Doktori értekezés
tézisek

Műholdadatok térképészeti alkalmazása

Dr. Csató Éva

egyéni PhD hallgató

Témavezető:

Dr. Klinghammer István

egyetemi tanár

Programvezető:

Dr. Márton Péter

egyetemi tanár

Készült a

Földrajz/Földtudomány Doktori Program keretében

Eötvös Loránd Tudományegyetem

Természettudományi Kar

Térképtudományi Tanszék

Budapest

2000

Tartalomjegyzék

1.		Célkitűzés	5
2.		A távérzékelés fizikai alapjai	6
	2.1.	A távérzékelés fogalma	6
	2.2.	Az elektromágneses sugárzás alapvető fizikai törvényei	7
	2.3.	A légkör hatása az elektromágneses sugárzásra	8
	2.4.	A felszíni visszaverődés (reflexió)	9
	2.5.	A spektrális visszaverődési görbe	9
	2.6.	Emittált sugárzás	10
3.		A távérzékelésben alkalmazott adat-felvételezési módszerek, a felvételekre jellemző legfontosabb adatok, pályaadatok	11
	3.1.	Felvételezési módszerek	11
	3.2.	Az erőforrás-kutató műholdak pályaadatai	11
	3.3.	A geometriai felbontás	11
	3.4.	Spektrális felbontás	12
	3.5.	Radiometriai felbontás	13
	3.6.	Időbeli felbontás, visszatérési idő	13
4.		Nagyfelbontású optikai képeket készítő optikai rendszerek	13
	4.1.	Landsat	14
	4.2.	SPOT	16
	4.3.	IRS 1C/1D:	18
5.		Szuper nagyfelbontású űrfelvételek	19
	5.1.	A szuper nagyfelbontású űrfelvételek felhasználásának lehetőségei a térképfelújításban	20
	5.2.	Magassági adatok kiértékelésének kérdései szuper nagyfelbontású űrfelvételekből	21
	5.3.	Sztereo modell alkalmazása	23
6.		IKONOS (Space Imaging)	24
7.		Quick Bird (EarthWatch Inc.)	25
8.		OrbView (ORBIMAGE)	26

9.		Az űrfelvételek térképészeti célú felhasználásának történeti áttekintése	28
10.		Szenzorok térképészeti alkalmazásokhoz	30
11.		A digitális képfeldolgozás alapvető lépései	31
	11.1.	Előfeldolgozás	31
	11.2.	Radiometriai korrekció	31
	11.3.	Geometriai korrekció	32
	11.4.	Térképi vetületbe történő illesztés (transzformálás)	32
12.		Ismeret alapú (knowledge based ) képfeldolgozási módszerek	32
13.		Objektumfelismerési eljárások.	34
	13.1.	Alakfelismerési módszerek a térképészeti alkalmazásban	35
14.		Az információkivonás szintjei a távérzékelésben	36
15.		A magyar topográfiai térképezés történetének áttekintése	37
	15.1.	A topográfiai térképek meghatározása	37
	15.2.	Katonai topográfiai térképészet	37
	15.3.	Polgári topográfiai térképezés	39
16.		A műholdadatokból kinyerhető topográfiai térképi tartalmi elemek	43
	16.1.	A vizsgálat során alkalmazott eljárások és adatok	43
	16.2.	Geometriai korrekció (transzformálás)	48
	16.3.	SPOT 4 Xi + M adatbázis	56
	16.4.	IKONOS-adatbázis	56
	16.5.	Pankromatikus légifénykép	57
	16.6.	A topográfiai térképek tartalmának elemzése	58
	16.7.	SPOT 4 Xi + M adatbázis interpretálása alapján levonható következtetések	59
	16.8.	Növényhatárok és talajféleségek	59
	16.9.	Épületek és építmények	60
	16.10.	Az IKONOS- és a légifénykép-adatbázis összehasonlítása és a levonható következtetések	62
	16.11.	Épületek, építmények	64
	16.12.	Az IKONOS-műholdkép interpretálhatósága	70
	16.13.	Utak térképezésének vizsgálata az IKONOS-adatbázisból	71
	16.14.	Vízfolyások interpretálása az IKONOS-adatbázisból	71
17.		A SPOT 4 és az IKONOS-műholdképek térképészeti alkalmazása (összefoglaló)	74
		Felhasznált irodalom	75
		Ábrajegyzék	80
		Összefoglaló	81
		Summary	82

ÁBRÁK: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20.

1. Célkitűzés

Az Landsat-1 (korábbi nevén ERTS-1) műhold 1972-es fellövését követően új korszak kezdődött a földi erőforrás-kutatásban. A földfelszínről olyan nagy területet ábrázoló felvételeket kezdtünk tanulmányozni, melyek gyökeresen átalakították környezetünkről vallott korábbi elképzeléseinket.

A felvételek geometriai és spektrális felbontásának fokozatos javulásával egyre több felhasználási terület szakemberei kapcsolódhattak be az új adatok hasznosításába. Az adatok elsősorban a környezetvizsgálat, a földtani kutatások és nyersanyag-feltárás, a mezőgazdaság és a vízgazdálkodás valamint a katasztrófa előrejelzés területén hoztak forradalmi változásokat.

Mindazonáltal kezdettől fogva készültek tervek speciálisan térképezési célú műholdak vagy modulok felbocsátására, de a felvevő berendezésekkel elérhető geometriai felbontás hosszú ideig nem volt elegendő általános térképészeti célú felhasználásra.

Az első, kimondottan általános térképészeti felhasználást megcélzó felvevő berendezés a SPOT-műholdakon kezdte meg működését. A SPOT-adatokból elsősorban gyengén térképezett területek 1:100 000 méretarányú és 1:50 000 méretarányú fototérképeit készítették el. Az első sikerektől függetlenül nem került le a napirendről a szuper nagyfelbontású műholdképek készítésének programja, mely erőfeszítéseket végül 1999-ben siker koronázta. Pályára állították az első kereskedelmi szuper nagyfelbontású adatokat szolgáltató műholdat, az IKONOS-t.

A dolgozat célkitűzése szerint megvizsgálja a jelenleg az országban rendelkezésre álló, a topográfiai térképkészítés és felújítás szempontjából felhasználható műholdadatokat. Ugyancsak erőfeszítés történik a jelenleg használatban lévő Egységes Országos Térképrendszer (EOTR) 1:10 000 és 1:100 000 méretarányú térkép szelvényei tartalmi elemeinek és ábrázolási jellemzőinek az ismertetésére a vizsgált műholdadatok ismeretében.

A dolgozat megkísérli meghatározni azon térképi elemek körét, melyek térképezésében az ismertetett műholdadatok segítséget nyújthatnak valamint azon térképi elemek körét, melyek térképezésében a bemutatott műholdadatok hatékonyan nem hasznosíthatók.

2. A távérzékelés fizikai alapjai

2.1. A távérzékelés fogalma

Azokat a vizsgálati módszereket jelöljük a távérzékelés gyűjtőfogalmával, amelyekkel a közelünkben vagy tágabb környezetünkben található tárgyakról vagy jelenségekről úgy gyűjtünk adatokat, hogy az adatgyűjtő (általában szenzornak nevezett) berendezés nincs közvetlen kapcsolatban a vizsgált tárggyal vagy jelenséggel. A fényképezés tipikusan távérzékelési adatgyűjtés, a tárgytól vagy jelenségtől meghatározott távolságra lévő fényképezőgép az objektíven keresztül beeső fényt (elektromágneses sugárzást) egy fényérzékeny lemezre (filmre) vetíti, ahol meghatározott kémiai folyamatok következtében kép keletkezik [Manual, 1983].

A távérzékelés szót először mégis a földfelszínt pásztázó vagy fényképező műholdakra szerelt berendezések munkába állítása kapcsán kezdtük használni, és csak ezután terjesztettük ki a rokon adat-felvételezési technikákra is.

A távérzékelés fogalmába nem csak az adatok gyűjtését lehetővé tevő szenzorok, az adatok gyűjtésének folyamata, hanem a kapott adatok feldolgozása is beletartozik [Csornai et al. 1991].

A különböző hordozóeszközökön (repülőgép, helikopter, sárkányrepülő, műhold stb.) elhelyezett szenzorok úgy gyűjtenek adatokat, hogy a földfelszín tárgyai által különböző hullámhosszon visszavert vagy kisugározott elektromágneses energiát rögzítik. Az így rögzített adatok a feldolgozás után információval szolgál(hat)nak a vizsgált felszínrészről.

A rögzített elektromágneses sugárzás feldolgozásában alapvető szerepe van a felszínről rendelkezésre álló a priori tudásunknak. Az ún. referencia adatok alkalmazása elengedhetetlen feltétele a rögzített adatok elemzésének. A referencia adatok gyűjtése a kiértékelés alapvető mozzanata. Az adatok értelmezését nem csak a referált területekre, hanem a teljes adatmezőre lehetővé teszi.

2.2. Az elektromágneses sugárzás alapvető fizikai törvényei

Az elektromágneses sugárzás forrása leggyakrabban a Nap. A földfelszín távérzékeléssel történő vizsgálatában a Napból eredő és a felszín által visszavert sugárzást mérjük. Ugyancsak fontos adat a felszín által kibocsátott hőmérsékleti sugárzás. A Napból jövő és a felszín által visszavert vagy saját kibocsátott sugárzás mérése esetén passzív távérzékelésről beszélünk. Mivel a légkör az elektromágneses spektrumnak csak meghatározott hullámhossz értékű részét engedi át, ennek megfelelően távérzékelésre csak az ún. légköri ablakok használhatók.

Aktív távérzékelési rendszerekről beszélhetünk, ha az elektromágneses sugárzás forrása és az érzékelők egyaránt repülőgépen vagy műholdon vannak elhelyezve.

A távérzékelésben használható légköri ablakok a következők:

	Látható fény tartománya (0,380,72 mm)
	Infravörös tartomány:
		Közeli infravörös tartomány (0,721,3 mm)
		Középső infravörös tartomány (1,33,0 mm)
		Távoli infravörös tartomány (315 mm)
	Mikrohullámú tartomány (1 mm1 m)

1.ábra

2.3. A légkör hatása az elektromágneses sugárzásra

A légköri ablakok ugyan alkalmasak az áthaladó elektromágneses sugárzás mérésére, de a légkör zavaró hatása a légköri ablakokon belül is jelentős. Két jelenség figyelhető meg: az elektromágneses hullámok részben szóródnak, részben elnyelődnek (abszorpció).

Az atmoszférikus szóródást az atmoszférában található részecskék okozzák. A szóródásnak különböző fajtáit ismerjük attól függően, hogy a részecskék átmérője hogyan aránylik a vele kölcsönhatásba lépő sugárzás hullámhosszával. Rayleigh-szóródásnak hívjuk a szóródást, ha a légkörben lebegő részecskék (molekulák, szilárd részecskék) átmérője lényegesen kisebb, mint a sugárzás hullámhossza. Ez a típusú sugárzás okozza a műholdképek homályosságát, ami a kép élességének csökkenésében, a kontraszt romlásában nyilvánul meg.

A Mie-szóródás akkor lép fel, ha a lebegő részecskék átmérője azonos a sugárzás hullámhosszával. A Mie-szóródást elsősorban a vízgőz és a porrészecskék okozzák.

A harmadik típusú szóródás akkor jön létre, ha a részecske átmérője sokkal nagyobb (pl. vízcseppek), mint a sugárzás hullámhossza. Ezt a típusú szóródást nem-szelektív szóródásnak nevezzük.

Az abszorpció következtében az elektromágneses hullám energiáját az abszorbeáló molekula (elsősorban a vízgőz-, a széndioxid- és ózonmolekulák) elnyelik. A légkört alkotó egyes molekulák jellegzetes abszorpciós hullámhosszokkal rendelkeznek, ezeken a hullámhosszokon távérzékelést nem lehet végezni. (lásd. légköri ablakok). A mikrohullámú tartományokban az abszorpció alacsony szintje következtében a távérzékelés alkalmazását a légköri viszonyok nem zavarják.

2.4. A felszíni visszaverődés (reflexió)

Az elektromágneses hullám a földfelszínt elérvel kölcsönhatásba lép vele, melynek következtében az energia részben elnyelődik, részben visszaverődik, vagy átlátszó közegen (pl. víz) áthalad. A visszaverődésnek két szélsőséges típusát különböztetjük meg: a tükrös reflexiót és a diffúz reflexiót.

A tükrös reflexió esetében a beeső és a visszaverődő hullám haladási iránya azonos szöget zár be a beesési merőlegessel.

A diffúz reflexió esetén a felszín egyenetlenségei a beeső energiát minden irányban egyenletesen verik vissza.

A visszavert, az elnyelt és az áthaladó energia aránya a felszín anyagának típusától és állapotától függ. Általában elmondható, hogy a különböző tárgyak, felszíni formák másképpen reflektálnak a különböző hullámhossztartományokban. Ezen alapszik a távérzékelésben széles körben alkalmazott multispektrális adat-felvételezés, amely éppen a különböző felszínrészek különböző spektrális tulajdonságait használja fel információ gyűjtésére az adott tárgyról.

2.5. A spektrális visszaverődési görbe

Spektrális visszaverődési görbének (spektrális reflexiógörbének) nevezzük a tárgynak vagy a felszínrésznek a hullámhossz függvényében kifejtett spektrális visszaverődési értékeit ábrázoló grafikont. A spektrális visszaverődési görbe egyrészt a tárgy vagy a felszínrész spektrális tulajdonságairól tájékoztat, másrészt meghatározza azokat a hullámhossz-tartományokat, melyekben a tárgy vagy a felszínrész távérzékelési módszerrel vizsgálható.

Az egymástól nagyon eltérő tulajdonságokkal rendelkező száraz talajfelszín, zöld növényzet és a tiszta vízfelszín reflexiós görbéit mutatja a 2. ábra.

2. ábra

2.6. Emittált sugárzás

A távoli infravörös és a passzív mikrohullámú tartományokban az objektumok által kibocsátott (saját) elektromágneses sugárzás az információhordozó. A térképészeti alkalmazásokban nincs különösebb jelentősége.

3. A távérzékelésben alkalmazott adat-felvételezési módszerek, a felvételekre jellemző legfontosabb adatok, pályaadatok

3.1. Felvételezési módszerek

Az optikai és a mikrohullámú sávban aktív és passzív képalkotó eszközöket alkalmaznak. Az optikai sávban alkalmazott felvevő-berendezések a fényképező kamerák, az optikai-mechanikai és az elektrooptikai pásztázók.

A fényképező kamerák közül említést érdemelnek az eredetileg légifényképező kamerákból átalakított, vagy azok mintájára készített különböző képméretű kamerák. Ezek közül a korábbi NDK-ban gyártott MKF-6 hosszú ideig szolgáltatott multispektrális fényképeket, a szovjet gyártmányú KFA-1000 kamerák pedig jelenleg is filmre rögzítik az adatokat, majd azokat szkennelve digitális adatokká alakítják. A fényképező rendszerek csak a látható fény, valamint a közeli infravörös tartományokra (0,30,9 mm) érzékenyíthető filmet használhatnak, ezért ezen tartományokon kívül felvételezésre nem alkalmasak.

A pásztázó rendszerek soros pásztázás vagy elektromechanikus pásztázás segítségével alkotják meg a felszín képét. A Landsat szenzorai szűk látószög alatti optikai-mechanikai letapogatóval készítik a felvételeket, ugyanakkor a SPOT műholdakon elhelyezett HRV szenzorok soros pásztázással készíti a felvételeket.

3.2. Az erőforrás-kutató műholdak pályaadatai

Az erőforrás-kutató műholdak általában 4501000 km magasságú kvázipoláris, kör alakú napszinkron pályán keringenek. Az ilyen pályáról a sarkokat kivéve a teljes földfelszínről készíthetők felvételek. Az ilyen pályák előnye, hogy azonos földrajzi szélességen mindig azonos helyi időben halad át a műhold, így a felvételek azonos feltételek között készülnek.

3.3. A geometriai felbontás

A felvételező rendszerek egyik legfontosabb jellemzője. Különösen fontos ez az adat a nagyméretarányú topográfiai térképezésben alkalmazni kívánt műholdadatok esetében. A geometriai felbontással a felvételező rendszernek azt a tulajdonságát jellemezzük, hogy az általa készített felvételeken az egymáshoz közeli felszíni tárgyak milyen mértékben különböztethetők meg egymástól [Rosenholm, 1995].

A fényképként (pl. KFA-1000 kamerával) készített űrfényképek esetében a geometriai felbontást az alkalmazott film feloldóképessége, a kamera fókusztávolsága és a műhold pályamagassága határozza meg.

Pásztázó felvételezés esetén a geometriai felbontást az egy detektorhoz tartozó ún. pillanatnyi látómező (instantaneous field of view = IFOV) mérete határozza meg. A felvétel pontjait a pillanatnyi látómezőből érkező sugárzási energia, a radiancia értéke adja. A geometriai felbontást mindenképpen befolyásolja a pásztázott felszínrész vagy tárgy alakja, más tárgyakhoz viszonyított helyzete, kontrasztja. A pásztázó berendezéseknél a geometriai felbontást általában a felvétel képelemének (pixel) méretével azonosítják. Ez azonban erős egyszerűsítés. Ugyanis a pásztázó berendezések jelentős részénél, mivel a felvételi sáv igen széles (pl. az IKONOS esetében 1500 km), a nadírtól távolodva a képelemek mérete a ránézési irány változása következtében folyamatosan nő.

A geometriai felbontás kétszeresével szoktuk jellemezni az ún. terepi felbontást, ami tulajdonképpen azt fejezi ki, hogy a tereptárgyak biztos elkülönítéséhez a felvételnek legalább a geometriai felbontás kétszeresével kell rendelkeznie [Konecny, 1995].

3.4. Spektrális felbontás

A multispektrális felvételek spektrális felbontását a vételi sávok száma, az alkalmazott sávszélesség és a sávok spektrumtartománya határozza meg. Több felvételi sávban készített felvételekkel a tereptárgyak és felszínrészek jobban elkülöníthetők, mint egyetlen sávban készült felvétellel. A sávok szélességének és számának megválasztása általában feladatfüggő, az erőforrás-kutató berendezéseknél ez a szám 38 között van. Tipikussá vált a multispektrális sávok mellett pankromatikus (a látható fény tartományát integráló) felvételi sáv használata is (SPOT, Landsat, IKONOS stb. rendszerek).

3.5. Radiometriai felbontás

A radiometriai felbontás a felvevő berendezés által mért sugárzási mező mérési szintjeinek a száma. Az információtartalom a mérési szintek számának növekedésével egyenes arányban növekszik. A radiometriai felbontás általában a 2 valamelyik hatványának felel meg. Leggyakrabban használt szintszám a 256, ebben az esetben a felvételt képpontonként és sávonként 8 bites számok írják le. A legkisebb radianciaérték 0, a legnagyobb 255 értékű.

3.6. Időbeli felbontás, visszatérési idő

Azt az időintervallumot, melynek elteltével a műhold ugyanazon felszínrészről készít felvételt, visszatérési időnek nevezzük. Az időbeli változások követésére szolgáló felvételek készítése szempontjából a visszatérési időnek igen nagy a jelentősége. Az időbeli felbontás növelése érdekében néhány műholdrendszer egyidejűleg több műholdat üzemeltet (Landsat, SPOT, IRS stb.). Több műhold egyidejű működtetése esetén a visszatérési idő feleződhet (Landsatnál) vagy harmadolódhat (SPOT-nál).

4. Nagyfelbontású optikai képeket készítő optikai rendszerek

Az ebbe a csoportba tartozó szenzorokra a 10 m-es nagyságrendű pixelméret és a 100 km-es nagyságrendbe eső pásztázási szélesség a jellemző. Az alkalmazott spektrális sávok száma 4 és 7 közötti, és a multispektrális sávok mellett pankromatikus sávban is történik adatrögzítés. A digitális képfeldolgozással a két felvételtípust illesztve a nagyobb felbontásnak megfelelő multispektrális felvétel készíthető.

A közepes méretarányú (1:50 0001:200 000) topgráfiai térképek készítésének vagy felújításának lehetősége akkor merült fel komolyabban, amikor pályára állították a Landsat 4 műholdat, fedélzetén a Thematic Mapper (Tematikus Térképező = TM) vevővel. Ugyanis ez a vevőberendezés biztosította először operatívan a 30 m-es geometriai felbontású, összesen 6 reflektív sávban rögzített információt, ami alkalmasnak látszott és, mint a gyakorlat megmutatta alkalmas is nem csak ún. tematikus térképek készítésére, hanem a térképi alapok, a topográfiai térképek területén való felhasználásra is.

Ezért ebben a dolgozatban a Landsat TM majd időben az utána következő SPOT HRV, az IRS LISS-III és a szuper nagyfelbontású (IKONOS) szenzorokat és az általuk készített képek (adatbázisok) tulajdonságait vizsgálom.

4.1. Landsat

1972 júliusában Earth Resources Technology Satellite (ERTS) néven állították pályára az első erőforrás-kutató műholdat a sorozatból a NASA (National Aeronautics and Space Administration) irányításával, de csak később, 1975-ben kapta a Landsat nevet. Az első műhold működését egyéves időtartamra tervezték, végül hat évig üzemelt kifogástalanul. Az első Landsat műhold 1972-es fellövése óta még további ötöt állítottak pályára. Az első három (első generáció) két szenzorral működött: RBV (Return Beam Vidicon) és MSS (Multispectral Scanner). A második generációs Landsat műholdak a Landsat-4 1982-es fellövésétől kezdődően [Salomonson, 1984] az MSS mellett fedélzetükön ott volt a Thematic Mapper-t (TM). 1993 októberében a Landsat-6 pályára állítása kudarcba fulladt, fedélzetén a Landsat-7 műholdra tervezett Enhanced Thematic Mapper (ETM+) berendezéshez hasonló ETM volt. 1999-ben pályára állították a Landsat-7 műholdat fedélzetén az Enhanced Thematic Mapper (ETM+), valamint egy új nagyfelbontású pásztázó működik. A Landsat műholdakon elhelyezett szenzorok pásztázási szélessége: 185 km.

A Landsat műholdak működési adatai:

Műhold	Működési idő	Pálya- magasság (km)	Visszatérési idő (nap)	Fedélzeti szenzorok
Landsat-1 (ERTS-1)	1972.07.22.1987.01.06.	917	18	Mulispectral Scanner Return Beam Vidicon
Landsat-2 (ERTS-2)	1975.01.22.1982.02.25.	917	18
Landsat-3 (ERTS-3)	1978.03.05.1983.03.31.	917	18
Landsat-4	1982.07.16., nem működik	705	16	Multispectral Scanner Thematic Mapper
Landsat-5	1984.03.01., jelenleg is működik	705	16
Landsat-6	1993.10.05., megsemmisült
Landsat-7	1999.04.15. jelenleg is működik	705	16	Enhanced Thematic Mapper

A Thematic Mapper (= TM) kipróbálása a Landsat 4 fedélzetén történt. A Landsat 5 fedélzetén az előzővel azonos szenzort helyeztek el. A Landsat 7 a multispektrális sávok mellett egy pankromatikus sávban is készít felvételeket. A nyolc spektrális sávban (ebből 7 reflexiós) vevő-berendezés sávjainak értéke a következő:

Csatorna és hullámhossz (mm)	Alkalmazási terület
1.(0,45-0,52) (0,45-0,515)*	Tengerparti vizek térképezése, víztestek felszíni részének vizsgálata, a talaj és a vegetáció, illetve a lombhullató és tűlevelű flóra elkülönítése.
2. (0,52-0,60) (0,525-0,605)*	A vegetáció reflektancia görbéjén jelentkező két klorofill (klorofill-a és klorofill-b) elnyelési pont közötti csúcs megfigyelése.
3. (0,63-0,69) (0,63-0,69)*	Klorofill abszorpciós csatorna vegetáció elkülönítésére.
4. (0,76-0,90) (0,75-0,90)*	Biomassza-mennyiség meghatározása és víztestek elhatárolása (kihangsúlyozza a föld-víz kontrasztokat).
5. (1,55-1,75) (1,55-1-75)*	A vegetáció és a talaj nedvességtartalmának meghatározása, a hó és a felhők elkülönítése.
6. (10,40-12,50) durvább felbontás, 120x120 m-es (60x60) * pixelméret.	Vegetációstressz-analízis, talaj nedvességtartalmának meghatározása, hőtérképezés.
7. (2,08-2,35) (2,09-2,35)*	Kőzettípusok elkülönítése, hidrotermális térképezés.
PAN (0,52-0,90) *	Térképezés

* a Landsat 7-en elhelyezett szenzorok spektrális sávszélessége

4.2. SPOT

A francia űrprogram keretében 1986 óta működik a SPOT-műhold (Satellite Pour lObservation de la Terre) sorozat. A műholdat a CNES (Centre National dEtudes Spatiales) tervezte, svéd és belga segítséggel fejlesztették ki. A pásztázási szélesség: 60 km.

A SPOT műholdak működési adatai

Műhold	Működési idő	Pálya- magasság (km)	Sztereoszkópia	Visszatérési idő (nap)	Fedélzeti szenzorok
SPOT-1	1986.02.22. működésen kívül	822	Felvételi sávok közötti sztereofedés	26*	HRV (High Resolution Visible)
SPOT-2	1990.01.22. jelenleg is működik
SPOT-3	1993.09.26.1997.11.14.
SPOT-4	1998.03.24. jelenleg is működik		Felvételi sávon belüli sztereofedés		HRVIR (High Resolution Visible Infrared)

* függőleges tengelyű felvételezés esetén (ferde tengelyű felvételezés esetén a visszatérési idő 12 napra csökkenthető)

Jelenleg a SPOT 2 és a SPOT 4 műhold üzemel, a két műhold együttesen a 40° szélességtől É-ra bármely területre naponta készíthet képeket. A SPOT műhold-felvételezés növekvő igényeinek megfelelően a SPOT 1-et a közeljövőben.ismét működésbe fogják hozni

A SPOT 1, 2, 3 műholdakon két nagyfelbontású adatrögzítő (High Resolution Vidicon) működik, együtt és egymástól függetlenül is rögzítenek adatokat. Mindkét HRV bemeneti tükre földi irányítással a függőleges iránytól ą27°-kal elmozdítható, ezzel megnövelik az egy pályáról készíthető képek számát, ill. ez a technikai megoldás lehetőséget biztosít sztereo képek készítésére.

Mindkét HRV párhuzamosan vagy egymástól függetlenül üzemeltethető pankromatikus és multispektrális módban egyaránt.

A SPOT 4-nél az előző három műholdon alkalmazott képalkotó berendezéseket egy középső infravörös sávval egészítették ki (1,58-1,75 mm), a berendezés neve HRVIR-re változott. A két HRVIR egymástól függetlenül programozható.

További újdonság a spektrális sávok fedélzeti illesztése (registration). Ezt a korábbi PAN (0,51-0,73 mm) sáv helyett az új B2 (0,61-0,68 mm) sáv alkalmazásával érik el, ugyanis ebben a sávban 10 és 20 m-es felbontású adatrögzítés is lehetséges.

A SPOT 4 még egy képalkotó berendezést üzemeltet: ez a VEGETATION, amely 2000 km széles sávban 1 km-es terepi felbontással készít képeket 4 spektrális sávot használva.

Spektrális jellemzők:

A SPOT képek rendkívül jó földi felbontást nyújtanak: pankromatikus módban:10x10 m, multispektrális módban pedig 20x20 m. Pankromatikus módban a műhold felvevő berendezése az elektromágneses spektrum látható tartományának egyetlen sávjában működik, tehát fekete-fehér képeket készít. A SPOT1, SPOT2 és SPOT3 műholdakon a pankromatikus csatorna, az alábbi táblázat szerinti 0,51-0,73 mm között üzemel. A SPOT4 esetében ez a tartomány 0,61-0,68 mm-re szűkül.

Spektrális sávok	B1	B2	B3	B4	Pixelméret
Multispektrális mód (SPOT1,2,3)	0,50-0,59 mm	0,61-0,68 mm	0,79-0,89 mm	-	20x20 m
Multispektrális mód (SPOT4)	0,50-0,59 mm	0,61-0,68 mm	0,79-0,89 mm	1,58-1,73 mm	20x20 m
Pankromatikus mód (SPOT1,2,3)	0,51-0,73 mm			-	10x10 m
Pankromatikus mód (SPOT4)	-	0,61-0,68 mm	-		10x10 m

A topográfiai térképezés szempontjából fontos a 2002-ben pályára állítandó SPOT 5 műholdon elhelyezett HRG (High Resolution Geometry) szenzor adatainak ismertetése.

HRG High Resolution Geometry. Az új berendezés főbb jellemzői:

ˇ terepi felszíni felbontás 5 és 3 méteres (a jelenlegi 10 méter helyett) a pankromatikus üzemmódban;

ˇ terepi felbontás a multispektrális üzemmódban is 10 m (a jelenlegi 20 m helyett), mind a három sávban, a látható és a közeli infravörös tartományban; közülük a középső infravörös (vegetációs szempontból létfontosságú) sáv továbbra is 20 m-es felbontású marad;

ˇ a fenti terepi felbontások biztosítása esetén a sztereo kiértékelés síkrajzi hibája 10 m, a magassági hiba 5 m lesz, ami az 1:50 000-es méretarányú térképek pontosságának felel meg.

4.3. IRS 1C/1D

Az IRS műholdcsalád tagjai az Indiai Űrprogram keretében készültek az Indiai Kormány megbízásából.

Az Indian Remote Sensing (IRS) System keretében a következő, ma is adatokat szolgáltató távérzékelési vevőberendezéseket szállító műholdakat állították pályára:

Műhold

Fellövés időpontja

Szenzorok

Geometriai felbontás (m)

IRS-1C

1995.12.28.

LISS-III (multispektrális)

WiFS WiFS (multispektrális)

Pankr PAN (pankromatikus)

188

5,8

IRS-1D

1997.06.04.

ua. mint IRS-1C

Az IRS-1A fedélzetén LISS-I szenzorral 4 csatornán szolgáltatott adatot 72,5 m-es felbontással. Az IRS-1B a LISS-II szenzorral, már 36,5 m-es felbontású képeket szolgáltatott. Az IRS-1C mesterséges hold által készített jó felbontású felvételek iránt nagy nemzetközi érdeklődés mutatkozott, így megszervezték annak Indián kívüli terjesztését is. Az IRS-1D az IRS család negyedik tagjaként ugyanazokkal a technikai paraméterekkel rendelkezik, mint a vele ellentétes fázisban keringő IRS-1C. Elsődleges feladata az egyazon terület feletti áthaladások megduplázása. A pálya magassága: 817 km. A visszatérési idő: 24 nap. A szenzorok spektrális sávjai:

Szenzor	PAN	LISSIII
sávok	0,50-0,75 mm	2. sáv: 0,52-0,59 mm 3. sáv: 0,62-0,68 mm 4. sáv: 0,77-0,86 mm 5. sáv: 1,55-1,70 mm
térbeli felbontás	5,8 m	2,3,4 sáv: 23,5 m 5 sáv: 70,5 m
Pásztázási szélesség	70 km	2,3,4 sáv: 141 km 5 sáv: 148 km

5. Szuper nagyfelbontású űrfelvételek

Az erőforrás-kutató műholdak (geometriai felbontásuk 10100 m körüli) kifejlesztése és üzemeltetése állami beruházásokból valósult meg, a műholdak által vett adatok terjesztését, az értéknövelt termékek előállítását pedig utólag általában kereskedelmi cégekre bízták (EOSAT, Space Imaging, EURIMAGE, SPOT IMAGE és egyebek).

A kilencvenes évek végére a műszaki haladás következtében olyan szenzorok előállítása is lehetségessé vált, amelyek az eddigieknél lényegesen nagyobb geometriai felbontású képeket is tudnak készíteni. Ezekre az adatokra az előrejelzések szerint az állami térképészeti szervezetek saját kataszteri és topográfiai térképrendszereik létrehozására vagy felújítására nagy mennyiségben fognak igényt tartani. Ezzel belátható közelségbe került a hordozóra és a szenzorra valamint az üzemeltetésre fordított költségek megtérülése, ill. lehetőség nyílt profit képzésére.

5.1. A szuper nagyfelbontású űrfelvételek felhasználásának lehetőségei a térképfelújításban

Bár néhány év késéssel, de sikerült pályára állítani és ma már operatívan szolgáltat adatokat az IKONOS-műhold. Nagy várakozás előzte meg ennek a kereskedelmi műholdnak a pályára állítását. Az 1 m-es felbontású képek nagy ugrást jelentenek az eddig készített műholdfelvételekhez képest, és most először nyílik lehetőség arra, hogy a légifényképek felbontásához közeli felbontással rendelkező adatforrást is megvizsgálhassunk nagyméretarányú (1:10 000) térképek készítésének és felújításának szempontjából. Az 1 m-es felbontást a pankromatikus tartományban biztosítja a felvevő (szemben a SPOT pankromatikus 10 m felbontású sávjával), multispektrális üzemmódban az IKONOS által elérhető maximális felbontás 4 m (szemben a SPOT multispektrális 20 m-es felbontású sávjával). Nem csak a felbontásban van azonban különbség az IKONOS és a SPOT műhold által készített adatok között. Talán még fontosabb az adatok szigorú geometriája, ami nem mondható el a SPOT- vagy a Landsat-képekre.

A pontos magassági adatok alapvető fontosságúak a topográfiai térképezésben. A SPOT pankromatikus képekből előállított magassági értékek pontossága terepi illesztőpontok alkalmazása esetén 10 m körüli, amely nem elégíti ki az 1:10 000-es topográfiai térképek pontossági követelményeit. A SPOT-rendszerben a sztereo képek előállítása vételi sávok között (cross-track) történik, az IKONOS esetében azonban vételi sávon belül (in-track).

A szuper nagyfelbontású műholdak előnyei a következők:

ˇ a polgári célra valaha készült legnagyobb felbontás;

ˇ a kamera fókusztávolsága nagyon nagy, elérheti a 10 m-t;

ˇ előre, nadírban és hátra néző töltéscsatolt sordetektor alkalmazásával vételi sávon belüli sztereó adatfolyam készítése;

ˇ a bázis/magasság arány (a szenzor bázisvonalának és a pálya magasságának aránya) 0,6 vagy nagyobb, ami hasonlatos a légifényképezésnél alkalmazott arányhoz.

5.2. Magassági adatok kiértékelésének kérdései szuper nagyfelbontású űrfelvételekből

A légifényképek méretarányát az f/H (f = a felvevőkamera fókusztávolsága, H = a kamera távolsága a felszíntől, a fényképezési magasság) arány határozza meg. Az IKONOS által készített felvételek méretaránya 1 : 68 000 (f/H = 10 m/680 km). Másképpen is kifejezhető a felvétel méretaránya, nevezetesen a képen mért távolság és a felszínen mért megfelelő távolság arányával (d_kép/d_felszín). A felszínen vegyünk egy 1 m-es szakaszt, ez figyelembe véve az 1: 68 000-es méretarányt a sordetektoron 14,7 mm-nek felel meg. Tehát minél nagyobb a terepi felbontás, annál kisebb a terepi pixel mérete, ennek megfelelően annál kisebb a pixel mérete a detektoron.

A magassági kiértékeléshez a képen meg kell jelennie a domborzatra vonatkozó fontos információknak. Az egyik ilyen információ a magassági torzulás. Kifejezhető a következő egyenlettel:

ahol

d = magassági torzulás mértéke,

Dh = magasságkülönbség,

f = fókusztávolság,

H = repülési (pálya) magasság,

R = a nadírponttól mért távolság.

Az egyenletből kiolvasható, hogy a magassági torzulás arányos a magasságkülönbségek nagyságával (Dh). Az f/H a felvétel méretaránya. A d értéke annál kisebb, minél kisebb az R, vagyis a nadírponthoz közelebb található magassági pontoknak a felvételen megjelenő magassági torzulása kisebb, mint a nadírtól távolabb lévőké.

Ha megvizsgáljuk a fenti egyenletet légifényképekre, ill. űrfelvételekre, azt tapasztaljuk, hogy a Dh értéke mindkettőn hasonló. Ennek oka, hogy a repülési magasság ugyan jelentősen megnő a műholdról való felvételkészítés esetén, az IKONOS-on alkalmazott nagyfelbontású kamera fókusztávolsága azonban szintén drasztikusan nő (10 m), minek következtében a f/H (méretarány) értéke nem tér el jelentősen a légifényképezésnél használatos méretarányoktól.

Az egyenlet harmadik elemének R/(H-Dh) értéke, mivel a H sokkal nagyobb a Dh-nál, jelentősen csökken a légifényképezéstől a műholdról készülő felvételezés felé. Az űrfelvétel lényegesen nagyobb területet fed le, mint a légifénykép. A nadírhoz közeli területeken az R értéke kicsi, ennek megfelelően a magassági torzulás értéke is alacsony lesz. A kép jelentős részén viszont az R értéke elég nagy a H-hoz viszonyítva ahhoz, hogy az R/(H-Dh) érték megközelítse a légifényképeken tapasztalt értékeket. Mindebből az következik, hogy a szuper nagyfelbontású űrfelvételeken számolni kell a magassági torzulással.

Az egyedi képeken megjelenő magassági torzuláshoz még a parallaxis jelensége is társul, vagyis egy objektum leképezett pozíciójának bázis irányú eltérése az egymás után készülő sztereóképeken, melyet a felvevő berendezést hordozó platform (pl. műhold) mozgása idéz elő. A parallaxis is felhasználható a magassági értékek vagy magasságkülönbségek nyerésére:

ahol:

p = az objektum csúcspontjának parallaxisa;

B = bázistávolság, a kamera által egymásután exponált kép középpontjai közötti távolság,

H = repülési magasság,

Dh = magasságkülönbség.

A szuper nagyfelbontású űrfelvételek esetében a H nagy, ennek megfelelően a p kis értéket vesz fel. Mindazonáltal a B értéke nagy a felvételi sáv irányában (in-track) készülő szereofelvételek és a felvételi sávok közötti (across-track) sztereofelvételek között egyaránt, mivel az IKONOS esetében a 45°-os dőlésszög nagy bázisvonalakat eredményez az előre-, nadír- és hátranéző felvételezési lehetőségekkel. A nagyon nagy fókusztávolság is hozzájárul a nagyobb parallaxishoz. A parallaxis tipikus értékei a 6 és 12 pixel között vannak, amelyek elegendően nagyok a magassági információk nyerésére.

5.3. Sztereo modell alkalmazása

Sztereokép létrehozásakor egy felszíni objektum képe háromszor képeződik le: egyszer előrenéző, egyszer nadír állású és egyszer hátranéző kameraállásnál. A sordetektor minden alkalommal egy-egy képcsíkot alkot. Ennek megfelelően a felvételi sáv irányú sztereó felvételezés a sztereopárok három kombinációját hozza létre. A bázisvonal hossza az IKONOS esetében 680, ill. 1360 km.

A bázis/magasság arány a kritikus érték a magassági kiértékelés szempontjából. Az IKONOS esetében ez az arány egyenlő 1-gyel, ami azt jelenti, hogy az IKONOS által készített sztereopárok alkalmasak a domborzati információk kivonására. A felvételi sávok között (across-track) is kialakítható sztereó átfedés. A domborzatábrázolás szempontjából a két egymás melletti adatfolyam azonos eredményt ad hasonlóan a vételi sávon (in-cross) belüli sztereoképpárhoz. A sztereoképek szolgáltatása még nem indult el.

Jelenleg (2000 októbere) egyetlen szuper nagyfelbontású szenzorral felszerelt műhold szolgáltatja az adatokat, ez a Space Imaging által üzemeltetett IKONOS.

6. IKONOS (Space Imaging)

A műhold ill. a szenzor műszaki adatai:

A műhold neve:	IKONOS
Pályára állítás időpontja:	1999. szeptember 24.
Pálya adatai	Közel poláris napszinkron körpálya
A pálya magassága	680 km
Max. geometriai felbontás	1 m (11 km-es sávban)
Spektrális sáv	1 pankromatikus, 4 multispektrális
Keringési idő	98 perc
Visszatérési idő	5 nap
Inklináció	98°

Spektrális jellemzők:

Spektrális sávok	B1 (kék)	B2 (zöld)	B3 (vörös)	B4 (közeli infravörös)	Felbontás
Multispektrális	0,450,53 mm	0,520,61 mm	0,640,72 mm	0,770,88 mm	4 m
Pankromatikus	0,450,90 mm				1 m

7. Quick Bird (EarthWatch Inc.)

A következő (2000-ben még nem működő) szuper nagyfelbontású képeket szolgáltató rendszer az EarthWatch Inc. által üzemeltetett Quick Bird műhold lesz. A Quick Bird-ön szintén két szenzor működik majd párhuzamosan: az egyik pankromatikus, a másik multispektrális üzemmódban.

A műhold, ill. a szenzor műszaki adatai:

A műhold neve	Quick Bird
Pályára állítás időpontja	Várhatóan 2000-ben
Pálya adatai	Nem napszinkron
A pálya magassága	600 km
Max. geometriai felbontás	1 m
Spektrális sáv	1 pankromatikus, 4 multispektrális
Felvételi sáv szélessége	22 km
Keringési idő	98 perc
Visszatérési idő	1-5 nap
Inklináció	66°

Spektrális jellemzők:

Spektrális sávok	B1 (kék)	B2 (zöld)	B3 (vörös)	B4 (közeli infravörös)	Felbontás
Multispektrális	0,450,52 mm	0,520,60 mm	0,630,69 mm	0,760,89 mm	4 m
Pankromatikus	0,450,90 mm				1 m

8. OrbView (ORBIMAGE)

A harmadik műholdcsaládot melynek két utolsó tagját szintén 2000 folyamán szándékoznak pályára állítani az ORBIMAGE üzemelteti. Az OrbView-3 és az OrbView-4 műszaki adatai az alábbi táblázatokban láthatók. A két műhold szenzorai között az a legnagyobb különbség, hogy az OrbView-4 fedélzetén egy hiperspektrális (sokcsatornás) vevő is található.

A műhold ill. a szenzor műszaki adatai:

A műhold neve	OrbView-4
Pályára állítás időpontja	Várhatóan 2000-ben
Pálya adatai
A pálya magassága	470 km
Max. geometriai felbontás	1 m (pankromatikus), 4 m (multispektrális), 8 m (hiperspektrális)
Spektrális sáv	1 pankromatikus, 4 multispektrális
Felvételi sáv szélessége	8 km (pankromatikus, multispektrális), 5 km (hiperspektrális)
Keringési idő
Visszatérési idő	< 3 nap

Spektrális jellemzők:

Spektrális sávok	B1 (kék)	B2 (zöld)	B3 (vörös)	B4 (közeli infravörös)	Felbontás
Multispektrális	0,450,52 mm	0,520,60 mm	0,6250,695 mm	0,760,90 mm	4 m
Pankromatikus	0,450,90 mm				1 m

A műhold, ill. a szenzor műszaki adatai:

A műhold neve:	OrbView-3
Pályára állítás időpontja:	Várhatóan 2000-ben
Pálya adatai:
A pálya magassága:	470 km
Max. geometriai felbontás:	1 m (pankromatikus) 4 m (multispektrális)
Spektrális sáv:	1 pankromatikus, 4 multispektrális
Felvételi sáv szélessége:	8 km
Keringési idő:
Visszatérési idő:	< 3 nap

Spektrális jellemzők:

Spektrális sávok	B1 (kék)	B2 (zöld)	B3 (vörös)	B4 (közeli infravörös)	Felbontás
Multispektrális	0,450,52 mm	0,520,60 mm	0,6250,695 mm	0,760,90 mm	4 m
Pankromatikus	0,450,90 mm				1 m
Hiperspektrális	200 sáv 4,425 mm között				8 m

9. Az űrfelvételek térképészeti célú felhasználásának történeti áttekintése

Jurij Gagarin 1957 októberi űrrepülését követően a két katonai nagyhatalom egymás és a világ elől eltitkolva olyan felderítő műholdak kifejlesztéséhez fogott hozzá, melyeket eredetileg légifényképezéshez használt kamerák továbbfejlesztésével kialakított felvevő berendezésekkel láttak el. Az Amerikai Egyesült Államokban a CORONA program keretében, a Szovjetunióban a ZENIT műholdra szerelt fényképezőgépekkel készítettek nagyfelbontású fényképeket, melyek értelemszerűen alkalmasak voltak térkép készítésére [Dixon-Gough, 1995]. A felvételek polgári célra természetesen nem voltak hozzáférhetők.

A polgári alkalmazások elől azonban nem lehetett örökké elzárni az utat. A később Landsat programként ismertté vált sorozat tervezése 1967-ben kezdődött el, és eredetileg tartalmazott egy ún. geodéziai-kartográfiai modult is. Az elképzelés szerint a légifényképező kamerákhoz hasonló rendszer 1:25 000-es méretarányú topográfiai térkép műszaki paramétereit kielégítő felvételeket készített volna. Ez az elképzelés azonban politikai megfontolásokból [FI1] nem valósulhatott meg. Végül a lefektetett műszaki ajánlások a Large Format Camera-ban valósultak meg. A Large Format Camera-t a Shuttle fedélzetén 1984 októberében próbálták ki. Az Európai Űrügynökség (ESA) az amerikaiakkal szinte párhuzamosan egy Zeiss légifényképező mérőkamerát alakított át és Metric Camera néven ugyancsak egy Shuttle repülés alkalmával próbált ki 1983-ban [Doyle, 1996].

Ezek a rendszerek azonban elsősorban politikai okok miatt nem kerültek be az operatív polgári alkalmazásba. A politikai légkör akkor (1970-1980) nem kedvezett a nagyfelbontású (1-2 m) műhold adatok polgári felhasználásának. Olyan operatívan működő műholdak pályára állítása következett, melyek adatnyerése a legtöbb esetben már más rögzítési elven alapult.

Az első erőforrás-kutató műhold, az ERTS-1 (később Landsat-1) 1972-ben kezdte meg a 80 m-es spektrális adatok (MSS) készítését. Bár mai szemmel ezek a képek a földfelszín egy-egy darabjának csak globális vizsgálatára alkalmasak, megjelenésük idején mégis igazi revelációként hatottak, és azonnal megkezdődött az adatok felhasználási lehetőségeinek vizsgálata. Hamarosan nyilvánvalóvá vált, hogy az MSS képek terepi felbontása nem elegendőek arra, hogy belőlük a közepes méretarányú (1:50 000 1:100 000) topográfiai térképek tartalmához szükséges adatokat kapjanak, de még helyesbítésükhöz sem.

1982-ben helyezték pályára a Landsat-4 műholdat, melyet 1984-ben az azonos felvevő berendezéssel (Thematic Mapper) felszerelt , máig működő Landsat-5 követett. Korszakváltást jelentett a Thematic Mapper (= Tematikus Térképező:, TM) felvevő-berendezés használatba állítása a műholdas erőforrás-kutatásban, részben a terepi felbontás jelentős növekedése (30 m), részben a spektrális sávok száma (7 spektrális sáv) vonatkozásában.

A következő, a közepes méretarányú topográfiai térképek készítéséhez és helyesbítéséhez operatívan alkalmazott ~~adat~~lehetőséget a SPOT francia műholdak High Resolution Visible (HRV) felvevő-berendezései által folyamatosan készített műholdadatok szolgáltatták. A SPOT multispektrális adatok terepi felbontása 20 m, a pankromatikus adatoké pedig 10 m.

Az Indian Remote Sensing Satellite (IRS) hosszú előkészítő szakasz után 1996-ban pályára állította az IRS-1C majd az IRS-1D műholdat, melyek párhuzamosan múultispektrális (felbontás: 23 m) és pankromatikus (felbontás: 5,8 m) képeket készítenek.

Ígéretes fejélesztésnek bizonyult a Modular Opto-electronical Multispectral Scanner (MOMS). Első tagja a Space Shuttle Spacelab D2 küldetésének idején készített felvételeket 1993 április--május között~~i időpontban~~, a MOMS-2P [Schiewe et al., 1995] pedig a PRIRODA-modul részeként a MIR űrállomáson kapott elhelyezést és 1996 szeptemberétől 1997 áprilisáig készített felvételeket. ~~A m~~Működésében ekkor szünet állt be, majd 1998 januárjától újra üzembe állították. Működésében újdonság a párhuzamosan adatot készítő és szolgáltató műholdakhoz képest, hogy a MOMS rendszer a repülés irányában a felvételi sávon belül képes sztereo felvételeket készíteni.

10. Szenzorok térképészeti alkalmazásokhoz

Az ESA Metric Camera-ja, az USA Large Format Camera-ja valamint bizonyos mértékig a SPOT műholdon alkalmazott érzékelők azzal a céllal készültek, hogy teljes mértékben kielégítsék a topográfiai térképek készítéséhez szükséges (fotogrammetriai) követelményeket [Schiewe, et al.,1995].

Ahhoz, hogy meghatározhassuk azt a felvevő berendezést, amely kielégíti a topográfiai térképezés követelményeit, sorra kell vennünk a szükséges térkép-előállítási tényezőket. .

A topográfiai térkép alapvetően három típusú információt tartalmaz:

ˇ tartalom: a térképen jelekkel vagy közvetlenül alaprajzzal bemutatott objektumok összessége,

ˇ pozíció: meghatározott koordinátarendszerben az objektum síkrajzi koordinátái,

ˇ magasság: pontok és szintvonalak magassági értékei és a vonatkozási felület (általában tengerszint) feletti domborzat ábrázolásának módszere.

A tartalom a szenzor által készített kép, melyet felbontással és méretaránnyal jellemezhetünk. Felbontás alatt méter/pixel értendő. A pixel az a legkisebb terület, melyhez csak rá jellemző sugárzási érték tartozik. Minél kisebb a pixel mérete, annál nagyobb a felbontás. A térbeli felbontás mellett ugyancsak fontos tényező a spektrális felbontás valamint a felvételek időbeli ismételhetősége (időbeli felbontás) is. A spektrális felbontás milyenségének elsősorban a tematikus alkalmazásokban van döntő szerepe, a térképészeti alkalmazásban jelentősebb a geometriai felbontás kérdése [Fritz, 1995].

Alig képzelhető el csupán topográfiai térképezést megcélzó szenzor alkalmazása (ilyen az IKONOS 1 m-es felbontású pankromatikus felvevője), de ez is párhuzamosan működik egy négysávos multispektrális felvevővel, melynek megcélzott felhasználói a mezőgazdaságtól a geológiáig terjednek, tehát igen széles körűek. Az adatok rendszerint 8 bit/pixel radiometriai felbontásban jelennek meg. Az IKONOS által készített képek 11 bit/pixel szinten kvantáltak.

A térbeli felbontás nagyon fontos a topográfiai térképezés szempontjából. Általában elmondható, hogy a térbeli felbontásnak olyannak kell lennie, hogy a felhasználó (térképkészítő) észlelni, azonosítani tudja az objektumot. Megállapítható, hogy az emberi tevékenység által létrehozott objektumok, mint pl. utak, vasútvonalak, épületek azonosításához hozzávetőlegesen 1,42,5 m/pixel terepi felbontás szükséges. Amennyiben a terepi felbontás nem éri el a fenti értékeket, a mesterséges objektumok megfelelő módon az adatokból nem vehetők ki, ill. más forrásokból kell kivenni őket.

A fotogrammetriai módszerrel készített topográfiai térkép információtartalmát a kép terepi felbontása biztosítja, melyet a felvevő kamera méter/vonalpár, míg az elektrooptikai rendszereknél a méter/pixel jellemző határoz meg. Közvetlen kapcsolat létezik a szenzor által biztosított terepi felbontás és az alkalmzható méretarány között, melyben a nyomtatás, ill. a nagyítás történik.

Az elektrooptikai szenzorok esetében a helyes nagyítási faktor (M) úgy áll elő, hogy a szenzor képmezőjének mm-re eső pixelszámát a kép minőségétől és kontrasztosságától függően egy 6 és 12 közötti számmal osztjuk. A Landsat-adatokkal végzett kísérletek alapján (U.S. Geological Survey) azt találták, hogy a 6 pixel/mm elfogadható nyomatot biztosít [Konecny, 1995].

11. A digitális képfeldolgozás alapvető lépései

11.1. Előfeldolgozás

Az űrfelvételek előfeldolgozásához tartoznak azok az optikai vagy digitális képátalakítási eljárások, melyek ahhoz szükségesek, hogy a nyers adatokból meghatározott célokra való felhasználásra alkalmas felvételeket állítsunk elő.

Az előfeldolgozáshoz sorolhatók a radiometriai és a geometriai korrekciók, a térképi illesztés, a légköri korrekció.

11.2. Radiometriai korrekció

Általában jellemző, hogy a radiometriai korrekciót az adatok vétele után azonnal a vevőállomáson végzik el. A radiometriai korrekcióra azért van szükség, mert a felvételt készítő detektorok között bizonyos aszinkronitás jelentkezik, vagyis ugyanarra a radianciára különböző kimeneti jelet rögzítenek. A detektorok érzékenysége a működési idő folyamán is változik. Fenti jelenség következménye a felvételeken megjelenő csíkosság, melynek eltüntetéséhez képelemenkénti korrigálás szükséges.

11.3. Geometriai korrekció

A geometriai korrekció célja, hogy a felvevő berendezés által készített képet térképszerűvé alakítsa. A nyers űrfelvételt többféle geometriai hiba is terheli: a Föld elfordulása, a látószög változása, a lengő tükör egyenetlen mozgása, a földfelszín görbülete, a műhold egyenetlen mozgása következtében előálló hibák. A felsorolt hibákat ugyancsak az adatok vétele után a vevőállomáson korrigálják.

11.4. Térképi vetületbe történő illesztés (transzformálás)

A műholdfelvételből kivont információ általában térképi formában jelenik meg. Gyakori a más forrásból nyert információkkal történő összevetés, elemzés. Ezért szinte minden esetben elengedhetetlen a műholdkép térképi vetületbe való transzformálása. A geometriai korrekció nem eredményez megfelelő térképi pontosságot, ezért általában illesztőpontpárok segítségével, majd az ezek alapján történő interpolációval kell elvégezni az adott térképi vetületbe történő illesztést. Digitális terep modell (DTM) alkalmazásával az illesztés pontossága növelhető.

12. Ismeret alapú (knowledge based ) képfeldolgozási módszerek

A műholdadatok térképészeti célú interpretálásakor az adatbázisnak sokkal inkább a nem-spektrális (objektum-leíró) információit használjuk, és kevésbé a spektrális információkat [Cress et al., 1990] (spektrális információk: visszaverődési adatok és texturális adatok; objektum-leíró információk: alak, méret, struktúra, objektumok közötti térbeli viszony stb.).

Az objektumok jelentős alakbeli eltéréseket mutatnak (pl. folyók, települések vagy egy erdő területe). Jelentős a strukturális eltérés (pl. települések jellegzetes utcahálózata, ami teljesen eltér egy természetes többé-kevésbé homogén felszínrésztől). Az objektumok közötti térbeli kapcsolat bizonyos szabályok alapján ragadható meg (pl. település/utca, utca/épületek viszonya vagy mezőgazdasági tábla/gazdasági épületek térbeli viszonya, stb.)

Mindezen információk azonban bizonyos definiálatlanságot (bizonytalanságot) tartalmaznak, melynek figyelembevétele a műholdadatok interpretálása és minősítése folyamatában komoly figyelmet érdemel [Schilling et al., 1996].

Még teljesen automatizált objektum-felismerési algoritmusok alkalmazása esetén is szükséges a priori ismeret az adott területről és az ott található objektumokról, azok tulajdonságairól, térbeli elhelyezkedésük törvényszerűségeiről.

A digitális topográfiai adatbázis (a Magyar Topográfiai Program keretében létrehozandó topográfiai térképek) vagy a jelenleg használatban lévő nyomtatott, különböző méretarányú topográfiai térképek szolgáltathatják (szolgáltatják) a szükséges ismereteket (területről, méretekről, alakzatokról, az objektumok szemantikai adatairól) a műholdfelvételek térképészeti alkalmazásához a megfelelő ismereteket.

Európa és Észak-Amerika országaiban használatban vannak vagy a közeljövőben használatba kerülnek azok a topográfiai digitális adatbázisok, melyek tartalmazzák a műholdfelvételek térképészeti alkalmazásához szükséges valamennyi információt (pl. az ATKIS = Amtlich Topographisch-Kartographisches Informationssystem).

Magyarországon elfogadás alatt van az MSZ 7772-2 sz. szabvány, amely az 1:10 0001:250 000 méretarányú Magyarország területét ábrázoló állami topográfiai térképek térinformatikai alapját képező digitális topográfiai adatbázis (DITAB) előírásainak a kötelező alkalmazását írja elő [Magyar Szabvány, 1999].

A szabvány szerint a magyarországi állami topográfiai alaptérképek korszerű megjelenési formája a digitális topográfiai adatbázis- és térképrendszer, amely magában foglalja a DITAB, valamint az abból levezethető 1:10 0001:250 000 méretarányoknak megfelelő digitális kartográfiai adatbázisokat, valamint az ugyanilyen méretarányú hagyományos (analóg) topográfiai térképeket. A szabvány célja, hogy fogalmi modell szintjén meghatározza a DITAB tartalmát képező objektumokat, azok geometriai jellemzőit, tematikai és kapcsolati tulajdonságait, adatminőségi jellemzőit stb.

Az így létrehozott vagy létrehozandó digitális térképi adatbázisok a priori komplex geometriai és szemantikai ismeret rendszert biztosítanak a műholdadatokból kivonni kívánt topográfiai tartalom vonatkozásában [Magyar Szabvány, 1999].

Az ismeret alapú interpretációs metódust mind az automatikus információkivonási műveletekben (automated feature extraction), mind a vizuális interpretációba (visual interpretation) jól alkalmazhatók.

13. Objektumfelismerési eljárások.

Jelenleg nincsenek olyan alakfelismerő algoritmusok, melyek segítségével valamennyi felszíni objektum azonosítása lehetséges lenne, de néhány felszíni objektum automatikus interpretálására történtek kísérletek [Trinder et al., 1996].

A jelenlegi alakfelismerő algoritmusokat tematikus információ kivonásaként, térbeli osztályozásként vagy geometriai alakfelismerésként, illetve ezek kombinációjaként írhatjuk le.

A hagyományos multispektrális osztályozási eljárások igen sikeresek nagy területi kiterjedéssel rendelkező felszínrészek (pl. erdők, mezőgazdasági táblák, vízfelszínek stb.) interpretálásában. A topográfiai térképek azonban nem csak ezeket a felszínrészeket ábrázolják, hanem jelentős számban kis térbeli kiterjedésű objektumokat (pl. épületek, néhány m széles utak, vasútvonalak stb.) valamint a legbonyolultabb térbeli struktúrával rendelkező településeket is.

A kis méretű vagy hosszan elnyúló, de keskeny objektumok felismerésének akadálya a rendelkezésre álló űrfelvételek geometriai felbontásának elégtelensége. Az ilyan bonyolult struktúrával rendelkező objektumok felismerésének és helyes interpretációjának akadályait abban lehet összefoglalni, hogy a multispektrális osztályozási módszerek az egyes képpontok spektrális tulajdonságát használják fel, de egyáltalán nem veszik figyelembe az objektum leíró, pl. méret-, alak-, struktúra- stb. információit [Vohra et al.,1996].

Az alakfelismerési algoritmusok jelentős része a térképészeti alkalmazás területén az épületek és az utak automatikus kiválasztására szolgál.

13.1. Alakfelismerési módszerek a térképészeti alkalmazásban

Az alakfelismerés folyamata két lépésben történik, először azonosítani kell az objektumokat (interpretálással, értelmezéssel és osztályozással), majd végig kell követni az objektumokat a koordináták rögzítésének (kimérésének) módszerével. A geometriai elemek (pont, vonal, poligon) általában egy többparaméteres egyenlet segítségével definiáltak. Az alakfelismerő algoritmus keresi az adatmezőben azokat a ponthalmazokat, amelyek a meghatározott geometriai elemekre esnek vagy azok közelében találhatók. Másszóval, az alakfelismerő algoritmus az alacsony illeszkedési ráfordítással rendelkező adathalmazokat keresi.

A képeken az élek hordozzák a legtöbb információt, melyek viszonylag erősen hatnak a kép kontraszt- és radiometriai értékeire is. Ennek megfelelően az élkiemelés igen fontos momentum a képfeldolgozásban, az alakfelismerésben. Az élkiemelés különböző a képfeldolgozó szoftverek állandó beépített moduljait tartalmazó algoritmusok alkalmazásával végezhető el. Nincs azonban megoldva az azonosítás, mert jelenleg nem létezik olyan univerzális algoritmus, amely az élek kiemelésre és azonosítására egyaránt alkalmas lenne.

Elég nagy figyelem fordul a félig-automatikus vagy automatikus nyomvonal követés megoldása felé. A létező eljárások az utak nyomvonalának űrfelvételekből történő azonosítását tűzik ki célul. A jelenlegi legtöbb fejlesztés ebben az irányban a generic útmodellt alkalmazzák, melyben a fotometriai és geometriai tulajdonságokat veszik figyelembe bizonyos feltételeket támasztó funkciók alkalmazásával.

Megállapítható, hogy a jelenlegi élkiemelő technikák fekete-fehér kisméretarányú légifényképeket vagy egysávos űrfelvételeket vettek célba, és nem foglalkoznak a multispektrális felvételek spektrális adottságaival. Többen egy ismeret alapú (Knowledge-based System) rendszer létrehozását javasolták az utak automatikus alakfelismeréséhez. Az objektumra vonatkozó ismeret alatt az objektum (út vagy vasút) térbeli jellemvonásait értjük. Bár az olyan vonalas elemek, mint az út vagy a vasút interpretálásánál a spektrális tulajdonságoknak is fontos szerepe van, gyakran előfordul, hogy a környezet hasonló spektrális adottságai kedvezőtlen irányba befolyásolják az objektumos automatikus felismerhetőségének folyamatát.

Az épületek felismerése a másik fontos területe a térképészeti alkalmazásoknak [Yung, 1999]. Ez a folyamat feltételezi az épületek struktúrájának ismeretét, az élkiemelés alkalmazását, az árnyékos területek vizsgálatát és lehetőleg sztereo-kiértékelés alkalmazását, de egyik eljárás sem biztosítja tökéletesen az épületek ábrázolását minden képen. Ebben a folyamatban nem csak az épületek geometriájáról kell adatokkal rendelkeznünk, a spektrális tulajdonságokat is be kell vonni az azonosítási folyamatba.

Mindenesetre az irodalmi adatok csak a szükséges adatnyerési folyamat egy-egy részére vonatkoznak. A multispektrális képek gazdagabb adatforrások az épületek azonosítása szempontjából is, de komoly fejlesztések szükségesek a sikeres technológia kidolgozásához. Jelenleg a multispektrális képek alkalmazása a távérzékelésben kifejlesztett osztályozási eljárásokban merül ki.

14. Az információkivonás szintjei a távérzékelésben

Az űrfelvételekből történő információkivonás módszerei rendkívül változatosak: a nyers adatokat használó manuális képinterpretációtól az ortokorrigált képeken történő interpretáción keresztül a különböző képjavító eljárásokkal előállított képek különböző módszerű osztályozásáig tart. Az információkivonás a távérzékelésben a spektrális sávok optimális kiválasztását jelenti, amely legalkalmasabb a spektrális adatok értelmezése szempontjából. Az alakfelismerés a távérzékelésben nem a legfontosabb feladat, mivel az eddigi űrfelvételek felbontása nem tette lehetővé a térképezésben előírt pontosságok biztosítását. A távérzékelésben a tematikus azonosíthatóság és hűség az elsőrendű szempont. A nagy és szuper nagyfelbontású űrfelvételek megjelenésével azonban a térképészeti alkalmazás által megkövetelt pontosság már megközelíthető, ezért az objektumok felismerésének egyre nő a jelentősége.

Az ún. mesterséges neurális háló technikát a távérzékelésben az alakfelismerésben több adatforrás és multispektrális adatok felhasználásakor alkalmazzák.

Az űrfelvételekből az információkivonás történhet közvetlenül vagy közvetve, következtetés (levezetés) útján. A közvetlenül kivonható felszíni információ igen korlátozott: a topográfiára, az albedóra és a hőmérsékletre korlátozódik. A közvetett levezetéssel egy sor információhoz juthatunk az űrfelvételekből, azonban a atmoszferikus zavaró hatások szükséges kiszűrése nélküli információkivonás jelenleg elméleti matematikai modell alkalmazásával nem megoldott. A tapasztalati vagy félig tapasztalati információkivonási elméletek (az ismeretalapú interpretálás, a hagyományos statisztikai módszerek és az újonnan kidolgozott neurális háló technika) maradtak a legjobban használható megoldások.

15. A magyar topográfiai térképezés történetének áttekintése

15.1. A topográfiai térképek meghatározása

Topográfiai térképeken általánosan 1:10 0001:200 000 méretarányú felmérési és tervezési térképeket értünk. A térképek ezen csoportját általános térképeknek is nevezik, kifejezve azt a jellemzőjüket, hogy a tereptárgyakról, a terepelemekről, valamint az ábrázolt területhez kapcsolódó egyéb jellemzőkről a méretarány megszabta korlátok között a legszélesebb tájékoztatást nyújtják. Vízszintes és magassági értelemben részletes adatokat tartalmaznak, azaz a terepet térbeli összefüggéseiben jelenítik meg.

15.2. Katonai topográfiai térképészet

A katonai topográfiai térképészet története 80 évvel ezelőtt kezdődött.

1922-ben a monarchia utódállamai megkapták a területükre eső 1:200 000-nél nagyobb méretarányú térképek anyagait. Magyarország megkapta a III. katonai felmérés (1869 1885) során készült térképeket. Az így megkapott alapanyag 4050 évvel ezelőtti állapotot tükrözött. Ahhoz, hogy használható térképművet hozzanak létre, felújításra volt szükség. Ennek megfelelően elkezdték a meglévő legnagyobb méretarányú (1:25 000) felvételi térképek felújítását. A felújítást helyszíni bejárással, minden hozzáférhető hiteles adat (kataszteri felmérés adatai, újabb keletű háromszögelés, szintezési adatok stb.) valamint légifényképek felhasználásával végezték. Az idő múlásával bebizonyosodott, hogy a III. katonai felmérés 1:25 000 méretarányú térképeinek felújítása a meglévő egyéb adatok segítségével nem hozza meg az elvárható mértékű pontossági javulást. Az igények kielégítésére két út kínálkozott. Egyfelől megkezdték az 1:25 000 méretarányú ún. újfelvétel készítését a fototérképezési módszerek mind erőteljesebb alkalmazásával, másfelől az 1:75 000 méretarányú térkép helyszíni bejárással és irodai helyesbítéssel történő felújítását, hogy kielégíthessék a térképek iránti pillanatnyi igényeket.

Az 1927-ben megkezdett újfelvételt a fotogrammetriai eljárások egyre bővülő alkalmazása jellemezte. Az újfelvétel az országos háromszögelésre, az országos szintezési hálózat alappontjaira és az V. rendű háromszögelési pontokra valamint az országos magassági hálózat fejlesztésére IIIIV. rendű szintezéssel és trigonometriai magasságméréssel meghatározott pontokra támaszkodott. Az új topográfiai felmérés során 1927 és 1938 között 13 000 km² területet mértek fel kiváló minőségben.

A háború kiterjedésével a német hadvezetés igényeihez igazodva el kellett készíteni az országos egységes, 1:50 000 méretarányú térképsorozatot. Ez a térképművet az előző években felújított térképszelvények tartalmát megfelelőnek elfogadva készítették el. Az elkészült 1:25 000-es térképeket lekicsinyítették, az 1:75 000-es térképeket pedig felnagyítva vonták be az új térképsorozat előállításába. Végül 1944 nyarára elkészült a 244 1:50 000 méretarányú térképszelvény.

A háború után a térképezés területén egészen új szempontok kerültek előtérbe. A Szovjetunióval létrejött együttműködés a térképek vetületének, szelvényezésének és tartalmának átalakítását követelte meg.

Az ötvenes évek elejének legfőbb törekvése az volt, hogy az 1:25 000 méretarányú térképfelújítás meginduljon és eredményesen folytatódjék. A térképfelújítás (hagyományos nevén gyorshelyesbítés) alapjául a rendelkezésre álló régi felmérési szelvényekből és gépnyomatokból az új szelvényezésnek megfelelően összeállított montázsok szolgáltak. Ahol ezek az alapanyagok nem álltak rendelkezésre, ott transzformált légifényképekből, ill. műszeres kiértékelésekből állították elő a térképfelújításhoz szükséges alapot. Ez a térkép-helyesbítési periódus terepi munkálatai 1952 novemberére befejeződtek. A térképek GaussKrüger vetületi rendszerben, nemzetközi szelvényezésben és szovjet jelkulcs alkalmazásával készültek.

A nagyon gyorsan elkészült 1:25 000-es sorozat (amelyből 1:50 000, 1:100 000 és 1:200 000 méretarányú levezetett térképsorozatok is készültek) minősége nem felelt meg a kor követelményeinek. Ezért 1952-ben a katonai térképészet vezetői új felmérésre tettek javaslatot. Az új felvétel előkészítő munkálatai 1952-ben elkezdődtek, a tényleges felmérés 1953-ban indult. A részeltes felmérés műszaki alapját légifelvételekből készült fototérképek, sztereomérési szelvények és alappontok együttesen alkották. Az ország teljes területére az új 1:25 000 méretarányú térkép terepi munkálatai 1959-ben fejeződtek be.

Ez volt az első olyan térképmű, amely az ország teljes területét felölelve egységes elvek és előírások alapján fototopográfiai módszerekkel készült el, összesen 1167 szelvényen.

Az elkészült 1.25 000 méretarányú térképek szolgáltak alapul a későbbi Egységes Országos Térképrendszerbe átszerkesztett és kiadott 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú térképeknek is.

Az ugyancsak 1952-ben kezdődött 1:10 000 méretarányú állami felmérési munkába is bekapcsolódtak a katonai térképészek és 975 szelvény felmérésével vették ki a részüket az 1980-ban befejeződött munkából.

1964-ben az 1:25 000 méretarányú térképekből levezetett 1:50 000 méretarányú térképek helyesbítésére került sor az újonnan bevezetett jelkulcs felhasználásával. Az 1967-ig tartó munkát a légifényképek teljes körű használata jellemezte.

1968 és 1982 között került sor a folyamatosan készülő 1:10 000 méretarányú térképekből levezetett új 1:25 000 méretarányú térképek elkészítésére. A felújítás jelentős részét irodai munkával el lehetett végezni és csak kisebb hányadát (mintegy 1/3-át) végezték terepen. Az új technológia fontos tényezője volt a fotogrammetriai módszerek és eszközök széles körű alkalmazása [Papp, 1985]. A légiháromszögelés alkalmazásával radikálisan csökkent a terepi illesztőpontmérésekre fordítandó idő. A pontos műszeres kiértékelés alapján ténylegesen meg lehetett valósítani azt az alapelvet, hogy a topográfus feladata a síkrajzi vonalak minősítése és nem a bemérése, valamint a domborzatrajz ellenőrzése, esetleg kiegészítése [Buga, 1999].

15.3. Polgári topográfiai térképezés

1950-ig csak a katonai 1:25 000-es és ennél kisebb méretarányú topográfia térképek voltak használatban, de hamarosan felmerült nagyobb méretarányú, pontosabb és részletesebb topográfiai térkép létrehozásának az igénye. Az igények elsősorban a különböző tervezési és kutatási területeken jelentkeztek.

Mivel a fenti igények kizárólag polgári felhasználási területekről származtak, nyilvánvalónak tűnt, hogy az új térképrendszer létrehozása polgári felmérő és térképező szervek feladata kell hogy legyen.

1950-ben a földmérési feladatok ellátására létrehozták az Országos Földméréstani Intézetet valamint a megyei földmérési igazgatásokat (31(1950./I.22.) MT sz. rendelet).

1951-ben a 263/12/1951. sz. határozat értelmében Földmérési Irodát szerveztek, melynek feladata többek között az 1:5 000 méretarányú állami topográfiai térképek készítése. A határozatnak megfelelően 1952-ben a Földmérési Iroda megkezdte az 1:5 000 méretarányú topográfiai térképek létrehozásának előkészítő munkálatait.

A feladat polgári vonatkozásban teljesen újszerű volt, ennek megfelelően a munka elvégzésének sem személyi sem technikai feltételei nem álltak rendelkezésre. A katonai topográfusok által vezetett tanfolyamokon szerzett alapvető ismeretek birtokában kezdték meg 1952-ben Mezőkövesd térségében az első 1:5 000-es méretarányú felmérést.

A térképezés alapja a meglévő kataszteri térképek kicsinyített másolatai voltak, ami meghatározta az alkalmazott szelvényezést ill. a térképvetületet. Még ebben az évben a Földméréstani Intézet helyett az újonnan létrehozott Állami Földmérési és Térképészeti Hivatal vette át a topográfiai felmérések irányítását. 1954-ben hozták létre azokat a vállalatokat, melyek legfontosabb feladata a topográfiai térképezés lett, nevezetesen a Budapesti Geodéziai és Térképészeti Vállalatot (BGTV), a Pécsi Geodéziai és Térképészeti Vállalatot (PGTV) és a Kartográfiai Vállalatot (KV) [Domokos, 1981]..

1954-től kezdve bizonyos változások történtek a topográfiai felmérés menetében. Felhagytak a kataszteri térkép alapként történő felhasználásával, ezzel elvetették az addig használt szelvényezést, valamint a nadapi magassági rendszer helyett áttértek a balti magassági rendszerre.

1955-től alkalmaztak a katonai térképészet által készített és rendelkezésre bocsátott légifényképeket. Hamarosan a légifényképek transzformálását is sikerült megoldani, ezzel kezdetét vette igaz alacsony szinten a fotogrammetriai technológia bevezetése a topográfiai térképezésben [Hegyi, 1981].

1956 fontos állomása a polgári topográfia fejlődésének. Az első fototérkép alapján megkezdődött a sík területek kísérleti felmérése kombinált eljárással, amelyben a síkrajzi adatokat a fototérkép szolgáltatta és csak a domborzat ábrázolásához kellett helyszíni méréseket végezni.

Még ugyanebben az évben a BGTV elkészítette az első sztereokiértékelést is, melynek folyamán mind a síkrajzi, mind a domborzati kiértékelés Zeiss C 5 típusú műszeren történt. A terepbejárás feladata az ellenőrzés és a minősítés volt [Dusnoki, 1981].

Az 1:5 000-es méretarányú térképek készítése olyan lassú ütemben haladt, hogy az egyre sürgetőbb térképhiány megszüntetésére valamilyen megoldást kellett találni. A térképfelhasználók és készítők közötti szakmai egyeztetés eredményeképpen az 1:5 000-es méretarányú térkép helyett 1:10 000-es méretarányú topográfiai térképek készítését kezdték el. A már elkészült 1:5 000 méretarányú térképeket is 1:10 000 méretarányban kartografálták és sokszorosították. Az Állami Földmérési és Térképészeti Hivatal által kiadott utasítás szerint (108/1957.) az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképeket Gauss-Krüger vetületi rendszerben, nemzetközi szelvényezéssel és balti alapszinten kellett készíteni.

1965-ben újabb fordulat következett be a polgári célú topográfiai térképezés történetében. Ettől az évtől a katonai szempontok előtérbe kerülése miatt nem volt alkalmazható a GaussKrüger vetületi rendszer valamint a nemzetközi szelvényezés. Ezért az 1:10 000 méretarányú térképezés sztereografikus vetületben és hazai szelvényezésben folytatódott [Bene, 1981].

Ezzel egyidőben döntés született hazai szelvényezésű polgári célú 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek készítésére és kiadására is a hasonló méretarányú katonai alapanyag felhasználásával.

1966-ban az Állami Földmérési és Térképészeti Hivatal kiadta az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek készítésére vonatkozó komplex utasítást, amely részletesen szabályozta a fototopográfiai térképezés, ill. térképkészítés minden fázisát.

1980-ban az egész ország területére befejeződött az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek elkészítése [Joó et al., 1984].

A felmérés ideje alatt (ami 28 évet vett igénybe) nem volt lehetőség az időközi változások vezetésére, ezért a befejezés időpontjában a térképek nagy részének tartalma elavult, felújításra szorult. 1970-től beszélhetünk a felújítási technológiát megalapozó kísérleti kutatásokról. A kutatási munkák eredményeként 1975-ben kezdetét vette az elavult 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek felújítása az új egységes országos térképrendszerben (EOTR). A teljes EOTR 1:10 000 méretarányú térképrendszer elkészítése napjainkban fejeződött be [Molnár, 1981].

Az EOTR rendszerén belül a komplex felújítás amely az 1:10 000, 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek egymásra épülő folyamatos felújítását jelenti alkalmazását tekintették követendőnek. A szűkös anyagi források miatt azonban a fenti komplex felújítási módszer csak kis mértékben valósult meg (lásd fentebb).

Mivel a következetes, a nagyobb méretarányból a kisebb méretarányok felé történő tartalmi levezetés nem valósult meg, az EOTR 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú térképeket a katonai új felmérés (19531959) 1:25 000 méretarányú térképeiből készítették transzformálással, ill. tartalmi egyszerűsítéssel.

A földmérési és térképészeti tevékenységről szóló 1996. évi LVI. sz. törvény megszünteti a párhuzamos (polgári és katonai célú) térképészeti tevékenységet. Ennek megfelelően az 1984-ben indult és 1996-ban befejezett 1:25 000 méretarányú térkép felújítási folyamatának végeredményét képező új térképmű már nem katonai térképműként, hanem állami topográfiai térképként vonul be a magyar topográfiai térképészet történetébe. A felújításban a mai legkorszerűbb fotogrammetriai (ortofotók alkalmazása, légiháromszögelés számítógépes tömbkiegyenlítéssel stb.) módszerek alkalmazására került sor.

A topográfiai térképezés legújabb vívmányainak sorába tartozik a meglévő topográfiai térképek digitalizált (vektorizált) formában történő előállítása és terjesztése, ill. a tervezett Magyar Topográfiai Program keretében a jövőbeni térképek.kötelezően digitális előállítása. A Magyar Topográfiai Program megvalósítása újszerű megoldásával korszakváltást jelent majd a hazai topográfiai térképezésben, amennyiben topográfiai adatmodellen alapuló, digitális ortofoto bázisán létrehozott digitális topográfiai adatbázis képezi az egyes térképi méretarányok megjelenítését szolgáló digitális kartográfiai adatbázisok alapját.

16. A műholdadatokból kinyerhető topográfiai térképi tartalmi elemek

16.1. A vizsgálat során alkalmazott eljárások és adatok

A vizsgálatba bevont topográfiai térképeket (1:10 0001:100 000), műholdadatokat (Landsat TM, SPOT Xi +M, IKONOS) valamint a légifényképet (Nyilvántartási szám: FÖMI 4776) általam létrehozott térinformatikai rendszerben vizsgáltam. A térinformatikai rendszer vetületi alapja az Egységes Országos Vetület (EOV). A vizsgált topográfiai térképek ebben a vetületi rendszerben készültek, a műhold- valamint a légifénykép-adatbázisokat ugyancsak ebbe a vetületi rendszerbe transzformáltam. Így a raszteres adatbázisok (topográfiai szkennelt térkép, műholdkép és légifénykép) egyes elemeinek vektorizálásával kapott vektoros adatokat hasonlítottam össze és az összehasonlításokból vontam le következtetéseket. A vektorizált adatok összehasonlítását az ESRI ArcView térinformatikai program segítségével végeztem.

A dolgozatban megjelenő különböző tartalmi elemeket összehasonlító szemléltető térképrészleteket a jobb vizsgálhatóság érdekében általában az eredetinél nagyobb méretarányban jelenítettem meg.

A dolgozatban bemutatott műholdadatok két területre vonatkoznak.

a) 44 SÁRBOGÁRD 1:100 000 EOTR

Az erre a szelvényre eső műholdképek sorozata bemutatásának a célja az, hogy az 530 m közötti geometriai felbontással rendelkező optikai képalkotással készült jelenleg beszerezhető adatok felhasználhatóságáról adjon áttekintést. A vizsgálatba bevont műholdadatok és légifénykép áttekintő rajzát a 3. ábra, a topográfiai térképek áttekintő rajzát a 4. ábra szemlélteti.

Azért esett erre a területre a választásom, mert ennek a szelvénynek a területére állnak rendelkezésre az alábbi bemutatandó adatok:

Műholdkép típusa	Azonosító	Felvételi dátum	Geometriai felbontás (m)
Landsat 5 TM	188-27	1990.július 23.	30
Landsat 7 ETM	188-27	1999.szeptember 10.	15 és 30
SPOT 4 Xi + M	74-255	1998. augusztus 7.	10
IRS-1D PAN	34/35	1999. május 10.	5,8

Bár geometriai felbontásuk alapján az itt felsorolt műholdadatok elvileg alkalmasak lennének egy-egy topográfiai síkrajzi elem kiválasztására, mégis, az így kapható eredményt a SPOT 4 adatok kivételével általában nem tartom alkalmasnak a topográfiai térképek készítésében való felhasználásra.

Meg kell említeni, hogy az 1:100 000 méretarányú CORINE felszínborítási térképet (vektoros adatbázist) a Landsat 5 TM műholdfelvételek alapján hozták létre (5. ábra). A CORINE felszínborítási térkép bár speciális összeurópai jelkulcsot alkalmaz [Büttner, 1997] nagyon hasonlatos a topográfiai térképeken alkalmazott növényhatárok és talajféleségek kategóriákhoz, éppen ezért az 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek növényhatárok és talajféleségek tartalmi elemeinek felújításában a SPOT 4 adatbázisok kiegészítőjeként haszonnal alkalmazhatók.

Ugyanez mondható el a megnövekedett felbontású Landsat 7 ETM (6. ábra) valamint Landsat 7 PAN adatokról (7. ábra) is.

Az IRS PAN adatok (8. ábra) geometriai felbontása igen nagy (5,8 m), azonban az adatok spektrális dinamikáját nem találtam elegendőnek a térképi használat szempontjából.

b) 53-213 PORVA 1 :10 000 és 53 VESZPRÉM 1:100 000 EOTR

Ennek a másik területnek a kiválasztását az tette indokolttá, hogy erre sikerült beszerezni a jelenleg egyedülálló szuper nagyfelbontású IKONOS adatokat. Itt a SPOT 4 adatokat, az IKONOS adatokat és egy légifénykép adatait vetem össze az 1:10 000 méretarányú és 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek néhány tartalmi elemével.

Műholdkép típusa	Azonosító	Felvételi dátum	Geometriai felbontás (m)
Landsat TM (9. ábra)	189-27	1991. október 5.	30
SPOT 4 Xi + M (10. ábra)	73-255	1998. augusztus 18.	10
IKONOS (11. ábra)	-	2000. augusztus 13.	1
Légifénykép (PAN, 12. ábra)	FÖMI 4776	1979. május 30.	-

16.2. Geometriai korrekció (transzformálás)

A raszteres adatbázisok (műholdadatok, légifényképek) geometriai korrekcióját általában ún. polinomiális eljárással végezzük. Az eljárás lényege, hogy a felvételeken ill. a térképen (melynek vetületébe a felvételt transzformálni szeretnénk) jól azonosítható ún. illesztőpontok (GCP) felhasználásával leképezett polinomot határozunk meg a térkép és a transzformálandó adatbázis között [Büttner et al., 1998].

A geometriai korrekció folyamán nem vesszük figyelembe a domborzat torzító hatását, csupán síkrajzi elemek pontjaira transzformálunk (ilyen eljárással történt az IKONOS adatbázis és a légifénykép geometriai korrekciója), ezért nem érhető el maximális geometriai pontosság.

Digitális magassági modell (DEM) alkalmazása esetén (a SPOT 4 adatbázis geometriai korrekciójánál alkalmazták) biztosítható a maximális, az adott geometriai felbontásra elérhető geometriai pontosság.

Az utóbbi időben megjelentek a képalkotás matematikai modellezése alapján működő paraméteres geokódolási eljárást lehetővé tevő programmodulok [Büttner et al., 1998]. A dolgozatban vizsgált SPOT 4 adatbázis geometriai korrekcióját ezzel a modullal (RSG = Remote Sensing Graz) végezték el.

16.3. SPOT 4 Xi + M adatbázis

A SPOT 4 Xi + M adatbázist a Földmérési és Távérzékelési Intézet (FÖMI) az FVM megbízásából az EU-csatlakozással kapcsolatos földügyi és térképészeti feladatok megvalósítására többek között a CORINE 1:50 000 méretarányú felszínborítási térkép elkészítésére szerezte be az egész ország területére. A műholdképek 19981999 folyamán készültek 20 m-es geometriai felbontással multispektrális módban (Xi), illetve 10 m-es geometriai felbontással pankromatikus módban (M).

A két különböző módban rögzített adatbázis illesztése (merge) paraméteres geometriai korrekció segítségével történt [Büttner et al., 1999]. Az illesztés célja, hogy a kisebb részletességű multispektrális adatbázis színinformációját és a pankromatikus sáv részletesebb geometriáját egy adatbázisban egyesítsük.

Az elvégzett geometriai korrekció az illesztési pontokban 6,77 m-es középhibával (RMS), a tesztpontokban 9,25 középhibával (RMS) történt, vagyis a transzformációban részt nem vett ellenőrző pontok helyzeti középhibája a pixel-méretet (10 m) nem haladja meg [Büttner et al., 1998].

16.4. IKONOS-adatbázis

Az IKONOS GEO pankromatikus adatbázist a FÖMI szerezte be a szuper nagyfelbontású távérzékelési adatok térképészeti alkalmazásának vizsgálatához. Az adatokat az adatterjesztő UTM vetületi rendszerben szolgáltatja. A jelenleg egyetlenként működő polgári célú szuper nagyfelbontású műholdadatokat szolgáltató (Space Imaging Europe S.A.) gyengébb minőségű felvételek elfogadására is rákényszeríti a felhasználókat. Ezért történhetett meg, hogy a vásárolt felvétel 20 %-os felhőfedettséggel (és felhőárnyékkal) megfelelő minőségűnek tekintendő még akkor is, ha jelentősen akadályozza a célként kitűzött felhasználási tematika megvalósítását. A beszerzett felvétel Zircet és környékét ábrázolja, mintegy 230 km² kiterjedésben. A területen található települések közül mindössze egy (Porva) teljesen felhőmentes, ennek megfelelően a feldolgozás és az elemzés a Porva 1:10 000 méretarányú EOTR topográfiai térképek szelvényre esett. Az 53-213 PORVA szelvény azonban nem felhőmentes (11 ábra), mely körülmény jelentősen megnehezítette a geometriai korrekciót és a tematikus feldolgozást is.

A geometriai korrekciót polinomiális (elsőfokú) eljárással végeztem az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképről beazonosított illesztőpontok (GCP) alapján. Az IKONOS adatbázis transzformálásában a maximális (pixelméreten belüli) pontosság elérését a következő körülmények akadályozták:

ˇ a felhő és felhőárnyék alatt nem vehetők fel illesztőpontok;

ˇ a szelvény Ny-i, igen jelentős részét összefüggő erdőség borítja, melyben igen kevés illesztőpont felvételére volt lehetőség, ennek következtében a szelvényen az illesztőpontok eloszlása nem volt egyenletes;

ˇ az illesztőpontok egymáshoz viszonyított helyzetének elemzése eredményeként vált világossá, hogy a transzformláshoz alapul vett 1:10 0000 méretarányú topográfiai térképen azonosított pontok nem mindegyike éri el a megkívánt pontosságot.

A felsorolt hiányosságok figyelembevételével elvégzett geometriai korrekció középhibája 2,79 m (RMS), amely messze elmarad a kívánatos 1 m körüli értéktől.

Ez a körülmény felveti pontosabb térképek (nagyobb méretarányú, pl. földmérési alaptérkép) bevonásának szükségességét, melyre azonban időhiány miatt ( az IKONOS adatok késői beérkezése folytán) ebben a dolgozatban nem volt lehetőségem.

16.5. Pankromatikus légifénykép

A terepbejárásnál használt pankromatikus légifénykép (nyilvántartási száma: FÖMI 4776) az 53-213 PORVA 1:10 000 méretarányú topográfiai térkép felújításával egy időben, 1979. május 30-án készült. A légifényképezés célja az volt, hogy az 1957-ben elkezdett polgári célú felmérés anyagából az EOTR-rendszerben felújítandó topográfiai térkép tartalmi revízióját elvégezzék. A légifényképet az előzőben leírtak szerint szintén integráltam a létrehozott térinformatikai rendszerbe, hogy vizsgálni tudjam a légifénykép, a topográfiai térkép és az IKONOS-adatbázis közötti geometriai és tartalmi összefüggéseket. A transzformálás pontossága azonos az IKONOS adatbázis transzformálásánál elmondottakkal.

16.6. A topográfiai térképek tartalmának elemzése

A műholdadatok térképészeti célú alkalmazásának vizsgálati célja abban foglalható össze, hogy milyen méretarányú térkép létrehozására vagy felújítására használhatók vagy vonhatók be mint segédanyagok a hagyományosan alkalmazott (pl. légifényképek) adatforrások helyett vagy mellett.

Ennek a bonyolult kérdésnek a megválaszolására érdemes végignézni a topográfiai térképeken megjelenő fő tartalmi elemcsoportokat:

A térképi ábrázolás fő elemei: [T.1. Szabályzat, 1976]

ˇ geodéziai hálózatok és alappontok,

ˇ síkrajzi elemek,

ˇ domborzatrajz,

ˇ névrajz és egyéb megírások.

Ezen elemek közül dolgozatom tárgya a síkrajzi elemek ábrázolhatóságának vizsgálata a műholdadatok alapján. A domborzat sztereo kiértékelésre eddig a meglévő adatok alapján nem volt lehetőség.

Legfontosabb síkrajzi elemek:

ˇ épületek, építmények,

ˇ vasútvonal,

ˇ műutak és talajutak

ˇ hírközlő vonalak,

ˇ határok,

ˇ kerítések,

ˇ növényzet és talajnemek,

ˇ hidak, átkelőhelyek és gázlók

Az elemzésekben összehasonlító vizsgálatokat folytattam az épületekre (1:10 000 ma.: 53-213 PORVA és 1:100 000 ma.: 53 VESZPRÉM), műutakra és talajutakra (1:10 000 ma.: 53-213 PORVA), növényzeti határokra (1:100 000 ma.: 53 VESZPRÉM).

16.7. SPOT 4 Xi + M adatbázis interpretálása alapján levonható következtetések

A rendelkezésre álló SPOT 4 73-255 azonosító számú műholdkép 1998. augusztus 18-án, lombos időszakban készült. A nyári időszakban készített műholdképek a legalkalmasabbak a felszínborítási foltok így a művelési ágak vagy a növényhatárok interpretálására. Az interpretálást hamis színes képen végeztem, melyben jelentős információhordozó a B4 spektrális sáv (1,58 1,73 mm).

16.8. Növényhatárok és talajféleségek

Az 1:100 000 méretarányú EOTR topográfiai térképen ábrázolandó növényzet és talajnemek (szántó, ipari növények, gyümölcsös, szőlő, füves terület, fasor, erdő, ritka erdő, bozót, vízinövények, mocsaras terület, növényzet nélküli homokos terület) a műholdképen megjelenő különböző felszínrészekre jellemző spektrális visszaverődési értékek (színek, textúra) alapján azonosíthatók.

Igen nagy biztonsággal elválaszthatók a különböző spektrális tulajdonságú területek, de minősítésük sok esetben teljes bizonyossággal csak a terepen végezhető el (ez nem különbözik a légifényképek terepi minősítésétől).

Az 1:100 000 méretarányú EOTR 53 VESZPRÉM szelvény 1982-ben készült a MN Térképészeti Intézet 1979-ben tervezett 1:25 000 méretarányú térképeinek a felhasználásával. Az eredeti alapanyag GaussKrüger-vetületű volt. Ebből hozták létre a generalizált tartalmú EOV-vetületű térképszelvényeket hagyományos transzformálással (az új vetületi hálózat és alapppontok felvételével). A szerkesztés részleteiről, a betartandó pontossági követelményekről adatok hiányában nem tudtam információt gyűjteni.

A nagyon jó pontossági tulajdonságokkal rendelkező SPOT 4 adatbázis interpretálása és az 1:100 000 méretarányú szelvény tartalmával való összehasonlító vizsgálat (13. ábra) eredményei a következőkben foglalhatók össze:

ˇ a 20 évvel ezelőtti (1979) tartalom jelentősen megváltozott, felújításra szorul,

ˇ az ellenőrízhetetlen pontossági követelmények alapján készült 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép a növényzethatárok vonatkozásában jelentős térbeli eltérést mutat a műholdkép alapján létrehozott vektoros adatbázistól.

Ilyen bonyolult vonalvezetésű határvonalak esetén a térkép esetleges hibás transzformálásából eredő elcsúszás nem különböztethető meg a hibás kartografálás (rajzolás) következtében kialakuló hibáktól, ill. nem állapíthatók meg a generalizálás esetleges szubjektivitásából eredő hibák.

Ebben az esetben azt a következtetést célszerű levonni, hogy a SPOT 4 az egész országra rendelkezésre álló adatbázisa felhasználható (egyéb, nagyobb részletességű forrásokkal együtt) az 1:100 000 méretarányú szelvények felújításához.

16.9. Épületek és építmények

Az 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép a települések különálló házait összevonva, a település jellegzetes beépítési képét megtartva, háztömbökként ábrázolja. A térkép ábrázolja az egyedülálló épületeket is, ha azok külterületen vannak.

A 14. ábra az 1:100 000 méretarányú szelvényről vett példával illusztrálja a SPOT 4 adatokon interpretálható háztömbök és a topográfiai térképen ábrázolt háztömbök térbeli viszonyát.

Az elemzésből újra kitűnik, hogy az eltelt 20 év alatt megváltoztak általában megnőttek a településeink által elfoglalt területek. Az is kitűnik, hogy a műholdképen nagyon jó biztonsággal azonosítható épülettömbhatárok nem egyeznek a térképen ábrázoltakkal. A számos ponton elvégzett mérés alapján azt a következtetést lehet levonni, hogy az épülettömbök jellegzetes pontjainak eltérése gyakran meghaladja a 100 m-t, ami a térkép méretarányában 1 mm-nek felel meg.

Itt újra utalnék az 1:100 000 méretarányú EOTR topográfiai térképek előző fejezetben leírt szerkesztési folyamatára, amely nagy valószínűséggel nem tudta biztosítani az elvárható pontosságot.

A településen kívüli épületek, építmények azonosíthatósága a műholdképen a növényzet (elsősorban az erdő) fedettségétől és a környezet kontrasztosságától függ. A vizsgált területen az erdős részeken az épületek nehezen vagy egyáltalán nem azonosíthatók.

Amennyiben az 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek felújításához a települések vonatkozásában szükséges esetben ajánlható a vizsgált műholdfelvétel.

16.10. Az IKONOS- és a légifénykép-adatbázis összehasonlítása és a levonható következtetések

Az 1999 szeptemberében pályára állított IKONOS (Space Imaging Inc.) műhold az első azok sorában, amelyet nagyméretarányú térképezési céllal is üzemeltetnek, pankromatikus üzemmódban 1 m-es, multispektrális üzemmódban 4 m-es geometriai felbontást biztosítva.

Ebben a dolgozatban először kerülhetett sor Magyarország területén olyan pankromatikus adatok vizsgálatára, melyek az adatokat terjesztők (talán túlzó) véleménye szerint az 1:2 400 méretarányig alkalmazhatók.

Az adatok ez év szeptemberében érkeztek be az országba, az eltelt rövid idő alatt nem sikerült minden lehetőséget kihasználva kimutatni az adatbázis maximális használhatóságának a fokát.

Ilyen körülmények között is sikerült egy sor olyan vizsgálatot végeznem, amely kiderítheti, hogy az 1:10 000 méretarányú EOTR topográfiai térképek vagy a Magyar Topográfiai Program [Mihály, 2000] keretében később beinduló digitális térképezés [Szabvány, 1999] fel tudja-e használni a légifényképek helyett vagy azok kiegészítéseként az IKONOS-műhold által szolgáltatott adatokat.

A vizsgálat a síkrajzi elemek közül az épületekre, építményekre, a műutakra és talajutakra valamint a vízfolyásokra terjedt ki (az 53-213 PORVA szelvényen nincs vasútvonal, ezért a annak vizsgálatától el kellett tekintenem).

16.11. Épületek, építmények

A geometriai korrekciót leíró fejezetben jeleztem, hogy az 1:10 000 méretarányú topográfiai térkép tartalmi elemei geometriai pontosságának vizsgálata megkívánta volna egy részletesebb és pontosabb térkép (pl. 1:4 000 méretarányú földmérési alaptérkép) bevonását.

Ez nem történt meg, a geometriai korrekció az 1:10 000 méretarányú EOTR térképszelvény alapján történt.

Az 53-213 PORVA 1:10 000 méretarányú térképszelvény EOTR-be történő átdolgozása és egyben tartalmi felújítása 1980-ban történt. Az új térkép az 1965-ig GaussKrüger-vetületben, majd 1965-től sztereografikus vetületben és hazai szelvényezésben készült felmérések adataira épül.

Az új vetületi rendszerben alumíniumbetétes alapra felszerkesztett alappontok és az EOV rendszer km-hálózata alapján montírozták össze a sztereografikus vetületű térképeket. A térképfelújítás folyamatában jelentkező minden egyes tartalmi elemre, ill. munkafázisra vonatkozó pontossági előírásokat a T.1. szabályzat tartalmazza.

A felújításkor térképezendő változások átvezetésére valamint a terepi minősítés elvégzéséra a felújítással egyidejűleg 1:18 000 méretarányú légifényképezést végeztek. A vizsgálatba bevont, Porva belterületét ábrázoló pankromatikus légifénykép készítési dátuma 1979. május 30., tehát a légifénykép lombos időszakban készült, szabatos térképezésre nem alkalmas.

Dolgozatomban a Porva belterületét ábrázoló légifényképet a fentebb leírt módszerrel integráltam a térinformatikai rendszerbe abból a célból, hogy a különböző adatrendszerek (topográfiai térkép, IKONOS adatbázis, légifénykép) közötti geometriai és tartalmi eltéréseket figyelemmel lehessen kísérni.

Elemző vizsgálatot folytattam az épületek vonatkozásában, mivel mindhárom adatbázisban (topográfiai térkép, IKONOS, légifénykép) egyértelműen megfeleltethető pontok (elsősorban épületsarkok) bőven rendelkezésre állnak. A 15. ábra az 1:10 000 méretarányú topográfiai térkép valamint a légifényképen ábrázolt épületek térbeli elhelyezkedésében fellehető eltéréseket mutatja (a két adatbázis egyidejűnek tekinthető). A két adatbázis között jelentős (átlagosan 68 m-es) rendszeres eltérés figyelhető meg. Ugyanez a rendszeres eltérés figyelhető meg az 1:10 000 méretarányú topográfiai térkép és az IKONOS-ról vektorizált adatbázisok között is (16. ábra). Viszonylag jól illeszkednek az épületek alaprajzai az IKONOS és a légifénykép adatbázisán (17.ábra).

A három adatbázis viszonyát mutatja be a 18. ábra.

Az elemzés eredményeképpen a következő megállapítások tehetők:

ˇ az IKONOS-műholdkép transzformációjának pontossága a település belterületére (itt regisztráltam az illesztőpontok 80%-át) lényegesen magasabb, mint az egész szelvényre vonatkoztatva, a transzformálás középhibája 1,5 m, megközelíti a pixel-méretet,

ˇ a légifénykép transzformációjának pontossága hasonló az IKONOS-adatbázisra vonatkozó értékhez,

ˇ a jó tartalmi illeszkedés a két adatbázis között valamint a harmadik adatbázis (topográfiai térkép) tartalmi elemeinek jelentős eltérése arra mutat, hogy a topográfiai térkép felújításakor alkalmazott transzformációs eljárás nem tudta biztosítani a T.1. szabályzatban előírt pontossági követelményeket.

16.12. Az IKONOS-műholdkép interpretálhatósága

Az IKONOS-kép 2000. augusztus 13-án készült, lombos időszakban, topográfiai térképkészítés szempontjából nem ideális körülmények között. Különböző képjavító (radiometriai szűrések) eljárások segítségével (ERDAS Imagine programmal) sem sikerült lényegesen megjavítani a kép kontrasztosságát, ami segíthette volna a kép használhatóságát a tartalmi elemek térképezésében. Ennek ellenére minden kisegítő adat nélkül nagy interpretációs tapasztalattal az épületek 80 %-a azonosítható és kontúrvonala megrajzolható volt. Az azonosításban a legtöbb bizonytalanságot a gazdasági épületek jelentik (a légifényképen is), mivel ezek általában a lakóépületekhez csatlakozó alacsonyabb építmények, legtöbbször fák árnyékában helyezkednek el. Méretük mellett a tetők heterogén anyaga is megnehezíti a felismerésüket. Terepi helyszíneléssel és légifénykép segítségével ezen épületek egy része beazonosítható volt, azonban maradéktalan interpretálásról nem beszélhetünk.

Az 1:10 000 méretarányú topográfiai térkép a T.1. Szabályzat szerint minden 70 m²-nél nagyobb alapterületű épületet (szinte minden lakóépület) méret- és alakhelyesen kell ábrázolni. Az ellenőrző adatbázis szerepét betöltő légifénykép tanúsága szerint ez a követelmény nem teljesült a vizsgált térképszelvényen. A térkép a megvalósított településrajzzal az épületek közötti jellegzetes térbeli viszonyt fejezik ki. Ezzel helyes képet közvetítenek a település struktúrájáról, de az egyes épületeket nem ábrázolják megfelelő pontossággal sem térbelileg sem alakilag. Sajnos ezen a hibán az IKONOS sem tud segíteni, mivel nem azonosítható minden épület.

16.13. Utak térképezésének vizsgálata az IKONOS-adatbázisból

Az 53-213 PORVA 1:10 000 méretarányú topográfiai térképszelvényen a közlekedési vonalak közül a műutakat és a portalanított talajutakat vizsgáltam. A 19. ábrán bemutatott részlet a szelvény Ny-i részén erdőben vezető műút nyomvonalát mutatja az IKONOS képen és a topográfiai térképen. A legnagyobb eltérés a két nyomvonal között a Kőris-hegy oldalában, 550 m magasságban mérhető, számszerűen 26 m. Ennek az eltérésnek az értékelésénél figyelembe kell venni, hogy az IKONOS-adatbázis transzformálásánál a sűrű erdőborítottság miatt alig tudtam illesztőpontot definiálni. Tehát a szelvény Ny-i oldalának geometriai korrekciója az illesztőpontok egyenetlen eloszlása miatt kevésbé pontos, mint a szelvény K-i fele. A másik zavaró tényező a digitális magassági modell (DEM) alkalmazásának hiánya, melynek következtében 550 m magasságban komoly síkrajzi torzulás valószínüsíthető.

Az IKONOS-adatokon valamennyi műút interpretálható.

A 20. ábra a szelvény területén található javított talajutak néhány kisebb, erdőben futó szakasztól eltekintve azonosíthatók voltak. Az utak a szelvény középső és K-i részén találhatók. Az illesztőpontok ezen a területen viszonylag egyenletesen oszlanak el, ezért a geometriai korrekció kisebb hibával terhelt. Ennek megfelelően a javított talajút-nyomvonalak között az eltérés nem számottevő.

16.14. Vízfolyások interpretálása az IKONOS-adatbázisból

A területen néhány, a térkép méretarányában nem kifejezhető szélességű vízfolyás található. Ezek a vízfolyások közvetlenül sem az IKONOS-adatbázisban sem a légifényképen nem azonosíthatók. Hozzávetőleges helyük másodlagos jegyek alapján térképezhető (kísérő bokrok, facsoportok), de ez nem elegendő a topográfiai térképek való pontos ábrázoláshoz.

17. A SPOT 4 és az IKONOS-műholdképek térképészeti alkalmazása (összefoglaló)

A megvizsgált két adatbázisról összefoglalóan megállapítható, hogy a jelenlegi topográfiai térképezési folyamatba bizonyos tartalmi elemek felújításához értékes információkat szolgáltathatnak.

A SPOT 4 által lombos időszakban készült felvételek jó hatásfokkal és elegendő pontossággal felhasználhatók az 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek növényzeti határainak közvetlen térképezéséhez. Ez a módszer kiküszöbölné a nagyobb méretarányú térképek generalizálása útján történő térképezést, ami a generalizálás szubjektív elemeitől való megszabadulást jelenthetné. A felvételek méretéből (60x60 km) következően nagy terület térképezése esetén sem szükséges sok kép mozgatása. Ugyancsak alkalmas a beépített területek pontos lehatárolására. Közvetlenül a műholdkép adatbázisból történő interpretálás ebben az esetben is feleslegessé tenné a nagyobb méterarányú térképek generalizálását.

A nyers adat viszonylagosan alacsony beszerzési ára vonzóvá teheti ezt a típusú adatot a térképészeti folyamatokban való felhasználásra.

Az IKONOS pankromatikus műholdkép tartalmi interpretálhatóságának vizsgálata alapján megállapítottam, hogy értékes kiegészítő alapanyag lehet az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek felújításában is, de jelenlegi magas ára nem teszi gazdaságossá használatát. A műhold által a pankromatikus sávval egyidejűleg készített multispektrális adatok bevonása nagy valószínűséggel megsokszorozza az ebben az adattípusban rejlő információkat. A kombinált pankromatikus + multispektrális adat vizsgálatának elvégzése megfelelő adatok beszerzése után a közeljövő feladata lesz.

Felhasznált irodalom

Bene A.: A magyar polgári topográfia történetének áttekintése. Geodézia és Kartográfia 1981/5.

Benjamin S., Gaydos L.: Spatial Resolution Requirements for Automated Cartographic Road Extraction, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 56, No. 1, January 1990, pp. 93-100.

Buga L.: A topográfiai térképkészítés múltja és jelene. Geodézia és Kartográfia, 1999/3.

Bush A.:A Common Framework for the Extraction of Lines and Ages, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3, pp. 88-93., Vienna, 1996.

Büttner Gy., Maucha G., Petrik O.: SPOT-4 űrfelvételek geometriai és radiometriai előfeldolgozása I., Előkészületek és rendszerterv , FÖMI TK KTO, Budapest, 1998.

Büttner Gy., Maucha G., Petrik O.: SPOT-4 űrfelvételek geometriai és radiometriai előfeldolgozása II., Feldolgozási eredmények (23 felvétel), FÖMI TK KTO, Budapest, 1999.

Büttner György: Az űrfelvételek hazai hasznosításának kilátásai az ezredfordulón. Kézirat, 1999.

CORINE Land Cover Hungary, Final Technical Report, Project leader: G. Büttner, FÖMI RSC, Budapest, 1997.

Cress J.J., Deister R.R.P.: Development and Implementation of a Knowladge-Based GIS Geological Engineering Map Production System, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 56, No. 11, November 1990, pp. 1529-1535.

Csató É.: SPOT 4 műholdadatok vizsgálata a topográfiai térképek felújítása szempontjából. Geodézia és Kartográfia, 2000/8.

Csornai G.Dalia O.: Távérzékelés, Kézirat, Erdészeti és Faipari Egyetem Földmérési és Földrendezői Főiskolai Kar, Székesfehérvár, 1991.

Damoiseaux, T.: Production of topographical maps of low- and high-mountain terrain by means of high-resolution In-SAR-data. Proceedings of the 18^th ICA Conference, Montreal, 1999.

Dixon-Gough, R. W.: Remote Sensing: A Tool for Topographic Mapping Past Present and Future. 17^th International Cartographic Conference, 10^th General Assembly of ICA, Proceedings, pp. 1289-1293, Barcelona, 1995.

Domenikiotis C., Lodwick G.D., Wright G.L.: Intelligent Interpretation of SPOT Data for Extraction of a Forest Road Network. ICA Konference, pp. 1023-1032., Barcelona, 1996.

Domokos Gy.: A topográfiai felmérési technológiák kialakulása és fejlődése a Kartográfiai Vállalatnál. Geodézia és Kartográfia 1981/5.

Doyle, F. J.: Thirty Years of Mapping from Space. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXXI, Part B4, pp. 227-230, Vienna, 1996.

Dusnoki S.: A topográfiai térképek jelentősége, felhasználási területei. Geodézia és Kartográfia, 1981/5.

Forlani G., Malinverni E., Nardinocchi C.: Using Perceptual Grouping for Road Recognition. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3, pp. 202-206., Vienna, 1996.

Fritz, L. W.: The Era of Commercial Earth Observation Satellites. Proceedings of MOMS-02 Symposium, pp. 259-267, Köln, 1995.

Fu Suxing, Chen Haiyao, Fu Qiaomei: The Application Research of Auxiliary Parameters in Thematic Mapping of Image, ICA Proceedings, Session 11-D, Ottawa, 1999.

Gautam, N. C.: Satellite Remote Sensing, its Applications and Capabilities to Thematic Cartography, a Case Study. 17^th International Cartographic Conference, 10^th General Assembly of ICA, Proceedings, pp. 71-79, Barcelona, 1995.

Hegyi Gy.: A topográfiai térképezés szervezési és káderproblémái. Geodézia és Kartográfia 1981/5.

Jóo I., Balogh Gy., Kléber G.: Az egységes országos térképrendszer létrehozásának egyes kérdései. Geodézia és Kartográfia, 1984/2.

Konecny, G.: International Developments and Satellite Remote Sensing. Proceedings of MOMS-02 Symposium, pp. 255-257, Köln, 1995.

Magyar Szabvány MSZ 7772-2 Digitális térképezés 2. rész: A digitális topográfiai adatbázis meghatározása. Tervezet 1.9, HUNGIS a magyar térinformatikai alapítvány, Budapest, 1999.

Manual of Remote Sensing. Second Edition Volume I., American Society of Photogrammeters, 1983.

Mihály Sz.: A térinformatikai szabványosítás jelenlegi helyzete Magyarországon. Geodézia és Kartográfia, 2000/9.

Molnár S.: A topográfia jövőbeni feladatai. Geodézia és Kartográfia, 1981/5.

Morrison, J. L.: Changing Borders and Shifting Frontiers: Cartography for the New Millennium. 17^th International Cartographic Conference, 10^th General Assembly of ICA, Proceedings, pp. 1-13, Barcelona, 1995.

Mucsi L: Műholdas távérzékelés és digitális képfeldolgozás I. JATE, Természettudományi Kar, JATEPress, 1995.

Papp L.: Topográfiai térképek felújítási technológiájának jelene és jövője. Geodézia és Kartográfia, 1985/5.

Rosenholm, D: Requirements of High Resolution Satellite Data for Mapping Purposes Based on Experiments from Utilising Existing Optical Satellites. Proceedings of MOMS-02 Symposium, pp. 277-285, Köln, 1995.

Salomonson, V. V.: An Overview of the Evolution of Landsat-4. PECORA VIII Symposium, pp. 32-39., 1984.

Salomonson, V. V H. Mannheimer: An Overview of Evolution of Landsat-4. Pecora VIII Symposium, Satellite Land Remote Sensing Advancements for the Eighties, Sioux Fall, South Dakota, Oct. 4-7, 1983

Schiewe, J., Konecny, G: MOMS Versus SPOT and TM: A Comparison of the Information Content for Topographic Mapping. Proceedings of MOMS-02 Symposium, pp. 309-313, Köln, 1995.

Schiewe, J., Wang, Y., Konecny, G.: MOMS-02 Data for the Generation of Cartographic Databases. Proceedings of MOMS-02 Symposium, pp. 87-94, Köln, 1995.

Schilling K.-J., Vögtle T.: Satellite Image Analysis using Integrated Knowledge Processing. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3, pp. 752-757., Vienna, 1996.

SH atlasz: Űrtan. Szerk.: dr. Almár Iván at al. Springer, Budapest, 1996.

T.1. Szabályzat az 1:10 000 méretarányú földmérési topográfiai térképek felújítására az egységes országos térképrendszerben. MÉM OFTH Földmérési főosztály, Budapest, 1976.

T.3. Az Egységes Országos Térképrendszer 1:10 000, 1:25 000 és 1:100 000 méretarányú topográfiai térképeinek jelkulcsa. MÉM OFTH Földmérési főosztály, Budapest, 1977.

T.4. Útmutató az Egységes Országos Térképrendszer 1:10 000, méretarányú földmérési topográfiai térképek jelkulcsi jeleinek alkalmazására. MÉM OFTH Földmérési főosztály, Budapest, 1984.

Trinder J.C., Li H.: Extraction of Man-Made Features by 3-D Active Contour Models. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3, pp. 874-879., Vienna, 1996.

Vohra V.K., Dowman I.J.: Automatic Extraction of Large Buildings from High Resolution Satellite Images for Registration with Map. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. XXXI, Part B3, pp. 903-908., Vienna, 1996.

Vörös, J.: Tereptan, terepábrázolás, térképhasználat, terepfelmérés. M. Kir. Honvéd Táérképészeti Intézet, Budapest, 1943.

Wright, R.: Topographic Mapping of the Earth from Space: A Case of Unrealised Potential. Proceedings of the 18^th ICA kConference, pp. 88-91., Montreal, 1999.

Yung Zhang: Optimisation of building detection in satellite images by combining multispectral classificataion and texture filtering. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 54 (1999) pp. 50-60.

Ábrajegyzék

1.	Az elektromágnesen hullámok spektruma	8
2.	Reflektancia görbék	10
3.	A vizsgálatba bevont műholdadatok és légifényképek áttekintő rajza	45
4.	A vizsgálatba bevont EOTR topográfiai térképe áttekintő rajza	46
5.	44 SÁRBOGÁRD, Landsat 5 TM 188-27 (1990.július 23.)	47
6.	44 SÁRBOGÁRD, Landsat 7 ETM 188-27 (1999.szeptember 10.)	49
7.	44 SÁRBOGÁRD, Landsat 7 PAN 188-27 (1999. szeptember 10.)	50
8.	44 SÁRBOGÁRD, IRS 1-D PAN (1999.május 10.)	51
9.	53 VESZPRÉM, Landsat 5 TM 189-27 (1991. október 5.)	52
10.	53 VESZPRÉM, SPOT 4 Xi + M (1998. augusztus 18.)	53
11.	53-213 PORVA, IKONOS GEO P (2000. augusztus 13.)	54
12.	53-213 PORVA, IKONOS GEO P (2000. augusztus 13.), légifénykép (1979.május 30.)	55
13.	53 VESZPRÉM (részlet): Művelési ág határok az 1:100 000 ma. topográfiai térképen és a SPOT 4 műholdképen	61
14.	53 VESZPRÉM (részlet): Háztömbök a SPOT 4 műholdképen és az 1:100 000 ma. topográfiai térképen	63
15.	53-213 PORVA (részlet): Épületek elhelyezkedése a légifényképen az 1:10 000 ma. topográfiai térképhez képest	66
16.	53-213 PORVA (részlet): Épületek elhelyezkedése az IKONOS- műholdképen az 1:10 000 ma. topográfiai térképhez képest	67
17.	53-213 PORVA (részlet): Épületek elhelyezkedése az IKONOS- műholdképen és a légifényképen	68
18.	53-213 PORVA (részlet): Épületek elhelyezkedése az IKONOS- műholdképen, a légifényképen és az 1:10 000 ma. topográfiai térképen	69
19.	53-213 PORVA (részlet): Műút az IKONOS- műholdképen és az 1:10 000 ma. topográfiai térképen	72
20.	53-213 PORVA (részlet): Javított talajút az IKONOS- műholdképen és az 1:10 000 ma. topográfiai térképen	73

Összefoglalás

A dolgozatban azt a célt tűztem magam elé, hogy ismertesem és a térinformatika eszközeivel bemutassam a jelenleg rendelkezésre álló nagy- és szuper nagyfelbontású műholdadatok felhasználási lehetőségeit a magyarországi polgári topográfiai térképkészítésben.

A célkitűzés megvalósítása kapcsán ismertettem a térképészeti szempontból releváns műholdadatok alapvető spektrális és geometriai tulajdonságait, a geometriai felbontás növelésében végbement fejlődést és a közeljövő várható változásait.

Ugyancsak ismertettem a szakirodalom alapján az automatikus és fél-automatikus alak-felismerési eljárások területén tett erőfeszítéseket és megállapítottam, hogy a topográfiai térképezés területén jelenleg a vizuális interpretálást és minősítést tartom megvalósíthatónak.

Ismertettem szakirodalom alapján -- a magyar topográfia térképek létrehozásának hosszú és küzdelmes történetét.

Két műholdkép típust vizsgáltam részletesen a topográfiai térképek egyes tartalmi elemeinek térképezése vagy felújítása szempontjából: a SPOT 4 multispektrális és pankromatikus illesztett adatbázisát (10 m-es geometriai felbontással) és az IKONOS pankromatikus adatbázist (1 m-es geometriai felbontással).

Az 53 VESZPRÉM 1:100 000 méretarányú EOTR térképszelvényre azért esett a választás, mert az IKONOS adatbázis a szelvény egy részletére állt rendelkezésre. A 44 SÁRBOGÁRD 1:100 000 méretarányú topográfiai térképszelvény választásávall az volt a célom, hogy valamennyi, jelenleg rendelkezésre álló nagyfelbontású műholdadatot be tudjam mutatni, még ha elemzésüket jobb adatok birtokában nem is végeztem el.

A SPOT 4, az IKONOS valamint a segédeszközként bevont pankromatikus légifelvétel és a megfelelő méretarányú topográfiai térképek összehasonlító vizsgálatának eredményeit a következőképpen foglalom össze:

A SPOT 4 Xi + M adatbázis tartalmi gazdagsága és jó geometriai tulajdonságai alkalmassá teszik az 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép növényzeti határai és a települések beépítettségének ábrázolására használt háztömbök pontos térképezésére, a meglévő térképek felújítására.

Az IKONOS pankromatikus adatbázis nagy geometriai felbontása alkalmassá teszi az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek egyes tartalmi elemeinek térképezését, nevezetesen felhasználható a települések belterületén és külterületén található épületek, utak térképezésére. Felhívom a figyelmet az IKONOS multispektrális adatai (4 m-es geometriai felbontással) jelentőségére, a pankromatikus adatokkal illesztett adatbázis véleményem szerint igen nagy mértékben növelné ennek a műholdadatnak az információ-tartalmát.

A műholdadat jelenlegi magas ára valószínűleg nem teszi lehetővé a gyakorlati térképészeti feladatokban való használatát, ennek ellenére térképészeti felhasználásúk vizsgálatát azért tartom időszerűnek, mert újabb felvevők elterjedésével ez a típusú adat hamarosan a hagyományos alapanyagokból való térképezés versenytársává válhat.

Application of Satellite Data for Topographic Mapping

Summary

In my paper I discuss the application possibilities of presently available high and super high resolution satellite data in Hungarian civil topographic mapping. On the basis of the pertinent literature the basic spectral and geometric properties of satellite data, the development that has taken place as well as prospective changes in the increase of geometric resolution and the most recent automatic and semi-automatic pattern recognition procedures are reviewed. It was found that visual interpretation and classification is still indispensable in topographic mapping at present. An outline on the history of topographic mapping in Hungary is also given.

Two satellite image types have been examined in detail as to the mapping or revision of some map features: the SPOT 4 multispectral and panchromatic registered data base (with 10 meter geometric resolution), and the IKONOS panchromatic data base (with 1 meter geometric resolution). Out of the topographic maps the sheets 53 VESZPRÉM and 44 SÁRBOGÁRD has been chosen. The first one had been chosen because the IKONOS data base was available only for this area, the second one because it was possible for this area to show all at presently available high resolution satellite images, even if due to the lack of adequate data an analysis was not possible.

The result of the comparative survey of SPOT 4, the IKONOS, the panchromatic air photographs drawn into the examination as auxiliary means, as well as of the adequate scale topographic maps is summarized as follows:

The richness in details and good geometric properties of the SPOT 4 Xi + M data base make it suitable in the representation of vegetation boundaries and built-in areas of settlements on 1:100,000 topographic maps, as well as in revision of existing maps;

Due to its high geometric resolution the IKONOS panchromatic data base is suitable for the mapping of some map features (buildings, roads) on 1:10.000 topographic maps;

Considerable increase in information content can be reached by registering the 4 meter geometric resolution multispectral and panchromatic data of IKONOS;

It is most likely that after an expected fall of prices the satellite data will become rivals of mapping based on conventional data.