Спътникови карти и колко точно е мястото на всеки пиксел

Спътниковите карти на Sentinel-2 имат пиксел от 10 метра, а тези на Landsat 9 – от 30 метра, но колко точно лежи този пиксел върху терена, зависи от още два слоя данни: модела на релефа и позиционирането (Европейска космическа агенция (ESA), USGS). Размерът на пиксела е само първата от трите грешки, които се сумират в една карта.

Колко голям е пикселът на Sentinel-2 и на Landsat 9

Четирите видими и близки инфрачервени канала на Sentinel-2 разделят земята на квадрати със страна 10 метра (Европейска космическа агенция (ESA)). Други шест канала са с 20 метра, а три канала, нужни за корекция на атмосферата, са с 60 метра. Общо уредът снима в 13 спектрални области между 443 и 2190 нанометра.

Лентата на заснемане е широка 290 километра, т.е. по наше изчисление по данни на ESA около 29 000 пиксела в един ред (Европейска космическа агенция (ESA)). Спътниците летят на 786 километра височина по полярна орбита, синхронизирана със Слънцето.

Landsat 9 е изстрелян на 27 септември 2021 г. и снима повечето си канали на 30 метра (USGS). Панхроматичният му канал е с 15 метра, а термалните канали – със 100 метра. Един 30-метров пиксел покрива 900 квадратни метра, т.е. по наше изчисление по данни на ESA и USGS девет пъти повече от 10-метровия (Европейска космическа агенция (ESA)).

На колко дни спътникът минава над същото място

Двата спътника на Sentinel-2 осигуряват повторно заснемане на всеки 5 дни на екватора (Европейска космическа агенция (ESA)). Sentinel-2A е изстрелян на 23 юни 2015 г., 2B – на 7 март 2017 г., а 2C – на 5 септември 2024 г.

Landsat 9 се връща над същата зона на всеки 16 дни и пресича екватора около 10:12 сутринта местно време (USGS). Той е изместен с 8 дни спрямо Landsat 8, така че двойката заснема един и същи район приблизително на всеки 8 дни.

Облачността превръща тези числа в по-малко, отколкото изглеждат. По наше изчисление по данни на ESA и USGS за един месец има около шест преминавания на Sentinel-2 и малко под две на Landsat 9 сам, а всяко облачно преминаване отпада от наблюдението (Европейска космическа агенция (ESA), USGS).

Защо релефът мести обектите върху снимката

Спътникът не гледа винаги отвесно надолу. Когато лъчът е леко наклонен, високата точка се отмества настрани спрямо подножието си, затова всяка снимка се коригира с височината на терена под нея.

Височините идват от цифров модел на релефа. Европейският Copernicus DEM е изграден от данни на мисията TanDEM-X, заснети между 2011 и 2015 г., а празнините са запълнени с ASTER, SRTM и ALOS World 3D (Copernicus Data Space Ecosystem). Абсолютната му височинна грешка е под 4 метра, а хоризонталната – под 6 метра, и двете при ниво на сигурност 90%.

Тези числа звучат дребни. По наше изчисление при наклон 10° от вертикалата грешка от 4 метра във височината измества точката с около 0,7 метра, т.е. малка част от 10-метров пиксел (Copernicus Data Space Ecosystem). При стръмни склонове и по-ъгловати снимки ефектът расте.

Моделът е цифров модел на повърхността, а не на голата земя: той показва върха на сградите, инфраструктурата и растителността (Copernicus Data Space Ecosystem). Нова кариера, насип или сграда, които са се появили след 2015 г., не са в него.

Колко точно е позиционирането на телефона и на геодезическия уред

Смартфонът с GPS обикновено е точен в радиус от 4,9 метра под открито небе, а близо до сгради, мостове и дървета резултатът се влошава (GPS.gov). Сигналът от самите спътници е по-прецизен от приемника: държавата се ангажира с грешка в обхвата не по-голяма от 2,0 метра за 95% от времето, а на 20 април 2021 г. тя е била до 0,643 метра.

Разликата идва от приемника, атмосферата, геометрията на спътниците и отраженията на сигнала от стени. Два честотни канала поправят изкривяванията от атмосферата, а професионалните комплекти достигат до няколко сантиметра в реално време (GPS.gov).

От това следва практичен извод, който не е в нито един от източниците. По наше изчисление 4,9 метра са около половината от 10-метров пиксел и около шестата част от 30-метров, така че за полева проверка на слой на Sentinel-2 телефонът е на границата, а за слой на Landsat не е пречка (Европейска космическа агенция (ESA), USGS, GPS.gov).

Какво да провери читателят в описанието на един слой

Преди да се доверите на измерване от спътникова карта, потърсете в описанието пет неща:

• размера на пиксела на канала, който ползвате, а не на най-фината лента на мисията;
• датата на заснемане, защото терен и застрояване се променят;
• дали изображението е коригирано за релеф и с кой модел на височините;
• координатната система, в която са зададени координатите;
• нивото на обработка и дали са премахнати облаците.

Часът на преминаване също помага. При Landsat 9 той е около 10:12 сутринта, така че сенките при сравнение на различни дати падат по сходен начин (USGS). Когато 10 метра не стигат, за малки обекти се ползват други методи, например лидарът в Махендрапарвата или лазерното сканиране в Нотр Дам.

Какво не казват границите от 4 и 6 метра

Границите на Copernicus DEM са за целия продукт при ниво на сигурност 90%, а не за конкретен склон в Рила или за улица в София (Copernicus Data Space Ecosystem). Дали даден пиксел е с грешка по-малка или по-голяма от тези стойности, не може да се каже от общите числа.

Не може да се съберат и трите грешки в една цифра, защото източниците не казват как се разпределят върху един и същи участък. Страницата на колекцията Copernicus DEM в Copernicus Data Space е мястото, където ще се вижда кой модел е в употреба: там пише, че наборите са пуснати през 2019 г. и ще се поддържат до 2026 г. (Copernicus Data Space Ecosystem). Какво ще последва след тази година, страницата не съобщава, а срок за нов модел не е обявен.