Ενημέρωση τοπογραφικών χαρτών με χρήση δορυφορικών εικόνων του δέκτη SPOT 5

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή

Asian Association on Remote Sensing

Τίτλος κειμένου

Updating topographic map using SPOT 5 satellite imagery

Συγγραφέας

Chu Hai Tung

Εισαγωγή

Η ενημέρωση των τοπογραφικών χαρτών είναι σημαντική για την παρακολούθηση του περιβάλλοντος και των πόρων αλλά και για την γενικότερη κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη. Η διαδικασία αυτή είναι ακόμα πιο αναγκαία για αναπτυσσόμενες χώρες όπως το Βιετνάμ. Το κέντρο τηλεπισκόπησης του υπουργείου φυσικών πόρων και περιβάλλοντος έχει χρησιμοποιήσει δεδομένα από διάφορους δέκτες όπως τους KAFA 1000, KATE 200, Landsat 5 TM, Landsats 7 +ETM, SPOT 1-4. Εντούτοις λόγω της μικρής διαχωριστικής ικανότητας των δεδομένων αυτών, οι χάρτες που ενημερώθηκαν κυμαίνονται από κλίμακες 1:1000000 έως 1:50000. Πρόσφατα, τα δεδομένα πολύ μεγάλης ανάλυσης από δέκτες όπως ο SPOT 5 PAN(2,5m), ο IKONOS(1m) και ο QuickBird (0.7m) έχουν δώσει τη δυνατότητα για ανανέωση χαρτών με μεγαλύτερες κλίμακες όπως 1:25000, 1:10000 ή ακόμα και 1:5000. Ο δέκτης SPOT 5 PAN έχει ένα πλήθος πλεονεκτημάτων όπως η υψηλή συχνότητα επισκέψεων, η μεγάλη κάλυψη και το μικρό κόστος με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται ευρέως στο Βιετνάμ για χαρτογραφικές εργασίες. Οι ιδιότητες του δέκτη SPOT 5 PAN φαίνονται στον πίνακα. Σκοπός αυτού του άρθρου είναι να εισάγει τη διαδικασία αναθεώρησης χαρτών σε κλίμακα 1:25000.

Περιοχή μελέτης, δεδομένα και μεθοδολογία

Η περιοχή μελέτης περιλαμβάνει ένα μεγάλο τμήμα του δέλτα του Κόκκινου ποταμού με 149 φύλλα χάρτη κλίμακας 1:25000 στη Βόρεια περιοχή του Βιετνάμ. Λόγω της μεγάλης εδαφοκάλυψης, περιλαμβάνει σχεδόν όλα τα τυπικά τοπογραφικά χαρακτηριστικά όπως είναι τα υδρογραφικά δίκτυα, τα δίκτυα μεταφορών, οι κατοικημένες εκτάσεις και η βλάστηση. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι από τον δέκτη SPOT 5 και περιλαμβάνουν ζεύγη εικόνων SPOT PAN 2,5m και SPOT XS 10m με κάλυψη νεφών μικρότερη από 10%. Οι εικόνες ελήφθησαν από διαφορετικές οπτικές γωνίες που κυμαίνονταν από 1º έως 26,4º. Η παραγωγή ορθοφωτογραφίας είναι το αρχικό βήμα αλλά και ένα βήμα κλειδί στην όλη διαδικασία. Η ορθοφωτογραφία παρήχθη με χρήση του λογισμικού Spacemap.

Συλλογή σημείων ελέγχου και τριγωνισμός

Αρχικά γίνεται συλλογή σημείων ελέγχου στο έδαφος και τριγωνισμός. Τα σημεία αυτά μπορούν να εξαχθούν από άλλες πηγές όπως τοπογραφικούς χάρτες, αεροφωτογραφίες ή κατευθείαν από μετρήσεις στην επιφάνεια του εδάφους. Στη συγκεκριμένη εργασία τα σημεία ελέγχου συλλέγονται με μετρήσεις GPS. Τα σημεία αυτά πρέπει να είναι ορατά και να εντοπίζονται με ακρίβεια στις εικόνες. Τέτοια είναι οι διασταυρώσεις, οι πορείες και οι γωνίες κτιρίων. Θεωρητικά απαιτούνται 6 σημεία για τον τριγωνισμό αλλά συλλέχθηκαν 10 -12 σημεία για κάθε εικόνα. Αμέσως μετά τη συλλογή των σημείων ελέγχου, διεξήχθη ο τριγωνισμός του μπλοκ των εικόνων. Τα σφάλματα του τριγωνισμού ήταν 6,7m το μέγιστο και 0,4m το ελάχιστο. Οι ακρίβειες θα ήταν μεγαλύτερες αν δεν χρησιμοποιούνταν οι εικόνες SPOT XS 10m. Συγκεκριμένα, διεξήχθη τριγωνισμός μόνο με εικόνες SPOT PAN 2,5m και τα σφάλματα δεν ξεπέρασαν τα 4m. Επιπλέον είναι σαφές ότι οι ακρίβειες του τριγωνισμού επηρεάζονται και από την κατανομή των σημείων ελέγχου τόσο στην εικόνα όσο και στα μπλοκ.

Παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους και ορθοφωτογραφίας

Τα περισσότερα ψηφιακά μοντέλα εδάφους στο Βιετνάμ παρήχθησαν από τοπογραφικούς χάρτες και έτσι στα μοντέλα μεταφέρθηκαν οι ακρίβειες των χαρτών αυτών. Τα μέγιστα σφάλματα των τοπογραφικών χαρτών είναι 6-10m για κλίμακα 1:50000 και 3-5m για κλίμακα 1:25000. Λαμβάνοντας υπόψη τη μέγιστη οπτική γωνία των 26,4º, τα μέγιστα σφάλματα της ορθοφωτογραφίας πρέπει να είναι 3-5m και 1,5–2,5m για χρήση ψηφιακού μοντέλου εδάφους εξαγμένου από χάρτες κλίμακας 1:50000 και 1:25000 αντίστοιχα. Τελικά, μετά την ολοκλήρωση του τριγωνισμού, οι ορθοφωτογραφίες παρήχθησαν από ψηφιακά μοντέλα εδάφους από χάρτες κλίμακας 1:50000. Στη συνέχεια έγινε σύγκριση των ορθοφωτογραφιών με τα σημεία ελέγχου ώστε να διαπιστωθούν τα σφάλματα της διαδικασίας. Τα μέγιστα σφάλματα ήταν μικρότερα από 8m. Το σφάλμα αυτό θεωρείται αποδεκτό για αναθεώρηση χαρτών 1:25000. Ο δέκτης SPOT δεν διαθέτει μπλε κανάλι και έτσι οι εικόνες που παράγονται είναι ψευδέγχρωμες και το ανθρώπινο μάτι δεν είναι εξοικειωμένο με τις απεικονίσεις τους. Έτσι, δημιουργήθηκε ένα ψευδο – μπλε κανάλι βασιζόμενο στην ανακλαστικότητα των εικόνων σε σύγκριση με τα άλλα φασματικά κανάλια. Εντέλει οι ορθοφωτογραφίες κόπηκαν ανάλογα με τα φύλλα χάρτη και δημιουργήθηκε υπόμνημα, πλαίσιο και κάναβος.

Οπτική επιθεώρηση για αναθεώρηση χαρτών 1:25000

Σε αυτό το στάδιο αναγνωρίζονται τα διάφορα χαρακτηριστικά της εικόνας και ψηφιοποιούνται. Τα υδρογραφικά χαρακτηριστικά όπως τα ποτάμια, τα ρέματα και οι λίμνες μπορούν να ανιχνευθούν αρκετά εύκολα λόγω του γραμμικού σχήματος και της διαφοροποίησης της υδάτινης επιφάνειας σε σχέση με τις υπόλοιπες. Ποταμοί και ρέματα με πλάτος μεγαλύτερο από 2m χαρτογραφούνται με ακρίβεια, ενώ διακρίνονται και μικρότερα χαρακτηριστικά σε περιοχές με υψηλές αντιθέσεις. Όσον αφορά στα τοπογραφικά στοιχεία, οι καθιζήσεις βράχων, οι άβυσσοι και οι περιοχές που έχουν σκαφτεί είναι ερμηνεύσιμες καθώς χαρακτηρίζονται από άσπρη λωρίδα στο πάνω μέρος και γκρι λωρίδα στα κατώτατα σημεία. Οι διάφοροι τύποι βλάστησης είναι επίσης εύκολα ανιχνεύσιμοι στις παραχθείσες ορθοφωτογραφίες και μπορούν να ταξινομηθούν ως είδη δασών, είδη βλάστησης και είδη καλλιεργειών. Οι κατοικημένες εκτάσεις αναγνωρίζονται από την ιδιαίτερη υφή που έχουν και μπορεί να γίνει χαρτογράφηση αστικών περιοχών αλλά και αγροτικών με μεγάλη λεπτομέρεια. Τέλος, οι οδικές αρτηρίες εντοπίζονται πολύ καθαρά λόγω του σχήματος αλλά και της θέσης τους σε σχέση με άλλα αντικείμενα της εικόνας. Γενικότερα, έγινε εμφανές πως πολλά χαρακτηριστικά της εικόνας είναι ανιχνεύσιμα με λεπτομέρεια που αντιστοιχεί σε χάρτες κλίμακας 1:10000. Γι’ αυτό προτείνεται η χρήση των εικόνων SPOT και για αναθεώρηση χαρτών της παραπάνω κλίμακας. Εντούτοις το θέμα αυτό πρέπει να διερευνηθεί περαιτέρω όχι μόνο ως προς την χωρητικότητα πληροφοριών αλλά και ως προς την γεωμετρική ακρίβεια.

Αναθεώρηση χαρτών

Σε αυτό το βήμα οι παλιοί τοπογραφικοί χάρτες και τα αποτελέσματα της φωτοερμηνείας σαρώνονται και γεωαναφέρονται στο ίδιο σύστημα αναφοράς. Ο συντάκτης του χάρτη χρησιμοποιεί εδώ πληθώρα εργαλείων για να αφαιρέσει χαρακτηριστικά που δεν υπάρχουν, να μεταβάλλει χαρακτηριστικά που έχουν αλλάξει και να προσθέσει καινούργια.

Συμπεράσματα

Συνολικά, η έρευνα κατέδειξε πως τα δεδομένα SPOT 5 PAN&XS είναι κατάλληλα για την αναθεώρηση χαρτών κλίμακας 1:25000. Για την παραγωγή ορθοφωτογραφίας, χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις GPS, για τη συλλογή των σημείων ελέγχου, και ψηφιακό μοντέλο εδάφους παραγμένο από χάρτη κλίμακας 1:50000, και οι ακρίβειες που επιτεύχθηκαν ήταν αποδεκτές. Οι εικόνες του δέκτη SPOT 5 δύνανται να χρησιμοποιηθούν για ενημερώσεις χαρτών κλίμακας έως και 1:10000 αλλά η ακρίβεια της ορθοφωτογραφίας χρειάζεται να βελτιωθεί για να παραχθεί ένα ικανοποιητικό αποτέλεσμα.