В настоящее время возможность получать снимки с пространственным разрешением 30 см среди съемочных систем космического базирования имеет только один космический аппарат (КА) — WorldView-3. Основной объем данных космической съемки поставляется с разрешением 50-60 см. Средняя стоимость таких данных составляет около 20 долларов США за 1 км2 или, по существующему курсу, около 1500-1600 рублей за 1 км2.
Традиционно космические снимки с разрешением 50 см используют для создания ортофотопланов и другой картографической продукции масштаба 1:5000. В большинстве случаев, погрешность по высоте у подобных данных близка к 1,5-2 пикселям, т. е. составляет 75-100 см. Погрешность в плане, при этом, обычно находится на уровне 2-3 пикселей — 1-1,5 м (при наличии качественной модели рельефа и достаточного количества опорных точек).
Если рассмотреть требования, например, к топографическим планам масштаба 1:5000, то, согласно СНиП 11-02-96, средняя погрешность высотных отметок для базового сечения рельефа данного масштаба в 2 м не должна превышать 1/3 сечения рельефа, т. е. 67 см. При этом погрешность планового положения объектов и контуров должна составлять не более 2,5 м. Нетрудно видеть, что описанные выше материалы космической съемки, в целом, пригодны для создания контурных планов (2D) масштаба 1:5000, но немного не дотягивают в точности определения высот.
Для космических снимков с разрешением 30 см, которые обычно позиционируются как достаточные для создания топографических планов масштаба 1:2000, ситуация аналогичная. Обеспечиваются требования к допустимой погрешности планового положения контуров в 1 м, а погрешность определения высот не соответствует требованиям СНиП 11-02-96 к топографическим планам масштаба 1:2000 с сечением рельефа 1 м. Так, погрешность в высоте, которая может быть достигнута по космическим снимкам с разрешением в 30 см, составляет 45-60 см, а по нормативным документам должна быть не более 33 см.
Кроме того, несмотря на высокое разрешение снимков, кроны деревьев не становятся прозрачнее, и оператор может только догадываться об истинной форме рельефа под пологом растительности, поэтому созданная им цифровая модель рельефа, скорее всего, не будет соответствовать требованиям по точности. При этом на топографических планах масштабов 1:2000 и 1:5000 при рисовке рельефа необходимо отображать мелкие формы и микроформы (эрозионные врезы, откосы, бровки и проч.).
Таким образом, можно констатировать, что, несмотря на значительный прогресс в области космической съемки, данные сверхвысокого разрешения имеют те же проблемы при обработке, что и материалы традиционной аэрофотосъемки, которые при этом обладают разрешающей способностью, как правило, лучше 30 см.
Существуют ли более совершенные решения для создания топографических планов масштабов 1:2000 и 1:5000? Да, подобные решения известны с начала 2000-х гг. — это технология воздушного лазерного сканирования. Как правило, системы воздушного лазерного сканирования включают цифровые аэрофотокамеры среднего формата (а иногда и широкоформатные камеры), работающие синхронно с воздушным лазерным сканером, позволяя одновременно получать цветные снимки. Лазерные импульсы способны как отражаться от крон деревьев, так и проникать сквозь незначительные просветы между листьями до земли, давая исчерпывающе полную картину состояния рельефа и микрорельефа.
Точность воздушного лазерного сканирования (в плане и по высоте) составляет около 5-8 см, что позволяет создавать топографические планы масштабов от 1:500 до 1:5000 включительно. По сравнению с классической аэрофотосъемкой технология воздушного лазерного сканирования обладает существенным преимуществом в скорости обработки результатов съемки. Действительно, необходимость выполнения фототриангуляции и восстановления модели рельефа земной поверхности с использованием автоматизированных (корреляционных) или ручных стереоизмерений при использовании этой технологии отсутствует. Пространственные координаты объектов измеряются напрямую, в том числе, в стесненных условиях (например, в «колодцах», образуемых близко стоящими высотными зданиями), на вертикальных стенах, проводах, висячих конструкциях и т. п., словом, на всех объектах, представляющих собой настоящий «кошмар» для фотограмметристов при обработке стереоизображений.
Однако у систем лазерного сканирования имеются и недостатки. Или, по крайней мере, были. Вплоть до недавнего времени подобные системы отличала небольшая высота съемки, а ее увеличение приводило к резкому уменьшению плотности сканирования. Также следует отметить достаточно высокую стоимость проведения работ, что собственно, и являлось следствием первых двух причин. Кроме того, системы с качающимся зеркалом обладают серьезными ограничениями, связанными с возможностью обеспечения равномерного покрытия снимаемой территории точками лазерных отражений (ТЛО), особенно, при использовании их на скоростных воздушных носителях (например, самолетах типа Aн30 или L410). Системы с вращающимся зеркалом (призмой) подобных ограничений не имеют.
Несмотря на высокую стоимость самих систем лазерного сканирования, ее нельзя рассматривать как главную причину удорожания услуги. Действительно, стоимость широкоформатных аэрофотокамер не ниже, а порой в несколько раз выше стоимости систем воздушного лазерного сканирования. В 2014 г. появились системы лазерного сканирования с чрезвычайно высокой производительностью, в которых проблема падения частоты сканирования с увеличением высоты съемки была практически решена. Это позволило «поднять» потолок сканирования при обеспечении заданной плотности ТЛО в несколько раз.
Примером подобной системы является Riegl Q1560. Благодаря вращающейся многогранной зеркальной призме, данная система обеспечивает равномерное распределение точек лазерных отражений в строке и между строками во всем диапазоне высот съемки при скорости воздушного носителя 180 км/ч, а на высоте от 600 м до 4700 м — при скорости 350-450 км/ч. Высокая мощность лазера обеспечивает большой запас по высоте, до которой нет необходимости снижать частоту сканирования.
Несмотря на всем известные плюсы космической съемки — высокую производительность, низкую стоимость минимального заказа, возможность быстрой покупки архивных данных — у нее есть и минусы, которые все сильнее начинают проявляться по мере увеличения объема заказа и разрешения снимков. Анализ структуры заказов космических снимков, поставляемых компанией «Совзонд», начиная с 2007 г., показывает рост объемов в области данных сверхвысокого разрешения. Интерес к данным с разрешением в 30 см в настоящее время ограничивается только их стоимостью, которая примерно в 2,5-3 раза выше стоимости данных с разрешением 50 см, и длинной очередью желающих их приобрести, обусловленной наличием одного КА, обеспечивающего такое разрешение. Так, космическая съемка территории, площадью 2000-3000 км2, с разрешением 30 см, может занять несколько месяцев. Она может вообще не состояться в районах с неустойчивыми погодными условиями, поскольку периодичность прохождения КА над заданным районом не может быть изменена.
В то же время, используя для съемки системы воздушного лазерного сканирования, появляется возможность работать под облаками, ловить небольшие «окна» погоды и не зависеть от большого числа ранее обратившихся заказчиков. Но самое главное — можно сразу получить информацию о рельефе, на основе которой немедленно приступить к ортотрансформированию снимков. При этом, заказчику предлагается широкий спектр продукции, недоступной при использовании обычной аэрофото или космической съемки:
- цифровая модель рельефа со 100% покрытием всей территории и беспрецедентной детальностью, несмотря на наличие лесных массивов;
- цифровая модель относительных высот (от поверхности земли) надземных объектов (дома, опоры линий электропередачи, вышки систем мобильной связи и др.);
- профили линейных сооружений и рельефа местности по заданным направлениям.
Таким образом, материалы высокопроизводительной воздушной лазерной съемки с одновременной аэрофотосъемкой могут создать неплохую альтернативу космическим данным, а именно — их наиболее массовому сегменту с разрешением от 30 до 50 см.