Ortofotók és térmodellek geometriai pontosságellenőrzése
Előszó
Egyesületünk egyik célkitűzése, hogy megfogalmazzunk egy ajánlást a különböző eszközökkel és feldolgozási módszerekkel gyűjtött téradatok minőségének ellenőrzésére vonatkozóan. Legyen ez az ajánlás naprakész, azaz a jelenleg forgalomban és használatban lévő eszközökhöz igazodjon, legyen alkalmazható a legtöbb esetben és végül, de nem utolsó sorban legyen egységes és - amennyire csak lehet - egyszerű a térképek és háromdimenziós térmodellek geometriai ellenőrzése. Olyan vizsgálandó értékeket keresünk, ami alapján mind az adatot gyűjtő-feldolgozó, mind a megrendelő meg tudja ítélni, hogy az igényeink megfelelő minőségű végeredmény született-e. Olyan minimálisan közlendő adatokra szeretnénk javaslatot tenni a geometriai pontosság közléséhez, amelyek révén a szakcikkekben, dokumentációkban és tanulmányokban közölt eredmények könnyen összehasonlíthatóak és a laikusok számára is értelmezhetőek lesznek.
Az alábbiakban a jelenlegi, de még formálódó elképzelésünk kerül bemutatásra, azt remélve, hogy ez kiinduló pont lehet egy szélesebb körű szakmai eszmecsere, egyeztetés megindításához. Ennek megvitatása az ACRSA fórumán történik. Amennyiben észrevétele, ötlete van, a kedves olvasónak ossza meg a szakmai közösséggel.
Jelenlegi álláspontunk kialakításának kiinduló pontját a Federal Geographic Data Committee FGDC-STD-007.3-1998 Geospatial Positioning Accuracy Standards szabványa képezi, mivel ez egy egyszerűen alkalmazható szabvány, ami a téradatok megbízhatóságának egységes jellemzését teszi lehetővé. Alapelgondolása, hogy a vizsgált téradat várható pontosságát egy ettől pontosabb módon meghatározott ellenőrző mérések alapján számítja ki. Tehát az adatgyűjtés különböző munkafolyamatai során összeadódó hibáktól terhelt végeredményt tudjuk így értékelni anélkül, hogy elvesznénk a különféle hibák kutatásában, mint a képalkotás, érzékelők, mérőberendezések, és feldolgozás hibái között.
Térképek, ortofotók és háromdimenziós modellek geometriai vizsgálatának alapvető lépései
1. Független ellenőrzőpontok bemérése
A téradatok geometriai pontosságának ellenőrzése kizárólag a termék készítésétől független ellenőrzőpont beméréssel mehet végbe (FGDC-STD-007.3-1998/GPA), oly módon, hogy az ellenőrző pontok a fotogrammetriai (vagy egyéb a termék előállításához szükséges) munkafolyamatban semmilyen szinten nem vehetnek részt (Bakó et al. 2014). Ez azt jelenti, hogy a fotogrammetriai szoftverekbe még kikapcsolt (inaktív) pontként sem hívhatóak be.
2. Hol vegyük fel az ellenőrző pontokat és milyen eloszlásban?
Az ellenőrzőpontok kijelöléséhez szabályos raszter hálózatot kell generálni a munkaterületre, amelynek sarokpontjai képezik az ellenőrzőpontok ideális elhelyezkedését. Ezeken a helyszíneken azonban nem minden esetben lehet geodéziai mérést végezni (például egy tóra vagy elzárt területre esik a pont ideális eloszlás szerinti helye), ráadásul a térképen - aminek geometriai pontosságát ellenőrizni szeretnénk - nem biztos, hogy ezeken a helyeken találunk a terepen könnyen beazonosítható és a térképen is jól látható, határozott sarokponttal, vagy jól bemérhető középponttal rendelkező földfelszíni objektumot. Ezért a raszter hálózatból adódó ideális pontfelvételi helyekhez legközelebb eső, pontosan bemérhető földfelszíni objektumokat alkalmazzuk.
1 km2-nél nagyobb munkaterület esetében legalább 15 ellenőrző pont felvétele javasolt. 25 km2 nagyságú egybefüggő munkaterület esetében legalább 40 ellenőrző pont felvételét javasoljuk, szintén arányos eloszlásban. Amennyiben az alkalmazott légi felmérési technológia a munkaterület szélein nem biztosít a belső részekkel azonos minőségű terméket, ott a szélső, csökkent geometriai minőségű területet pontatlanságát is jelezni kell.
3. Az ellenőrző mérés pontosságát minden esetben meg kell adni
Az ellenőrző pontok pontossága a legegyszerűbben ismételt beméréssel ellenőrizhető, a meghatározás várható pontossága alapvetően meghatározza az eredményt és annak ellenőrizhetőségét is. Például RTK GNSS meghatározás esetén nem beszélhetünk mm-ekről.
A térképi állományok pontosságának kifejezésére a következő javaslatokat tesszük
Az egységes, összehasonlítható minőségi paraméterek megadásához érdemes a tudományos, szakmai cikkekben, szakkönyvekben, tanulmányokban és a termékekhez csatolt jegyzőkönyvekben legalább a következő módon közölni a raszter formátumú téradatok pontosságát:
A geometriai pontosság ellenőrzésére olyan ellenőrző pontokat kell jól elosztott raszter hálózat mintázatban gyűjteni, amelyeket a fotogrammetriai szoftverrel nem szabad megnyitni. A fotogrammetriai feldolgozást és az ortofotó-mozaik, illetve térmodell exportálást követően egy térinformatikai, vagy statisztikai szoftverben kell egybevetni a termék egyes azonosítható pontjait az ellenőrző pontokkal, és a legnagyobb gondosság mellett ki kell számítani a síkrajzi, illetve magassági eltérések abszolút értékeit. (A negatív és pozitív hibák előjel nélkül kell szerepeljenek a következő statisztikai számításokban.)
Az egyszerű felhasználás végett a lentebb közölt képleteket egy táblázatba rendezve le lehet tölteni és szabadon lehet használni terjeszteni és módosítani a forrás feltüntetése mellett. A táblázat lapja a véletlen beleszerkesztések ellen le vannak zárva, azok feloldásához a jelszó: RMSE
Fontos kihangsúlyozni, hogy ez az ajánlás nem végleges és kiforrott. Akinek észrevétele ötlete van az ossza meg gondolatait az ACRSA fórumán!
A termék minőségére vonatkozóan minimálisan a következő paramétereket kell közölni:
1. A síkrajzi eltérések átlaga
Az átlag számításának képlete:
A síkrajzi átlaghiba jele: HCEa (Average Horizontal Circular Error)
2. A síkrajzi eltérések maximuma
A maximum az ellenőrzőpontok és a vizsgált állomány között tapasztalható legnagyobb eltérés abszolút értéke.
A maximális síkrajzi eltérés jele:HCEmax
3. Síkrajzi pontosság az átlagos négyzetes hiba gyökeként megadva (RMSE, Root Mean Square Error). Lehetőség van koordináta tengelyek szerint és eredőként megadva, ez utóbbit fogjuk előnyben részesíteni, jelölése a következő lehet: RMSEh = RMSEr
Képlete:
RMSEh = sqrt[∑(│l│, i)2 /n]
ahol
│l│, i a térképen jól azonosítható pont és az ellenőrző mérésből származó pont távolsága az i-edik ellenőrzési helyen.
4. Megbízhatóságr a 95%-os konfidencia szinten = 1.7308 * RMSEh
5. A magassági értelemben vett átlagos hiba jele:VEa
6. A maximális magassági eltérés jele:VEmax
7. Magassági pontosság az átlagos négyzetes hiba gyökeként megadva (RMSE, Root Mean Square Error). Jelölése a következő lehet: RMSEv
Képlete:
RMSEv = sqrt[∑(│Dh│, i)2 /n]
ahol
│Dh│, i a térképen jól azonosítható pont magassága és az ellenőrző mérésből származó pont magasságának a különbsége az i-edik ellenőrzési helyen.
8. Megbízhatóságh a 95%-os konfidencia szinten = 1.9600 * RMSEv
A fent felsorolt értékeknek minden esetben szerepelnie kell a termékre, térképre, modellre vonatkozó pontossági közlésben, legyen az jegyzőkönyv, jelentés, tanulmány, szakmai cikk, tudományos cikk, vagy értekezés. Éppen ezért ezeknek a geomatriai pontosságot kifejező értékeknek a kiszámításához készítettünk egy excel táblázatot, ami szabadon letölthető és felhasználható a www.acrsa.org oldalra történő hivatkozás mellett.
A felsorolt paraméterek közlése mellett meg kell adni az ellenőrző pontok számát, azok megbízhatóságát, a munkaterület nagyságát és a térkép készítésének módszerét is ismertetni kell.
A felsorolt értékeken kívül természetesen hasznos részletekbe menően közölni a vizsgálati eredményeket és azok számításának módját, de ezeket a paramétereket minden esetben közölni kellene annak érdekében, hogy a fotogrammetriai és lézer szkenneléssel készített termékek minősége gyorsan értékelhető és összehasonlítható legyen.
Milyen adatokat érdemes még közölnünk?
A releváns megbízhatósági adatok összegezve:
- Az eltérések abszolút értékeinek átlaga
- A legnagyobb előforduló eltérés
- Az eltérések szórása
- Az ellenőrzőpontok száma
- Az ellenőrzőpontok sűrűsége és szabályos eloszlása ábrával is bemutatva
- A munkaterület mérete
- Az ellenőrzőpontok bemérésének módja és azok becsülhető megbízhatósága
- Maga az adatsor, amely tartalmazza az eltérések mértékeit
A síkrajzi pontosság az átlagos négyzetes hiba gyökeként megadva x és y koordináták szerint (RMSE, Root Mean Square Error):
RMSEx = sqrt[∑(x térképi, i - x ellenőrző, i )2 /n]
RMSEy = sqrt[∑(y térképi, i - y ellenőrző, i )2 /n]
ahol
x térképi, i és y térképi, i az adatsor i-edik, térképről származtatott koordinátái
x ellenőrző, i és y ellenőrző, i az adatsor i-edik, független mérésből származó nagy megbízhatóságú koordinátái
n az ellenőrzőpontok száma
i egy egész szám 1 és n között
A horizontális hiba i pontra vonatkozóan: sqrt[(x térképi, i - x ellenőrző, i)2+( y térképi, i - y ellenőrző, i)2].
A horizontális RMSE:
RMSEr = sqrt[∑ ((x térképi, i - x ellenőrző, i )2 - x ) +(y térképi, i - y ellenőrző, i )2 )/n] = sqrt[RMSEx2 + RMSEy2 ]
Az FGDC szabványa szerint 95%-os konfidencia szinten a várható pontosság számítása következőképpen alakul:
Megbízhatóságh = 1.7308 * RMSEh
Az FGDC szabványa szerint 95%-os konfidencia szinten a várható magassági pontosság számítása következőképpen alakul:
Megbízhatóságv = 1.9600 * RMSEv
Referenciák:
Federal Geographic Data Committee FGDC-STD-007.3-1998 Geospatial Positioning Accuracy Standards Part 3: National Standard for Spatial Data Accuracy Appendix 3-A. Accuracy Statistics (normative) p. 13-14
https://www.fgdc.gov/standards/projects/FGDC-standards-projects/accuracy/part3/chapter3 Elérés 2015.10.23.
Bakó Gábor, Molnár Zsolt, Góber Eszter (2014): Városi térinformatikai és döntéstámogató rendszerek raszter fedvényei – A legutóbbi időszak települési ortofotó felméréseinek tapasztalatai Magyarországon– Tájökológiai lapok 12 (2): 285–305.
Összeállította: A Légi Térképészeti és Távérzékelési Egyesület Szakmai Bizottsága