Accuracy analysis, dem generation and validation using russian tk‐350 stereo‐images

TK-350 stereo-scenes of the Zonguldak testfield in the north-west of Turkey have been analysed. The imagery had a base-to-height ratio of 0·52 and covered an area of 200 km × 300 km, with each pixel representing 10 m on the ground. Control points digitised from 1:25 000 scale topographic maps were used in the test. A bundle orientation was executed using the University of Hanover program BLUH and PCI Geomatica OrthoEngine AE software packages. Tests revealed that TK-350 stereo-images can yield 3D geopositioning to an accuracy of about 10 m in planimetry and 17 m in height. A 40 m resolution digital elevation model (DEM) was generated by the PCI system and compared against a reference DEM, which was derived from digitised contour lines provided by 1:25 000 scale topographic maps. This comparison showed that accuracy depends mainly on the surface structure and the slope of the local terrain. Root mean square errors in height were found to be about 27 and 39 m outside and inside forested areas, respectively. The matched DEM demonstrated a systematic shift against the reference DEM visible as an asymmetric shift in the frequency distribution. This is perhaps caused by the presence of vegetation and buildings. Resume On a etudie des couples stereoscopiques TK-350 sur le polygone d'essai ZONGULDAK au Nord-Ouest de la Turquie. Le rapport base-sur-altitude des couples etait de 0,52 et la zone couverte atteignait 200 km × 300 km, avec une valeur au sol de chaque pixel de 10 m. On a saisi des points d'appui par numerisation a partir des cartes topographiques a l’echelle de 1:25 000. On a effectue l‘orientation des faisceaux en utilisant un ensemble de logiciels de l'Universite de Hanovre tels que BLUH et « PCI Geomatica Ortho Engine AE ». Les essais ont montre que les stereo-couples TK-350 pouvaient fournir une precision d'environ 10 m en planimetrie et 17 m en altimetrie sur le geopositionnement 3D. On a realise un MNA d'une resolution de 40 m avec le systeme PCI, que l'on a pu comparer avec un MNA de reference obtenu par numerisation des courbes de niveau des cartes topographiques au 1:25 000. La comparaison a montre que la precision dependait essentiellement de la nature du terrain et de la pente locale. C'est ainsi que les erreurs moyennes quadratiques en altimetrie atteignent 39 m dans les zones boisees, contre 27 m en dehors. De plus, le MNA obtenu a presente des systematismes par rapport au MNA de reference, sous la forme de decalages asymetriques dans la repartition des frequences. La cause en est peut-etre la presence de bâtiments et de vegetation. Zusammenfassung In diesem Beitrag wird uber die Analyse von TK-350 Stereoszenen im Zonguldak Testfeld im Nordwesten der Turkei berichtet. Die Bilddaten hatten ein Basis-Hohenverhaltnis von 0·52 und deckten ein Gebiet von 200 × 300 km mit einer Bodenpixelgrose von 10 m ab. Fur den Test wurden Passpunkte aus einer Topographischen Karte im Masstab 1:25 000 digitalisiert. Die Bundelausgleichung wurde mit dem Programmsystem BLUH der Universitat Hannover durchgefuhrt, weitere Analysen mit dem Paket PCI Geomatica OrthoEngine. Die Tests zeigten, dass mit TK-350 Stereoszenen eine 3D Geopositionierung mit einer Lagegenauigkeit von ca. 10 m und einer Hohengenauigkeit von 17 m moglich ist. Mit dem PCI System wurde ein DHM mit einer Gitterweite von 40 m erzeugt und mit einem Referenz-DHM, das aus digitalisierten Hohenlinien der Topographischen Karte 1:25 000 abgeleitet wurde, verglichen. Es zeigte sich, dass die Genauigkeit im wesentlich von der Gelandestruktur und der lokalen Gelandeneigung abhangt. Der mittlere quadratische Hohenfehler lag bei 27 m auserhalb von Waldgebieten und bei 39 m innerhalb von Waldgebieten. Das durch Bildzuordnung erzeugte DHM zeigte eine systematische Verschiebung gegenuber dem Referenzdatensatz, was an der asymmetrischen Verschiebung in der Haufigkeitsverteilung zu sehen ist. Diese wird vermutlich durch Vegetation und Gebaude verursacht. Resumen En este articulo se analizan imagenes estereo TK-350 correspondientes a la zona de ensayo Zonguldak, en el noroeste de Turquia. Las imagenes tienen una razon base-altura de 0,52, cubren un area de 200 × 300 km, y tienen una resolucion espacial de 10 m. Los puntos de control utilizados en el ensayo se han digitalizado a partir de mapas topograficos a escala 1:25 000 y se utilizaron los programas BLUH de la Universidad de Hannover y Geomatica OrthoEngine AE de PCI para la orientacion. Las pruebas muestran que las imagenes estereo TK-350 pueden alcanzar una exactitud de hasta 10 m en planimetria y de 17 m en altura en la georeferenciacion 3D. Se genero un modelo digital de elevaciones (MDE) con una resolucion de 40 m mediante el programa de PCI que se comparo con el MDE de referencia calculado a partir de las curvas de nivel digitalizadas de los mapas topograficos a escala 1:25 000. La comparacion muestra que la exactitud depende principalmente de la estructura de la superficie y de la pendiente local del terreno. Se han encontrado unos errores cuadraticos medios en altura de aproximadamente 27 y 39 m en areas no boscosas y boscosas, respectivamente. El MDE obtenido por correlacion muestra un desplazamiento sistematico respecto al de referencia que se manifiesta como un desplazamiento asimetrico en la distribucion de frecuencia, y cuya probable causa es la presencia de vegetacion y edificaciones.