بخشی از مقاله
چکیده :
مدل پارامترهای مداری به عنوان یکی از مقیدترین روشهای مدلسازی هندسی تصاویر ماهوارهای، از قابلیت تامین دقت های سراسری و مطلوبی در تصاویر ماهوارهای با هندسهی تصویربرداری پویا برخوردار است. با توجه به اینکه این مدل مبتنی بر فیزیک تشکیل تصویر می-باشد، امکان معرفی برخی از اندازهگیری صورت گرفته توسط سیستمهای ناوبری در ماهوارها در قالب شبههمشاهده و یا مقادیر ثابت - در صورت دقت کافی - به دستگاه معادلات موجود بوده که این امر ضمن افزایش قابلیت کنترلپذیری حل مدل پارامترهای مداری، کاهش نقاط کنترل زمینی بعنوان دادههای کنترلی را نیز به همراه دارد.
با اینحال بدلیل تعدد پارامترهای موجود در مدل پارامترهای مداری و همچنین همبستگی میان آنها، تعریف وزن صحیح برای مشاهدات وشبههمشاهدات به شدت بر دقت مدل و تعداد پارامترهای اضافی در ساختار مدل موثر میباشد. از اینرو لازم است تا میزان تصحیحپذیری هر پارامتر توسط وزن مشاهدات و شبههمشاهدات به درستی تعیین و مورد کنترل قرار گیرد. در این پژوهش ابتدا به بررسی اهمیت و نقش ماتریس وزن مشاهدات و شبههمشاهدات در دقت مدل پارامترهای مداری پرداخته شد.
نتایج نشان داد که جایگاه تعریف وزن مشاهدات و شبههمشاهدات هم سطح با انتخاب ساختارهای متنوع از جهت تعداد پارامترهای مجهول، در ساختار مدل پارامترهای مداری میباشد. در ادامه برای اولین بار، یکی از تکنیکهای تخمین مولفههای واریانس در فرآیند سرشکنی به منظور بهینهسازی مقادیر ماتریس وزن در مدل پارامترهای مداری استفاده گردید.
این فرآیند نشان داد که روش مذکور قادر به تعیین وزن مناسب جهت حفظ انعطاف لازم برای تصحیح مشاهدات و شبههمشاهدات در فرآیند سرشکنی میباشد. نهایتاً استفاده از روش بهینهسازی وزن در مدل مداری صلب تنها با شش پارامتر منجر به تامین دقتهای مطلوبی در سطح تعیین موقعیت سه بعدی در فضای زمین گردید.
-1 مقدمه
مدلسازی هندسی تصاویر ماهواره ای به عنوان اولین ضرورت در فرآیند تهیه ی اطلاعات مکانی دقیق و قابل اعتماد، نقش مهمی را در پروژه های سنجش از دوری مبتنی بر تولید اطلاعات مکانی ایفا می نماید .[1] فرآیند مدلسازی هندسی با دو رویکرد مدل های درونیاب - توابع کسری، چندجمله ای های دوبعدی و سه بعدی و ... - و استفاده از مدلهای مبتنی بر فیزیک تشکیل تصویر صورت میپذیرد.
امکان بهره مندی از اندازه گیری های مربوط به سیستم های ناوبری سنجنده در فرآیند مدلسازی به صورت مقادیر اولیه، شبهه مشاهده و یا استفاده ی مستقیم در تکنیک های زمین مرجع ساختن مستقیم، از مزایای مدل های فیزیکی محسوب شده که نیاز به نقاط کنترلی کمتر و تامین درجات آزادی بالاتر در فرایند سرشکنی بلوک را به همراه خواهند داشت .[3]
در مدلسازی فیزیکی مربوط به تصاویر ماهواره ای با تکنولوژی pushbroom، با مبنا قرار دادن معادله ی شرط هم خطی، پارامترهای مربوط به توجیهخارجی لحظهای هر سطر از تصویر برمبنای شرایط حرکتی و وضعیتی سنجنده تعیین می شود. تامین دقت مطلوب توام با کاهش پیچیدگی های اجرایی بواسطه ی حضور کمترین پارامترهای موجود در ساختار مدلسازی یکی از اهداف فتوگرامتریستها در طراحی مدلهای فیزیکی محسوب میشود.
استراتژی مراکز تصویر چندگانه - M.P.C - ، استراتژی مبتنی بر بردار های سرعت و موقعیت لحظهای ماهواره - O.A.M - و استراتژی مبتنی بر پارامترهای کپلری مدار ماهواره - O.P.M - سه استراتژی رایج در مدلسازی پارامترهای پویای توجیه خارجی در تصاویر ماهوارهای با هندسهی تصویربرداری خطی محسوب میشوند.[4] استراتژیهای مورد بحث در این حوزه، بر اساس میزان انطباق با شرایط واقعی تصویربرداری و امکان اندازه گیری پارامترهای مدل و همچنین تعداد پارامترهای تدوین شده در ساختار مدل به سطوح مختلفی تقسیم میشوند·
استراتژی - M.P.C - با حداکثر 18 پارامتر در ساختار مدلسازی، به کمک وابسته ساختن پارامترهای توجیه خارجی معادله ی شرط هم خطی به زمان، پویایی پارامترهای توجیه خارجی در تصاویر با هندسه ی تصویربرداری خطی را مدلسازی می کند. در این مدلسازی مفهوم پویایی پارامترهای توجیه خارجی تنها از نقطه نظر ریاضی مدنظر قرار گرفته و قید تبعیت حرکت ماهواره از قوانین مکانیک سماوی لحاظ نشده است. این امر عدم امکان تعیین و معرفی پارامترهای مدل توسط اندازهگیریهای صورت گرفته در سیستمهای ناوبری سنجنده را بدنبال خواهد داشت.
استراتژی - O.A.M - با حداکثر 27 پارامتر در ساختار مدلسازی، با وابسته ساختن موقعیت و وضعیت لحظه ای به یکدیگر، افزایش انطباق ساختار مدلسازی را با شرایط واقعی تصویربرداری در سکوهای ماهواره ای به همراه دارد. این استراتژی امکان استفاده از اطلاعات افمریز ماهواره - اطلاعات افمریز شامل بردار موقعیت و سرعت لحظه ای ماهواره بوده که در بازه های مشخص زمانی توسط سیستم های ناوبری ماهواره اندازه گیری می شود - را در ساختار معادله ی شرط هم خطی به منظور برقراری ارتباط بین سیستم مختصات های تصویری و زمینی تامین می کند.
حفظ تعامد بردارهای موقعیت و سرعت لحظه ای ماهواره در یک سیستم مختصات ژئوسنتریک و تاثیر موقعیت لحظه ای ماهواره بر وضعیت آن قیودی بوده که توسط این استراتژی لحاظ شده است. در مقابل عدم لحاظ قیودی چون تبعیت موقعیت ماهواره ها از مکان هندسی بیضی و وابستگی سرعت ایدهآل ماهوارهها به موقعیت لحظهای آن از جمله نواقص این مدل محسوب میشود که این امر موجب کاهش انطباق مدل با شرایط واقعی تصویربرداری در سکوهای ماهوارهای میگردد.[5]
استراتژی - O.P.M - را میتوان مقیدترین استراتژی مدلسازی تصاویر ماهوارهای با هندسهی تصویربرداری خطی به کمک پارامترهای مداری دانست که در آن موقعیت و وضعیت لحظهای سکوی ماهواره بطور کامل توسط پارامترهای کپلری مدلسازی می گردد. در این استراتژی ، سکوی ماهواره عموماً حرکتی منطبق بر مکان هندسی یک بیضی داشته و وضعیت لحظه ای ایده آل آن کاملا وابسته به موقعیت لحظه ای ماهواره خواهد بود. فرض های صورت پذیرفته در این استراتژیها به جهت بازهی اندک زمانی اخذ یک صحنه و تبعیت ماهواره ها از قوانین مکانیک سماوی، فرض های نزدیک به واقعیتی محسوب می شوند.
مدل های متنوعی بر پایه ی استراتژی پارامترهای مداری توسعه یافتهاند که تعداد پارامترهای موجود در هر مدل وابسته به فرضیات حرکتی متفاوت در تدوین ساختار مدلسازی می باشد6]، 7 و .[8 مدل مورد استفاده در این مقاله حداکثر 15 پارامتر را به خود اختصاص می دهد. جزئیات کامل حاکم بر این مدل در بخش 1-2 تشریح خواهد شد.
در روش های سنتی استفاده از مدل پارامترهای مداری، روند اجرایی به منظور استحصال دقت مطلوب در نتایج ارزیابی نقاط چک از طریق تغییر نوع و تعداد پارامترهای مجهول در فرآیند مدلسازی صورت می گیرد. این امر علاوه بر ابهام در شناسایی ساختار بهینه از جهت نوع و تعداد پارامترهای مجهولدر روند مدلسازی، عمدتاً افزایش تعداد پارامترهای مدل را جهت تامین دقت مطلوب به همراه خواهد داشت. تعدد پارامترهای مجهول علاوه بر افزایش پیچیدگی های مربوط به خطی سازی مدل در حل دستگاه معادلات، افزایش نیاز به نقاط کنترلی و همبستگی بین پارامترها را به دنبال دارد.
امکان اندازهگیری پارامترهای مدل و افزودن کمیات کپلری بدست آمده از اطلاعات افمریز به صورت شبههمشاهده، از مزایای مدلسازی - O.P.M - محسوب می شود. افزودن کمیات بدست آمده از اطلاعات افمریز به صورت مشاهدات وزندار در دستگاه معادلات می تواند با افزایش قابلیت اعتمادپذیری روند سرشکنی بلوک و افزایش درجهی آزادی دستگاه معادلات، موجب جلوگیری از واگرایی و یا همگرا شدن دستگاه معادلات به جوابهای اشتباه شده و همچنین در صورت بالا بودن دقت هر یک از کمیّات مطرح شده، می توان با ثابت در نظر گرفتن پارامترهای دقیق، ازتعداد نقاط کنترل مورد نیاز کاست.
تعیین صحیح دقت/وزن مشاهدات و شبهه مشاهدات در روند سرشکنی، همواره مهم و استراتژیک بوده که موجب تامین آزادی عمل مناسب پارامترها در فرآیند تصحیح شده و نهایتاً در صورت صحت مدل ریاضی، افزایش صحت محاسبه ی پارامترهای مدل را به دنبال خواهد داشت. در بعضی از مواقع انتساب وزن نادرست به مشاهدات و شبهه مشاهدات موجب تحمیل پارامترهای اضافی - دوران های تکمیلی در فضای شئی و یا پارامترهای تصحیح کننده اضافی در فضای تصویر - در ساختار مدل و یا منجر به کاهش دقت مدل در نتایج ارزیابی نقاط چک خواهدشد.
با توجه به این که مشاهدات وزن داری که از طریق اطلاعات افمریز تامین می شوند؛ دارای دقت تقریبی بوده، به همین جهت انتظار می رود که تعیین وزن صحیح برای آنها در دستگاه معادلات، علاوه بر کاهش حضور پارامترهای اضافی در مدلسازی، منجر به دقتهای بهتری در نقاط چک گردد. تکنیک های تخمین مولفه ی واریانس - V.C.E - با هدف بهینه سازی وزن مشاهدات هم جنس در فرآیند سرشکنی تدوین شده اند که در مواقع عدم اطلاع از وزن دقیق مشاهدات مورد استفاده قرار می گیرند.
روش های متنوعی از نقطهنظر محاسباتی به منظور تخمین مولفههای واریانس مشاهدات توسعه یافتهاند. از نقطهنظر کاربرد این تکنیکها، در ژئودزی ماهواره ای با توجه به تنوع مشاهدات از نقطه نظر جنس و دقت اندازه گیری، تحقیقات متنوعی در راستای استفاده از تکنیکهای - V.C.E - به منظور بهینهسازی وزن در دستگاه معادلات صورت پذیرفته است.[9
