Space Systems on Earth Observation – Applications of Remote Sensing From Space – I.S.U.F.I. UNILE

6a Conferenza Nazionale A.S.I.T.A., Perugia, 5 Novembre 2002

Aggiornamento di cartografia tecnica in scala 1:10000 mediante immagini satellitari

pancromatiche ad alta risoluzione: un’applicazione al comune di Surbo nella

penisola salentina

Marco palazzo (*), Nicola Zaccarelli (**), Giovanni rizzo (**), Letizia Sabetta (*),

Lorenzo Vasanelli (***)

(*) I.S.U.F.I. – Area Materiali &Tecnologie Innovative – Università degli Studi di LecceEmail : marco.palazzo@unile.it; letizia.sabetta@isufi.unile.it

(**) Università di Lecce – Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche ed Ambientali - Email : nicola.zaccarelli@unile.it; giorizzo@libero.it

(***) Università degli studi di Lecce – Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione - Email : lorenzo.vasanelli@ime.le.cnr.it

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Obiettivi Generali

 

Verificare l’impiego dei dati telerilevati ad alta risoluzione ad integrazione / sostituzione dei dati tradizionali (aerofotogrammetria)

Stimolare l’impiego dei dati telerilevati ad alta risoluzione nei processi informativi delle Pubbliche Amministrazioni Locali (P.A.L.)

Vigilanza sull’attività urbanistico – edilizia

Ausilio alla redazione e gestione del PRG e delle sue varianti

Tutela dell’ambiente e delle risorse del territorio

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Obiettivi Specifici

Verificare l’impiego delle immagini Ikonos-2 Pan per la restituzione cartografica in scala 1:10000 di aree urbane, di piccole dimensioni, localizzate su terreni orograficamente poco marcati e poco movimentati

Confrontare le prestazioni, in termini di accuratezza di posizionamento planimetrico, di due popolari modelli di ortocorrezione proposti in letteratura :

- il modello DLT

- il modello AFFINE

Valutare l’influenza sull’accuratezza di posizionamento planimetrico della distribuzione e della numerosità dei GCP usati per modellare la trasformazione tra spazio oggetto e spazio immagine

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Il Comune di Surbo nella Penisola Salentina

L’area di studio copre la maggior parte del territorio del comune di Surbo, scelto come destinatario ottimale di questo lavoro in quanto rappresentativo per dimensioni e caratteristiche di molte P.A.L. della Penisola Salentina

Sup. 20,34 Kmq.

Altitudine del centro 40 m.

Dislivello max. tra le quote terreno 60 m.

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Sez. 512020, denominata “SURBO” ,nella Cartografia Tecnica Provinciale Numerica della

Provincia di Lecce

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Cartografia & DTM

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Non disponendo di adeguata strumentazione GPS, per tutte le “misure a terra” necessarie si è fatto riferimento alla Sez. 512020 della Cartografia Tecnica Provinciale Numerica, in scala nominale 1:10000 (*) , realizzata nel 1997 mediante restituzione aerofotogrammetrica, su commissione delle Provincia di Lecce

Sistema di riferimento ED50 Gauss-Boaga Fuso Est

Le quote terreno necessarie per l’ortorettifica sono state rilevate da un DTM in formato ASCII (E,N,quota) realizzato con griglia regolare di 40 m

Sistema di riferimento ED50 Gauss-Boaga Fuso Est

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Immagine Ikonos : Geometria

 

Se l’acquisizione non è nadirale, le deformazioni dovute all’orografia portano a spostamenti dei pixel normalmente non accettabili, per le applicazioni di interesse su scala urbana.

Fig. - Spostamento dei pixel, dovuto all’orografia, in un’immagine acquisita in

prospettiva centrale

Dal punto di vista geometrico, l’immagine Ikonos è acquisita dallo scanner in prospettiva centrale

Per essere fruibili dal punto di vista applicativo le immagini Ikonos devono essere ortorettificate

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Il prodotto Geo è “un prodotto geometricamente corretto che è stato rettificato rispetto ad un ellissoide e ad una proiezione di mappa pre - specificati” (SI, 2001)

Caratteristiche dei prodotti Ikonos

Trade Name RMS

Geo 24 m

Pro 5 m

Precision 2 m

Prec. Plus 1 m

Reference 12 m

Prezzo+

-

Geo

Ortho Kit

V.A. mediante

ortorettifica

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Nominal Collection Azimuth 30.85 Processing Level GEO

Nominal Collection Elevation 76.55 Datum WGS84

Sun Elevation Angle 67.55 Map Projection UTM 33N

Specifiche tecniche dell’immagine Ikonos disponibile

Sensor Azimuth and Elevation (Dial & Grodecki,2001, http://www.imagingnotes.com/sepoct01/eoq.htm)

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Il Modello di Proiezione Centrale

Modello di Proiezione Centrale (Jones,2002, http://www.sli.unimelb.edu.au/nicole)

y = c + R x [1]

x = (1/RT (y-c) [2]

PC[X0(t) Y0(t) Z0(t)]

centro di proiezione istantaneo

fattore di scala

R=rij=fij(t)

matrice ortogonale di rotazione istantanea relativa del sistema coordinate sensore rispetto al sistema di coordinate oggetto

Per una rigorosa ortocorrezione sono necessari i dati orbitali del satellite e i parametri della camera del sensore

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Le Equazioni di Collinearità

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033023013

032022012

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfy

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033023013

031021011

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfx

La relazione vettoriale x = (1/RT (y-c) tra le coordinate di mappa (X,Y,Z) di un punto dello spazio oggetto e le coordinate (x,y,-f) del corrispondente punto dello spazio immagine può essere facilmente ricondotta a due equazioni scalari, meglio note come Equazioni di Collinearità

Le relazioni di collinearità sono state il punto di partenza per lo sviluppo di numerosi modelli di ortorettifica che mostrano un buon livello di indipendenza dalle caratteristiche dell’orbita e del sensore

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Direct Linear Transform

1

1

11109

8765

11109

4321

ZLYLXL

LZLYLXLy

ZLYLXL

LZLYLXLx

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033023013

032022012

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfy

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033023013

031021011

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfx

Si tratta di un modello proiettivo che assumendo costanti i parametri orbitali durante la scansione della scena, riparametrizza l’orientamento del sensore

Le implicite assunzioni del modello ne limitano la sua applicabilita’ a scene di limitata estensione.

Infatti, aumentando la dimensione della scena non può essere trascurata la tempo-varianza dei coefficienti Li

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Affine Transform

Si tratta di un modello basato sulle seguenti assunzioni

a causa dello strettissimo Instantaneous Field of View (IFOV di 0.93°) di Ikonos l’immagine è acquisita con un sistema di proiezione parallela (invece che centrale) nella direzione di scansione (f=, Ono, 1999)

per scene di limitata estensione, il sensore si muove linearmente nello spazio ed i parametri di orientamento esterno sono tempo invarianti durante l’acquisizione dell’immagine

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Affine Transform

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033023013

032022012

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfy

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033023013

031021011

ZZrYYrXXr

ZZrYYrXXrfx

)()()(0 031021011 iii ZZrYYrXXr

)()()( 032022012 iii ZZrYYrXXry

iXXX i 00

iYYY i 00

iZZZ i 00

8765

4321

LZLYLXLy

LZLYLXLx

i y

x

Proiezione parallela Movimento

lineare delsensore

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Riconoscimento dei GCP

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Nel sito di test, avente un’ampiezza di circa 50 Kmq, sono stati individuati 20 GCPs.

I GCPs sono stati scelti tra le intersezioni dei tipici “muretti di campagna a secco” molto diffusi nel paesaggio rurale salentino

Le intersezioni dei muretti sono chiaramente indicate nel layer 00504 della CTPN ed appaiono molto brillanti nell’immagine Ikonos Pan (processata con filtro passa-alto) su cui possono essere riconosciute con l’accuratezza del pixel

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Riconoscimento dei GCP

Cartografia Tecnica Provinciale Ikonos PAN

Ikonos Pan dopo filtraggio passa-alto Filtraggio passa-alto + Miglioramento contrasto

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Distribuzione dei GCPs sulla scena

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Risultati : Relazione tra RMS e distribuzione di GCP

• Allo scopo di valutare l’influenza della distribuzione dei GCPs sull’errore di localizzazione commesso sono state definite 5 diverse distribuzioni di punti

D1

D3

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Risultati : Relazione tra RMS e distribuzione di GCP

01020304050

D1 D2 D3 D4 D5

Identif icativo Distribuzione di GCP

RM

S [m

]

DLT AFFINE

Il risultato dei test mostra chiaramente come la distribuzione dei GCPs usati per l’ortorettifica influenzi sensibilmente l’accuratezza.

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D16/20 1.7 / 1.5 m.

RMS DLT/AFF

D26/20 2.4 / 3.7 m.

D36/20 45.9 / 3.4 m.

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Risultati : Relazione tra RMS e n.ro di GCP

1,3

1,5

1,7

1,9

4 6 8 10 12 14 16 18 20

Numero di GCP

RM

S [m

]

DLT AFFINE

Il risultato della sperimentazione evidenzia come l’utilizzo nell’ortorettifica di un numero di GCPs superiore a 6, nell’ipotesi di una loro buona distribuzione, non incrementi significativamente l’accuratezza

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Risultati : Errore di posizionamento planimetrico (6 GCPs)

  DLT AFFINE

RMS 1.715 m. 1.510 m.

Dev. Standard 1.32 m. 0.95 m.

Ep + Dp 0.4 mmg

0.4 x 10000= 40000 mm. = 4m.

1.715+1.00 4 m.

L’accuratezza ottenuta rientra nelle tolleranze ammissibili per la restituzione cartografica in scala 1:10000

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Risultati : Ortoimmagini

Sovrapposizione della cartografia all’immagine ortocorretta con

modello AFFINE

Sovrapposizione della cartografia all’immagine

ortocorretta con modello DLT

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Conclusioni

Cartografia tecnica di dettaglio in scala 1:10000

Censimento del verde pubblico

Identificazione di siti degradati e contaminati

Aggiornamento del grafo stradale

E’ possibile ottenere un’elevata accuratezza a partire dai prodotti di classe ‘Geo’; i più costosi prodotti di classe Reference, Pro, Precision e Precision Plus non sono necessari per molte applicazioni a scala urbana che richiedono un’accuratezza di posizionamento planimetrica (specialmente relativa) di 1- 3 m.

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Conclusioni

Accuratezza orizzontale sub-metrica può essere ottenuta utilizzando :

DTM con griglia di 20 m.

Strumentazione GPS in grado di acquisire la posizione dei Ground Control Point con precisione decimetrica

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• Localmente, cioè su aree orograficamente poco marcate e poco movimentate, il telerilevamento satellitare ad alta risoluzione può essere usato con successo ad integrazione/sostituzione del tradizionale telerilevamento da aereo

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La scomparsa del “monopolio” dell’alta risoluzione e la politica commerciale estremamente “aggressiva” dei distributori ha determinato una progressiva riduzione del costo dei dati che rende sostenibile un piano di monitoraggio satellitare anche per le piccole P.A.L.

Conclusioni

I metodi testati ed i risultati ottenuti possono essere estesi per la ortorettifica dei dati Quick Bird Standard

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