετρικό µοντέλο δέκτη Γεωµετρικό µοντέλο για τον προσανατολισµό των δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης Η σύνδεση των εικονοσυντεταγµένων µε τις γεωδαιτικές συν/νες ή αλλιώς η γεωαναφορά των δορυφορικών εικόνων ή αλλιώς ο προσανατολισµός των εικόνων, µπορεί να γίνει µε εφαρµογή: Προσεγγιστικού µαθηµατικού µοντέλου (Non-Rigorous model) Ο µετασχηµατισµός ανάµεσα στο χώρο της εικόνας και στο χώρο του αντικειµένου εκφράζεται µε γενικευµένες σχέσεις χωρίς να µοντελοποιείται η φυσική διαδικασία απεικόνισης Αυστηρού µαθηµατικού µοντέλου δέκτη (Rigorous model) Πολύπλοκο µαθηµατικό µοντέλο ιαφορετική γεωµετρία κάθε δέκτη Υπάρχουν δέκτες µε άγνωστη γεωµετρία (π.χ. ) 7

8 0/5/010 Προσεγγιστικά Μοντέλα Α. Μοντέλα απλής µορφής (simple models) 3D αφινικός µετασχηµατισµός 8 άγνωστοι x = a0 + a1 X + a Y + a3z y = b0 + b1 X + b Y + b3 Z Αµεσος Γραµµικός Μετασχηµατισµός (DLT ή SDLT) 11 ή 1 άγνωστοι a0 + a1 X + a Y + a3z x= + a4xy 1+ c X+ c Y+ c Z 1 3 b0 + b1 X + b Y + b3 Z y = 1+ c X+ c Y+ c Z 1 3 Β. Κλασµατικά πολυώνυµα (Rational Functions, RPC) Ρητές συναρτήσεις µε 80 αγνώστους συντελεστές για κάθε δορυφορική εικόνα: 40 συντελεστές κατά τον άξονα Χ 40 συντελεστές κατά τον άξονα Υ (0 στον αριθµητή & 0 στον παρονοµαστή) Ο υπολογισµός µ των αγνώστων συντελεστών µπορεί ρ να γίνει: Με χρήση φωτοσταθερών Απαιτείται η γνώση των γεωδαιτικών συν/νων µεγάλου αριθµού σηµείων Από την εταιρεία παροχής των δορυφορικών εικόνων Χαµηλή ακρίβεια λόγω ύπαρξης συστηµατικών σφαλµάτων Απαραίτητη η µέτρηση τουλάχιστον 1 φωτοσταθερού στην περιοχή και ο επανυπολογισµός των αγνώστων συντελεστών µε κατάλληλο λογισµικό Κλασµατικά Πολυώνυµα Κλασµατικά Πολυώνυµα f ( X, Y, Z ) a0 + a1 X + ay + a3z + a4 XY + a5xz + a6yz + a7 XYZ + a8 X + a9y + a10z + a11x + a1 X Y + a13x Z + a14 XY + a15y + a16y Z + a17 XZ + a18yz + a19z I = = g( X, Y, Z ) 1+ c1 X + cy + c3z + c4 XY + c5 XZ + c6yz + c7 XYZ + c8 X + c9y + c10z + c11x + c1 X Y + c13x Z + c14 XY + c15y + c16y Z + c17 XZ + c18yz + c19z J = h( X g( X, Y, Z ), Y, Z ) = b0 + b1 X + by + b3z + b4 XY + b5 XZ + b6yz + b7 XYZ + b8 X + b9y + b10z + b11x + b1 X Y + b13x Z + b14 XY + b15y + b16y Z + b17 XZ + b18yz + b19z c1 X + cy + c3z + c4 XY + c5xz + c6yz + c7 XYZ + c8 X + c9y + c10z + c11x + c1 X Y + c13x Z + c14 XY + c15y + c16y Z + c17 XZ + c18yz + c19z I, J: συντεταγµένες ενός σηµείου σε στήλες και γραµµές (pixels) Χ, Υ, Ζ: συντεταγµένες σηµείου σε WGS84 f, h, g: πολυωνυµικές συναρτήσεις a i,b i,c i : συντελεστές πολυωνύµων Μορφή αρχείου µε τους συντελεστές των RPC, που συνοδεύει µια δορυφορική εικόνα Πλεονεκτήµατα Κατάλληλα για όλους τους τύπους δεκτών Ικανοποιητική ταχύτητα για δυναµική ανταπόκριση Χρήση οποιουδήποτε γεωδαιτικού συστήµατος συντεταγµένων ιατήρηση της ακρίβειας του δέκτη (επίτευξη ακρίβειας της τάξης 1 pixel) Μειονεκτήµατα Οι όροι δεν έχουν φυσική σηµασία Εισαγωγή θορύβου λόγω µιας επιπλέον συνόρθωσης Προβλήµατα λόγω µεγάλου βαθµού συσχέτισης των όρων εν µοντελοποιούνται οι τοπικές διαστροφές εικόνας Μείωση της ακρίβειας σε µεγάλες εικόνες ή µεγάλες διαστροφές Αυστηρά µαθηµατικά µοντέλα Φυσικό µοντέλο του δέκτη (Generic sensor model) Τροχιακό µοντέλο (Rigorous orbital parameter model) Για εικόνες από γραµµικούς αισθητήρες (pushbroom) ως εξίσωση παρατήρησης χρησιµοποιείται η συνθήκη συγγραµµικότητας: [ ] ] 0 X Xo(dt) + dxo(dt) gi - = [ ] y + yo M M (dt) M (dt) Y Yo(dt) + dyo(dt) i q db b gi f Z [ Zo(dt) + dzo(dt) ] gi Ο πίνακας στροφής περιλαµβάνει: την γωνία όρασης του δέκτη τις γωνίες προσανατολισµού (ω, φ, κ ή roll, pitch, yaw), συναρτήσει του χρόνου λήψης κάθε framelet τα Κεπλέρια στοιχεία f και Ω τις γωνίες µεταξύ των συστηµάτων συντεταγµένων Φυσικό µοντέλο του δέκτη Συστήµατα συντεταγµένων για τη µοντελοποίηση του µετασχηµατισµού των εικονοσυντεταγµένων σε γεωδαιτικές συντεταγµένες: Γεωδαιτικό (γεωκεντρικό) σύστηµα συντεταγµένων WGS84, ITRF, Τροχιακό σύστηµα συντεταγµένων Χρονικά εξαρτηµένο σύστηµα, µε αφετηρία τη θέση του δορυφόρου S(t) κατά τη χρονική στιγµή t Σύστηµα συντεταγµένων πλατφόρµας λήψης (δορυφόρου) Στροφές roll, pitch, yaw Σύστηµα συντεταγµένων δέκτη Αφετηρία το προβολικό κέντρο Σύστηµα λωρίδας σάρωσης (framelet) Αρχή συντεταγµένων το κέντρο του αριστερού pixel της διάταξης CCD (είναι το σύστηµα πραγµατοποίησης των παρατηρήσεων: x F, y F ) Σύστηµα συντεταγµένων στο αρχείο εικόνας Γραµµές (αντιστοιχούν στο χρόνο t) και στήλες (y F ) στην εικόνα 8

9 0/5/010 Παράµετροι έκτη Εστιακή απόσταση Πρωτεύον σηµείο ιαστροφή φακών Μέγεθος pixel Τροχιακό µοντέλο του δορυφόρου Κεπλέρια στοιχεία: a : Μήκος του µεγάλου ηµιάξονα της έλλειψης e : Εκκεντρότητα της έλλειψης i : Κλίση (γωνία τροχιακού επιπέδου µε επίπεδο ισηµερινού) Ω : Ορθή αναφορά (γωνία µεταξύ τοµής του τροχιακού επιπέδου µε το επίπεδο ισηµερινού και εαρινής ισηµερίας) ω : Μέτρο του περιγείου (γωνία µεταξύ των επιβατικών ακτίνων στο σηµείο ανάδυσης του δορυφόρου και στο περίγειο) f : Αληθής ανωµαλία (γωνία θέσης δορυφόρου στο τροχιακό επίπεδο) Παράµετροι ορυφόρου Θέση (Χ, Υ, Ζ) Χρόνος (t) Γωνίες στροφής Κεπλέρια στοιχεία (a, e, i, Ω, ω, f) υναµικό µοντέλο παραµέτρων προσανατολισµού : Πλεονεκτήµατα Κάλυψη µεγάλης περιοχής µε καλύτερη ραδιοµετρία Μικρή εκτροπή λόγω αναγλύφου (µείωση προβληµάτων ορθοεικόνων σε αστικές περιοχές) Απόκτηση δεδοµένων σε χώρους που απαγορεύονται οι πτήσεις ιαχρονική καταγραφή περιοχών µέσω της συχνής επίσκεψής τους κατά την πτήση του ορυφόρου Μειονεκτήµατα Υψηλό κόστος αγοράς δορυφορικών εικόνων (ιδιαίτερα στερεοζευγών) Περιορισµένη γεωµετρική ακρίβεια (βελτιώνεται στους νέους δορυφόρους) Όταν δεν είναι γνωστά τα φυσικά µοντέλα δεν επιτυγχάνεται η µέγιστη δυνατή ακρίβεια (επίλυση µε RPC) 9