Projekti / Programi
Samodejna izdelava popolnih ortoposnetkov iz podatkov zelo visoke ločljivosti
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.17.00 |
Tehnika |
Geodezija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T181 |
Tehnološke vede |
Daljinsko zaznavanje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.07 |
Tehniške in tehnološke vede |
Okoljsko inženirstvo |
samodejna obdelava, satelitski posnetki, ortorektifikacija, popolni ortoposnetek, visokoločljiv model površja, geometrično modeliranje
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
28658 |
dr. Aleš Marsetič |
Geodezija |
Vodja |
2017 - 2019 |
108 |
Organizacije (1)
Povzetek
Podatki daljinskega zaznavanja postajajo vedno bolj pomemben vir za dopolnjevanje obstoječih prostorskih podatkov ali celo za njihovo nadgradnjo. Zaradi velikega porasta njihove količine pa je postala zelo pomembna tudi avtomatizacija njihove obdelave, saj le (pol)samodejnost postopkov lahko zagotovi velike količine končnih izdelkov v skoraj realnem času.
Posebno mesto zasedajo optični satelitski podatki zelo visoke ločljivosti. Njihova najboljša ločljivost (trenutno 0,3 m) je že primerljiva z ločljivostjo letalskih posnetkov, s katerimi si delijo tudi enaka področja uporabe. Njihov potencial pa ni do konca izkoriščen, saj ni na voljo samodejnih postopkov za njihovo obdelavo, ki bi zagotavljali dovolj točne, celovite in kakovostne izdelke.
Če želimo optične satelitske posnetke uporabljati za prostorske analize skupaj z različnimi georeferenciranimi podatki, jih moramo najprej ortorektificirati. Rezultate ortorektifikacije imenujemo ortoposnetki. Ortoposnetki imajo visoko uporabnost, saj vsebujejo tako slikovne lastnosti fotografij kot geometrične lastnosti topografskih kart. Dandanes so nepogrešljivi predvsem kot rastrske podlage za različne prostorske aplikacije. Nadomeščajo ali dopolnjujejo vektorske podatke, na njihovi podlagi pa se izdelujejo tudi geodetske podlage za potrebe planiranja.
Popolni ortoposnetki so izboljšani ortoposnetki, saj so popravljeni še za vpliv visokih objektov (npr. stavb). Priprava popolnih ortoposnetkov je bolj zapletena kot priprava običajnih ortoposnetkov, saj zahteva več posnetkov istega območja, snemanih iz različnih kotov (t.i. blok posnetkov).
Namen predlagane raziskave je izdelati samodejen postopek za ortorektifikacijo zelo visokoločljivih satelitskih posnetkov, katerega rezultat bo ortoposnetek ali popolni ortoposnetek, izdelan v zelo kratkem času. Rezultate bodo končni uporabniki lahko neposredno uporabili za pridobivanje prostorskih podatkov ali v GIS analizah.
Predlagani projekt je razdeljen v pet delovnih paketov:
DP1: Samodejno določanje oslonilnih točk na posnetkih zelo visoke ločljivosti,
DP2: Geometrični model za obdelavo satelitskih posnetkov,
DP3: Direktna ortorektifikacija za izdelavo popolnega ortoposnetka,
DP4: Izdelava popolnega ortoposnetka ter
DP5: Avtomatizacija, optimizacija in ovrednotenje razvitih postopkov.
V DP1 bomo razvili samodejen postopek za določanje oslonilnih točk na podlagi referenčnih podatkov o cestah in letalskih ortoposnetkov, ki bo deloval v dveh korakih. DP2 bo posvečen geometričnemu modelu, s katerim bomo izračunali parametre ortorektifikacije za posamezen posnetek ali za blok posnetkov. V DP3 bomo proučevali metode za izdelavo ortoposnetkov. Posebno pozornost bomo posvetili izdelavi visokoločljivega modela površja in načinu projiciranja slikovnih koordinat. DP4 bo namenjen izdelavi popolnega ortoposnetka. Razvit bo postopek zapolnjevanja zakritih območij, radiometričnega usklajevanja in končnega mozaičenja. V DP5 bomo postopke, ki smo jih razvili v prejšnjih DP-jih, združili v končni postopek za samodejno izdelavo ortoposnetkov iz podatkov zelo visoke ločljivosti.
Predlagani projekt se bo ukvarjal z raziskavami, ki bodo prinesle več novosti na področju daljinskega zaznavanja in bodo imele tudi velik potencial uporabe na drugih znanstvenih področjih. Opravljene študije bodo omogočile prenos znanja v konkretne servise ali podatkovne zbirke, ki jih bodo uporabljali potencialni javni ali zasebni uporabniki. Vsebina projekta je usklajena tudi s potrebami in zahtevami trenutnih razpisov Evropske vesoljske agencije in Evropske unije.
Z izpolnitvijo ciljev projekta pričakujemo ključen napredek znanja v primerjavi z obstoječimi pristopi na področju samodejne izdelave popolnih ortoposnetkov iz satelitskih podatkov. S tem specifičnim znanjem bo slovenska stroka prispevala svoj delež pri razvoju najnovejših raziskav na tem področju.
Pomen za razvoj znanosti
Pregled literature kaže, da je področje samodejne izdelave (popolnih) ortoposnetkov že več let predmet raziskav, ki pa so še daleč od uveljavljene rešitve. To velja posebno, kadar jih izdelamo iz satelitskih posnetkov zelo visoke ločljivosti, posnetih iz različnih zornih kotov.
Predstavljena metoda za samodejno obdelavo popolnih ortoposnetkov odpira obsežno področje obdelav satelitskih posnetkov. Poleg navadnega in popolnega ortoposnetka lahko iz bloka posnetkov izdelamo tudi druge rezultate, kot so modeli reliefa in površja ali trirazsežne rekonstrukcije objektov.
Predlagani projekt nadaljuje in nadgrajuje rezultate končane doktorske disertacije. Samodejnemu postopku, ki je bil v celoti implementiran v programskem jeziku IDL in vključen v procesno verigo STORM, bomo razširili paleto možnih obdelav satelitskih posnetkov zelo visoke ločljivosti. Rezultat projekta bodo sledeče nove metode:
napredna metoda slikovne korelacije, ki bo poskrbela za visoko absolutno točnost ortoposnetkov,
izboljšan geometrični model, ki bo glede na količino in kakovost oslonilnih točk brez posredovanja operaterja izračunal optimalne parametre za uporabo pri ortorektifikaciji, ter
samodejna izdelava navadnih ali popolnih ortoposnetkov z uporabo nadgrajenega lidarskega modela površja in metode za direktno ortorektifikacijo.
Z razvitimi postopki bo možna samodejna izdelava točnejšega zelo visokoločljivega ortoposnetka ali popolnega ortoposnetka. Oba tipa ortoposnetkov sta uporabna v mnogih aplikacijah, ki se ukvarjajo s prostorskimi podatki. Poleg tega je avtomatizacija postopkov nujna v situacijah, ko je potrebna hitra odzivnost in je količina podatkov preobsežna za ročne postopke. Zaradi tega bo v času obilja (digitalnih) podatkov sama zasnova in implementacija samodejnega postopka uporabna tudi na drugih področjih.
Razvoj predlaganega postopka se v popolnosti sklada s plani širitve procesne verige STORM, ki jo že več let razvijamo v sklopu raziskovalne skupine. Predlagani postopek bo ob zaključku razvoja integriran v procesno verigo STORM kot eden izmed možnih procesnih modulov. S predlaganim postopkom bomo lahko sledili svetovnim trendom procesiranja zelo visokoločljivih posnetkov in prispevali k napredku tega segmenta daljinskega zaznavanja.
Zaradi količine in narave razpoložljivih podatkov ter upoštevajoč izkušnje in rezultate, ki jih imamo na področju daljinskega zaznavanja, pričakujemo, da bo raziskava pripeljala do pomembnih novih spoznanj na konkretnem raziskovalnem področju. Prav tako pričakujemo, da bo razvita metodologija zadovoljila visoka pričakovanja, potrebe in zahteve uporabnikov, ki so ciljna skupina razvoja sistema.
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskave, ki jih bomo opravili v projektu, bodo znatno izboljšale položajno točnost ortoposnetkov ter z avtomatizacijo vseh procesov izredno pospešile postopek njihove izdelave, kar je še posebej pomembno v primerih, ko je gre za večkratno opazovanje (npr. ob rednem spremljanju nekega dogodka). Že trenutna verzija geometričnih popravkov v verigi STORM je bila kot servis večkrat uporabljena s strani Ministrstva za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano za potrebe upravljanja s podatki, povezanimi s kmetijstvom. Z izboljšanjem predlagane metode in z boljšo kvaliteto njenih izdelkov bo uporabnost servisa še večja; tako bo lahko pritegnila tudi uporabnike iz zasebnega sektorja, pa tudi iz tujine.
Satelitski ortoposnetki bodo lahko tudi dopolnjevali obstoječe letalske ortoposnetke (t.j. državni ortofoto, DOF), ki jih uporabljajo tako javne ustanove kot podjetja. V Sloveniji se DOF letalsko snema v okviru cikličnih aerosnemanj. Za vsak del ozemlja imamo izdelan DOF prostorske ločljivosti 0,25 m na vsaka tri leta. Satelitski ortoposnetki v naslednjih letih še ne bo izpodrinil letalskega ortofota (zaradi slabše prostorske ločljivosti in cene), lahko pa ga učinkovito dopolnjuje, saj lahko sateliti dosežejo znatno večjo časovno ločljivost (čas ponovnega obiska je lahko celo par dni) ter hitreje pokrijejo želeno območje (za celo Slovenijo je dovolj par deset posnetkov). S tem je omogočeno natančno časovno sledenje pojavov na zemeljskem površju. Vsak tovrsten monitoring vključuje veliko količino satelitskih podatkov, ki jih je v razumnem času in finančnih okvirih mogoče obdelati le s predlaganim samodejnim postopkom.
Popolni ortoposnetki bodo v večini razvitih držav v prihodnjih letih nadomestili običajne ortoposnetke, ter postali standardni referenčni podatek. V okviru projekta opredeljen postopek bo prispeval velik časovni prihranek v primerjavi s trenutnimi algoritmi za izdelavo zelo visokoločljivih popolnih ortoposnetkov. Postopek se bo lahko v prilagojeni različici uporabljal tudi za letalske posnetke.
Rezultati raziskave bodo tudi pripomogli pri izdelavi standardov za kartiranje na državni ali lokalni ravni z uporabo popolnih ortoposnetkov ter k temu, da se bodo zelo visokoločljivi satelitski posnetki – ter iz njih izdelani popolni ortoposnetki – uveljavili kot nov vir za zajem državnih topografskih podatkov in dopolnjevanju topografskih baz.
Rezultati postopka bodo posredno omogočili hitrejšo interpretacijo velike količine zelo visokoločljivih posnetkov za pridobitev prostorskih informacij za potrebe različnih ved, ki se ukvarjajo s preučevanjem sprememb na Zemljinem površju, z zaščito naravne in kulturne dediščine ter z omejevanjem in ocenjevanjem nastale škode v primeru naravnih nesreč, kot tudi z zgodovinsko analizo pokrajine in delovanja človeka v njej. Uporabni bodo tudi v večini projektov, ki potekajo in bodo potekali znotraj raziskovalne skupine ter v tekočem raziskovalnem programu ARRS z nazivom Antropološke in prostorske raziskave.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
