Application of TLS and UAV data integration to special object modelling

• Autorzy: Kwoczyńska Bogusława , Gudz Paweł

Identyfikatory

DOI

10.15576/GLL/2023.4.329

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie integracji danych TLS i UAV do modelowania obiektów szczególnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Contemporary measurement techniques facilitate the rapid and highly precise development of three-dimensional models of any spatial object. Terrestrial laser scanning (TLS) stands as one of the most precise methodologies. Nevertheless, instances arise wherein restrictions imposed by the terrain configuration or infrastructure design impede the acquisition of comprehensive information regarding its geometry. In such scenarios, the optimal resolution lies in the integration of data sourced from diverse measurement instruments. In the context of working with large objects, the optimal approach to capturing comprehensive data, particularly pertaining to the upper parts, involves utilising an unmanned aerial vehicle (UAV). The high resolution of images acquired at a low altitude enables the generation of a point cloud with remarkable accuracy, delivering a satisfactory outcome. When it comes to the modelling of special objects, such as brine graduation towers, the selection of suitable software that facilitates the creation of realistic three-dimensional models is of paramount significance. The study utilised the integration of data acquired from a low altitude using the DJI Air 2S Fly More Combo unmanned aerial vehicle. Diverse mission types were employed, and the data was subsequently recorded using a terrestrial Leica ScanStation P40 laser scanner. The research was conducted on a brine graduation tower situated above the Nowa Huta reservoir in Kraków. The tower’s dimensions necessitated the incorporation of TLS and UAV data. This study analyses three 3D models of the brine graduation tower in Nowa Huta. The models were generated using various computer programmes, namely MeshLab, Agisoft Metashape, and Cyclone 3DR, each of which demonstrated specific capabilities and suitability for modelling a special object like a brine graduation tower. The accuracy of the constructed three-dimensional model of the tower was determined by comparing sections that were measured in the field on the structure between photographic points marked by discs and the equivalent points on the model. Eighteen sections were measured, yielding a mean error of 0.039 m.

PL

Stosowane obecnie techniki pomiarowe pozwalają na bardzo szybkie, a zarazem bardzo dokładne opracowanie modeli 3D dowolnych obiektów przestrzennych. Jedną z najbardziej dokładnych metod jest naziemne skanowanie laserowe (ang. TLS). Jednak są sytuacje, w których ograniczenia wynikające z układu terenowego lub konstrukcji obiektu, nie pozwalają na pozyskanie pełnej informacji o jego bryle. W takich sytuacjach rozwiązaniem jest zintegrowanie danych z różnych instrumentów pomiarowych. Jeśli mamy do czynienia z dużymi obiektami, najlepszym wyborem do uzupełnienia danych, szczególnie górnych partii obiektu, jest zastosowanie bezzałogowej platformy latającej (ang. UAV). Rozdzielczość zobrazowań wykonanych na niskim pułapie jest na tyle dobra, że pozwala otrzymać zadowalający efekt w postaci chmury punktów. W przypadku modelowania obiektu szczególnego, jakim jest tężnia solankowa, istotny jest również dobór odpowiedniego oprogramowania, które pozwoli na stworzenie realnego modelu 3D danego obiektu. W badaniach wykorzystano integrację danych pozyskanych z niskiego pułapu z bezzałogowej platformy latającej DJI Air 2S Fly More Combo – wykorzystując różnego rodzaju misje, z danymi zarejestrowanymi naziemnym skanerem laserowym Leica ScanStation P40. Badania prowadzone były na tężni solankowej zlokalizowanej nad Zalewem Nowohuckim w Krakowie, której gabaryty wymagały zastosowania integracji danych TLS i UAV. Efektem opracowania jest analiza trzech modeli 3D nowohuckiej tężni solankowej. Modele wykonane zostały w różnych programach komputerowych: MeshLab, Agisoft Metashape oraz Cyclone 3DR z wykazaniem możliwości każdego z nich oraz podkreślając ich przydatność do modelowania obiektu szczególnego jakim jest tężnia solankowa. Dokładność powstałego modelu 3D tężni solankowej określono na podstawie porównania pomierzonych w terenie na obiekcie odcinków pomiędzy fotopunktami zasygnalizowanymi tarczami, a tymi samymi punktami na modelu. Pomierzono 18 odcinków, dla których uzyskano średni błąd 0.039 m.

Słowa kluczowe

EN

point cloud; TLS; UAV; data integration; LiDAR; 3D model

PL

chmura punktów; TLS; UAV; integracja danych; LiDAR; model 3D

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie
• Czasopismo: Geomatics, Landmanagement and Landscape
• Rocznik: 2023
• Tom: no. 4
• Strony: 329--341
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kwoczyńska Bogusława

• University of Agriculture in Krakow Department of Agricultural Land Surveying, Cadastre and Photogrammetry 30-198 Kraków, ul. Balicka 253a

• https://orcid.org/0000-0001-7230-5397

autor

Gudz Paweł

• GEOS Usługi Geodezyjno-Kartograficzne, inż. Szymon Ozimek

Bibliografia

• 1. Bernat M., Janowski A., Rzepa S. 2014. Studies on the use of terrestrial laser scanning in the maintenance of buildings belonging to the cultural heritage. 14th SGEM GeoConference on Informatics, Geoinformatics and Remote Sensing, Albena, Bulgaria, vol. 3, 307–318, DOI: 10.5593/SGEM2014/B23/S10.039.
• 2. Bęcek K., Gawronek P., Klapa P., Kwoczyńska B., Matuła P., Michałowska K., Mikrut S., Mitka B., Piech I., Makuch M. 2015. Modelowanie i wizualizacja danych 3D na podstawie pomiarów fotogrametrycznych i skaningu laserowego. WSIE, Rzeszów.
• 3. Boehler W., Marbs A. 2004. 3D Scanning and Photogrammetry for Heritage Recording: a Comparison. 12th International Conference of Geoinformatics, Gavle, Sweden, 291–298.
• 4. Boroń A., Rzonca A., Wróbel A. 2007. The digital photogrammetry and laser scanning methods used for heritage documentation. Roczniki Geomatyki, 5, 129–140.
• 5. Buckley S.J., Howell J.A., Enge H.D., Leren B.L.S., Kurz T.H. 2006. Integration of Terrestrial Laser Scanning, Digital Photogrammetry and Geostatical Methods for High-Resolution Modelling of Geological Outcrops. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Dresden, Germany, XXXVI, Part B.
• 6. Cantoni R., Vassena G., Lanzi C. 2002. Laser Scanning and Traditional Survey Integration to Build a Complete 3D Digital Model of Sagrestia dell’Archivo di Stato a Mantova. CIPA-ISPRS Workshop on Scanning for Cultural Heritage Recording, Korfu, Greece, 105–114.
• 7. Gawronek P., Mitka B. 2015. The use of terrestrial laser scanning in monitoring of the residential barracks at the site of the former concentration camp Auschwitz II-Birkenau. Geomat. Landmanag. Landsc., 3, 53–60.
• 8. Janus J., Ostrogorski P. 2022. Underground Mine Tunnel Modelling Using Laser Scan Data in Relation to Manual Geometry Measurements. Energies, 15, 2537.
• 9. Kukko A., Kaartinen H., Hyyppä J., Chen Y. 2012. Multiplatform Mobile Laser Scanning: Usability and Performance. Sensors, 12, 11712–11733.
• 10. Kwoczyńska B. 2019. Modelling of a heritage property using a variety of photogrammetric Methods. Geomat. Landmanag. Landsc., 4, 155–169.
• 11. Kwoczyńska B., Piech I., Góra K., Polewany P. 2018. Modeling of Sacral Objects Made on the Basis of Aerial and Terrestrial Laser Scanning. IEEE Xplore, 275–282. https://doi.org/10.1109/ BGC-Geomatics.2018.00059.
• 12. Kwoczyńska B., Małysa B. 2022. Integration of data obtained from laser scanning and UAV used to develop a 3D model of the building object. Archives of Civil Engineering, LXVIII, 4, 311–333. https://doi.org/10.24425/ace.2022.143040.
• 13. Liakos L., Panagos P. 2022. Challenges in the Geo-Processing of Big Soil Spatial Data. Land, 11, 2287.
• 14. Lichti D.D., Gordon S.J. 2007. Modeling Terrestrial Laser Scanner Data for Precise Structural Deformation Measurement. Journal of Surveying Engineering, 133, 2, 72–80.
• 15. Mitka B., Klapa P., Pióro P. 2023. Acquisition and Processing Data from UAVs in the Process of Generating 3D Models for Solar Potential Analysis. Remote Sensing, 15, 1498, https://doi.org/10.3390/rs15061498
• 16. Mitka B., Szelest P. 2013. The problem of acquisition and processing of photogrammetric data and data from terrestrial laser for the creation of educational portals and virtual museums on example of the Wawel Cathedral. Archives of Photogrammetry, Cartography and Remote Sensing, 25, 107–115.
• 17. Pádua L., Chiroque-Solano P.M., Marques P., Sousa J.J., Peres E. 2022. Mapping the Leaf Area Index of Castanea sativa Miller Using UAV-Based Multispectral and Geometrical Data. Drones, 6, 422.
• 18. Pyka K., Rzońca A. 2006. Badanie jakości radiometrycznej ortofotogramów sporządzonych na drodze integracji fotogrametrii bliskiego zasięgu i skaningu. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Olsztyn, Polska, 16, 512–526.
• 19. Salandra M., Colacicco R., Dellino P., Capolongo D. 2023. An Effective Approach for Automatic River Features Extraction Using High-Resolution UAV Imagery. Drones, 7, 70.
• 20. Stal C., Covataru C., Müller J., Parnic V., Ignat T., Hofmann R., Lazar C. 2022. Supporting Long-Term Archaeological Research in Southern Romania Chalcolithic Sites Using Multi--Platform UAV Mapping. Drones, 6, 277.
• 21. Uchański Ł., Soerensen L. 2010. Technologia naziemnego skaningu laserowego w zagadnieniach inżynierii odwrotnej oraz analiz procesów dynamicznych. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 21, 415–421.