Космические снимки АО «НК «Қазақстан Ғарыш Сапары»: обработка, необычные проекты и польза государству

Вы когда-нибудь задумывались о том, каким образом люди получают космические снимки и соответственно проводится дальнейшая работа по космомониторингу? Большинство людей, не являющихся экспертами в этой области, думают: «Запечатлел спутник нужный объект и вот он, – готовый космический снимок на руках!» На самом деле, это очень сложный и трудоемкий процесс, требующий скрупулезного и комплексного подхода к данной работе. Например, чтобы получить готовый продукт (космоснимок), прежде необходимо провести фотограмметрическую обработку данных -камеральную обработку данных космической и наземной съемок в целях создания изображения участка местности в ортогональной проекции (в вертикальной плоскости).

Впрочем, более детально нам расскажет ведущий инженер Управления обработки снимков Департамента космической системы дистанционного зондирования Земли АО «НК «Қазақстан Ғарыш Сапары» Жандос Досымжанов:
 
IMG-20210526-WA0020 (1).jpg



- Жандос, как происходят процессы фотограмметрической обработки данных?
- После того, как данные со спутника сбросятся на антенные посты, и пройдут первичную обработку, в зависимости от заявки, идет фотограмметрическая обработка. Фотограмметрическая обработка снимков включает в себя создание трех продуктов. Это ортоизображение, цифровая модель рельефа/местности (ЦМР/ЦММ) и ортомозаика.

- Можно здесь подробнее? Ортоизображение и ортомозаика – что это?

- Ортоизображение – ортогональное изображение, то есть, когда мы приводим снимок в ортогональную проекцию. Простыми словами, это когда мы видим объекты на снимке в вертикальной плоскости (хоть они и кажутся под углом). Для этого производится соответствующая ориентация каждого пикселя. Ортомозаика – это, когда все ортоизображения сшиты в одну единую мозаику.

Спутник не всегда снимает определенную территорию строго вертикально, мы называем это – в надир, иногда орбита спутника не совпадает с территорией съемки, поэтому спутник поворачивается (согласно плану съемки) в сторону той местности, которая нас интересует и ведет съемку. В результате, мы получаем космический снимок с некоторым углом, который влияет на точность истинных координат той местности. Также, на точность влияют и другие факторы. Это искажения, вызванные рельефом местности, съемочной аппаратурой (дисторсия на космическом снимке) и орбитальными параметрами спутника. Наша задача – исправлять такие отклонения.

В АО «НК «ҚҒС»(далее – Общество) имеются два лицензионных программных обеспечения: ERDASImagineкомпании HexagonAB и Pixel Factory Processing Facility (PFPF) французской компании Airbus Defense&Space. Аппаратно-программный комплекс PFPF является серверным решением, а программное обеспечение ERDASImagine- локальное решение.
 
 
IMG-20210526-WA0014 (1).jpg



Прежде чем начинать фотограмметрическую обработку снимков, необходимо подготовить опорные данные: наземные контрольные точки (НКТ), цифровую модель рельефа (ЦМР). Чтобы создать продукт ортоизображения (уровень L3) - космические снимки, вышеупомянутые опорные данные импортируются в созданный проект.

Следующий шаг, это – уравнивание космических снимков, для этого используются НКТ, предоставленные Департаментом спутниковой навигации компании. В комплекте НКТ имеются координаты точек в географической, в прямоугольной (Меркатор) системе координат, высотное значение точки и т.д. в формате таблицы и векторного файла, также в комплекте имеются абрисы точек (наброски расположения точек с фото местностей). Интерфейс программных обеспечений дает возможность определять точки (с помощью абрисов) на космическом снимке.

В случае если космических снимков больше одного, необходимо дополнительно создавать связующие точки между космическими снимками. Как только НКТ были определены и измерены, связующие точки были созданы, необходимо произвести пространственную триангуляцию, чтобы выявить среднюю квадратическую ошибку (СКО). Чем меньше это значение, тем точнее будет привязка у космического снимка.


Однако, какой бы не была СКО, все зависит от используемого ЦМР для создания ортоизображения с высокой точностью. Можно создать свой ЦМР (продукт уровня L4), можно использовать ЦМР из открытых источников.

 

IMG-20210526-WA0015 (1).jpg
IMG-20210526-WA0013 (1).jpg

- Объясните, что такое цифровая модель рельефа? Каковы ее преимущества и недостатки?

- Цифровая модель рельефа (ЦМР) — это трехмерное отображение земной поверхности, представленное в виде большого количества точек, с определенными высотными значениями соответствующих реальной высоте данной точки. ЦМР содержит информацию только о поверхности Земли, без учета растительности, зданий и других объектов.

Преимущества и недостатки собственно созданного ЦМР: космический аппарат «KazEOSat-1» имеет возможность снимать в стереорежиме с одного витка. В ПО ERDASImagine есть инструмент для создания ЦМР. Помимо этого, необходим специальный стереомонитор с поляризационным экраном и поляризационные очки. Точность ЦМР при таком способе составляет 2 метра в плане и по высоте. Однако, учитывая, что ширина полосы захвата данного спутника составляет 20 км, а общая площадь одной сцены ~400 кв. км, то создание ЦМР на большую территорию весьма трудозатратна.

А для ортоизображения обычно используются ЦМР из открытых источников (SRTM 1arcsec 30m).
При том, что здесь покрытие почти всей территории Земли и доступно для всех, но у данных ЦМР точность будет ниже, так как пространственное разрешение хуже, чем у космического аппарата «KazEOSat-1» или других платных ЦМР от зарубежных компаний.

- Вы говорили о специальном стереомониторе с поляризационным экраном и про поляризационные очки. Для чего они нужны?

- Стереомонитор состоит из двух дисплеев, расположенных под 90 градусов. Между ними находится поляризационный экран. На верхний дисплей проецируется первый снимок стереоснимка, на нижний - второй снимок стереоснимка. У каждого из них разные углы. С помощью специальных поляризационных очков можно увидеть стереоэффект.

Очки устроены так, что один глаз видит сквозь поляризационный экран стереомонитора, а другой глаз видит отражение нижнего дисплея на поляризационном экране. Поэтому и получается стереоэффект. Таким образом, появляется возможность увидеть объем объекта и высоту определенной точки. Когда создается облако точек, мы получаем цифровую модель местности (ЦММ). Здесь описываются растительность, здания и другие искусственные объекты посредством создания точек на крышах, на кронах деревьев и т.д.

Но для ортоизображения необходимо использовать ЦМР. Поэтому точки, которые создались на крышах и вершинах искусственных объектов, на деревьях необходимо редактировать, либо удалить, таким образом описывая рельеф. Таких точек несколько тысяч на каждую сцену, поэтому производительность создания ЦМР и ЦММ в несколько раз ниже, чем создание ортоизображения или ортомозаики.

IMG-20210526-WA0016 (1).jpg

 


- Расскажите, каким образом происходит сшивание космоснимков в мозаику?

- После создания ортоизображения с использованием ЦМР, в зависимости от заявки, необходимо сшить космические снимки в бесшовную мозаику (продукт уровня L5).
Учитывая, что у нас значения СКО при уравнивании была максимально низкая и использованный ЦМР достаточно точный, то при сшивке мозаики все должно идеально совпадать. Если ЦМР плохого качества (присутствуют шумы и неточности), то космические снимки могут не совпадать в местах сшивки – в частности, в местах дорог, заборов, рельефа и т.д. Места сшивки космических снимков между собой называются – линиями сшивки. От того, как подробно были созданы и отредактированы линии сшивок, будет зависеть качество конечного продукта бесшовной мозаики.

Помимо линий сшивок, необходимо производить коррекцию цвета изображений, чтобы в конечном продукте, снимки за разный период съемки казались так, как будто они были сняты в один период.
Далее, готовые продукты передаются в Управление взаимодействия Департамента космических систем ДЗЗ для передачи заказчику, либо в другие департаменты, чтобы те производили дальнейшие работы с предоставленными данными.

- Можете назвать наиболее интересные и необычные проекты, над которыми приходилось работать?

- Был проект в 2015 году по определению состояния саксауловых насаждений в Приаралье для ПРООН. Руководил проектом инженер 1 категории Управления обработки снимков – Самарханов Канат Бауыржанович. Производилась фотограмметрическая обработка космических снимков на данную территорию. Затем инженеры были командированы на местность на несколько недель для сбора данных (полевое дешифрирование по космическим снимкам, измерение контрольных точек, сбор спектральной библиотеки растений с помощью спектрометра и т.д.).

В 2017 году на территорию РК была создана мозаика по космическим снимкам среднего разрешения с КА «KazEOSat-2» и обновляется каждый год. Мозаика была использована для проекта Генеральной прокуратуры РК, по определению незаконного захвата земель. Работа была высоко оценена и косвенный эффект проекта составил порядка 400 млрд. тенге.
Был еще проект «Россия Универсал» в 2019 году, по предоставлению ортоизображений и ортомозаики. Качество выполненных работ оценили в Росреестре, и в последующем было заключено дистрибьюторское соглашение между компаниями.

А самый необычный проект, это определение на космическом снимке китов. Было нелегко их определить, но мы сделали это. По крайней мере, мы думали, что это киты, по их большим хвостам. Просто, если не хвосты, киты очень похожи по форме на судно, если смотреть сверху (смеется).

- Действительно необычный проект! Скажите, какую пользу приносит государству в целом работа в области обработки снимков?
 
- Нужно понимать, что мы предоставляем продукт, с помощью которых в дальнейшем выполняется тематическая обработка, и другие виды работ. Без наших продуктов, точность дальнейших работ будет хуже, связано это теми факторами, влияющих на космические снимки, о которых я говорил выше. Если речь идет о космическом мониторинге, то для выполняемых задач есть ряд требований, в том числе и по точности предоставляемых продуктов.
 
К примеру, есть задачи, где по продуктам фотограмметрической обработки выполняется тематическая обработка, ведется анализ территории исследования по космическим снимкам. Данные предоставляются заказчику, а те в дальнейшем принимают решения по ним.

В случае, если есть выявленные нарушения, наши заказчики принимают меры к лицам, ответственным за нарушения на территории исследования. К нарушениям относятся выход за территорию разрешенной области.
 
Поэтому, чтобы принимаемые заказчиком меры были законны, необходимо, чтобы наши предоставляемые данные были максимально точны, что в свою очередь, я думаю, принесет пользу не только государству, но и Обществу, так как доверие со стороны заказчика увеличится, и соответственно придут и новые заявки. Достаточно посмотреть на косвенный эффект от тех или иных проектов. Тоже самое касается и зарубежных заказчиков. Чем качественно мы предоставляем услуги, тем больше будет приток новых заказов. А это большой плюс для Общества.

- Спасибо за столь содержательное интервью. Удачи Вам!
 
                                                                                                                                           
                                                                                                                                          Пресс-служба
                                                                                                     АО «НК «Қазақстан Ғарыш Сапары»

Комментарии (0)

Авторизуйтесь чтобы оставить комментарий