Generowanie numerycznych modeli powierzchni oraz terenu w Tatrach na podstawie chmury punktów z lotniczego skaningu laserowego (ALS)

• Autorzy: Wężyk P , Borowiec N. , Szombara S. , Wańczyk R.

Warianty tytułu

EN

Generation of digital surface and terrain models of the Tatras Mountains based on airbone laser scanning (ALS) point cloud

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem pracy było zaprezentowanie metod zastosowanych w półautomatycznym procesie generowania numerycznych modeli bazujących na chmurze punktów zarejestrowanych technologią lotniczego skaningu laserowego (ang. Airborne Laser Scanning; ALS) w trudnych obszarach wysokogórskich Tatr. Teren badań o powierzchni około 60 km2, obejmował masyw Kasprowego Wierchu, Kuźnice oraz fragment miasta Zakopane ze stokami Gubałówki. Dane ALS pozyskano w 2007 roku w 33 pasach (RIEGL LMS-Q560), w zagęszczeniu, co najmniej 20 pkt/m2. Wpasowania połączonych skanów dokonano w oparciu o pomiary tachimetryczne powierzchni planarnych (dachy budynków) i dowiązanie przez dGPS. Błędy położenia punktów w płaszczyźnie poziomej wahały się w przedziale -0.09÷+0.28 m, a błędy wysokościowe w przedziale od -0.12÷0.14 m (HAE). Wykonawca dostarczył dane osobno z 2 skanerów, dla każdego: pierwsze i ostatnie odbicie impulsu. Ze względu na duży rozmiar plików podzielono ja na mniejsze generując 353 obszary robocze o rozmiarze 500·500 m dla każdego skanera i numeru odbicia. Przeprowadzono filtrację chmury punktów oraz ich klasyfikację do zestawów danych: „low points”, „ground", „low vegetation”, „medium vegetation”, „high vegetation” oraz „air points”. W celu wygenerowania NMPT stworzono klasę „ground_inverse" wymagającą kontroli operatora wspomagającego się ortofotomozaiką cyfrową (RGB\CIR; kamera Vexcel). Dla każdego przetwarzanego obszaru roboczego wygenerowano NMT oraz NMPT. Na podstawie zweryfikowanych modeli wygenerowano znormalizowany numeryczny model powierzchni terenu obrazujący wysokości względne obiektów występujących w obszarze opracowania (drzewa, piętro kosodrzewiny, budynki, linie energetyczne, liny wyciągów, etc). Analizy przestrzenne bazujące na wygenerowanych modelach otwierają zupełnie nowe możliwości licznym badaniom naukowym.

EN

The work presented was aimed at constructing a semi-automatic work-flow of Digital Surface Model (DSM) and Digital Terrain Model (DTM) generation based on an ALS point cloud gathered in a very difficult mountain area. The study area located in the Polish part of the Tatras Mountains covered about 60 km2 and included the Kasprowy Wierch, Kuźnice, and downtown Zakopane with the Gubałówka. ALS data, collected in 2007, consisted of 33 scans (minimum density of 20 points/m2). To combine all the scans and match them to the coordinate system, planar surfaces (building roofs) were measured using a tachimeter and a dGPS survey. Position errors of the ALS points in the horizontal plane varied from -0.09m to +0.28m; height errors ranged from -0.12m to 0.14m (HAE). The operator delivered the data separately from 2 Riegl Q- 560 scanners, for every FE and LE. The ALS files, due to their huge size, were divided into smaller ones and generated 353 sheets (500x500 m in size ) for every scanner and number of returns combination. The point cloud was filtered and assigned to the following levels: "low points”, "ground", "low vegetation”, "medium vegetation”, "high vegetation” and "air points”. To generate a DSM, a special class called "ground_inverse" was created; it required an operator control supported by a digital orthophoto (RGB\CIR; Vexcel camera). For every sheet processed, the DTM and DSM were generated. Those verified models served as a basis for developing an nDSM model using the ER Mapper software. The nDSM shows relative heights of objects in the study area (forest stands, dwarf mountain pines, buildings, power lines, ski lifts, etc.). Development of a precise DSM and nDSM as well as analyses of the nDSM open new perspectives for numerous scientific projects.

Słowa kluczowe

PL

ALS; NMPT; NMT; znormalizowany NMPT; Tatry

EN

ALS; DTM; DSM; nDSM; Tatra Mts.

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 18b
• Strony: 651--661
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Wężyk P

• Laboratorium GIS i Teledetekcji, Wydział Leśny Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, tel. [phone] faks.: [phone]

autor

Borowiec N.

• KGFiTŚ, Wydział Geodezji Górniczej Inżynierii Środowiska, AGH, Kraków, tel. [phone]

autor

Szombara S.

• ProGea Consulting, Kraków, tel. [phone]

autor

Wańczyk R.

• ProGea Consulting, Kraków, tel. [phone]

Bibliografia

• 1. Terrasolid. 2001. Tutorial TerraScan, TerraPhoto, TerraModel: http://www.terrasolid.fi
• 2. Axelsson P., 2000. DEM generation from laser scanner data using adaptive TIN models. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing Vol. XXXIII/4B, Amsterdam.
• 3. Baltsavias E. P., 1999a. Airborne laser scanning: Basic relations and formulas. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 54 (2-3), 199-214.
• 4. Baltsavias E.P. 1999b. A comparison of between photogrammetry and laser scanning. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 54:83-89.
• 5. Ducic V., Hollaus M., Ullrich A., Wagner W., Melzer T., 2006. 3D Vegetation Mapping and Classification using Full-Waveform Laser Scanning. International Workshop “3D Remote Sensing in Forestry”, Vienna, Austria, s. 211-217.
• 6. Elmqvist, M., Jungert, E., Lantz, F., Persson, Å., Söderman, U., 2001. Terrain modelling and analysis using laser scanner data. Estimation of laser radar data using active shape models. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. 34-3/W4, pp. 219-227.
• 7. Hyyppä J., Pyysalo U., Hyyppä H., Samberg A., 2000. Elevation accuracy of laser scanning-derived digital terrain and target models in forest environment. In Proceedings of the EARSel-SIG-Workshop on LIDAR, June 16-17, Dresden, Germany pp. 139-147.
• 8. Kraus K., Pfeifer N., 1998. Determination of terrain models in wooded areas with airborne laser scanner data. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol: 53 (4), 193-203.
• 9. Kager H., 2004. Discrepancies between overlapping laser scanner strips – simultaneous fitting of aerial laser scanner strips. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Science, Istanbul, Turkey, Vol. XXXV, Part B/1, pp.555-560.
• 10. Lee H. S., Younan N. H., 2003. DTM extraction of lidar returns via adaptive processing. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol: 41 (9 PART I), pp.2063- 2069.
• 11. Marmol U., 2003. Pozyskiwanie Numerycznego Modelu Powierzchni Topograficznej (NMPT) w oparciu o dane wysokościowe pochodzące z lotniczego skanera laserowego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 13b.
• 12. Næsset E., 1997. Determination of mean tree height of forest stands using airborne laser scanner data. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol: 52 (2), 49- 56.
• 13. St-Onge B., Hu Y., Véga C., 2006. Reconstruction of Forest Canopy Height Using Stereo-IKONOS panchromatic Images and a Lidar DTM. Int. Workshop “3D Remote Sensing in Forestry”, Vienna, Austria, pp. 97-102.
• 14. Wack R., Wimmer A., 2002. Digital terrain models from airborne laser scanner data – a grid based approach. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXXIV / 3B, Graz.
• 15. Wehr A. i Lohr U., 1999. Airborne laser scanning—an introduction and overview. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing Vol: 54 (2-3), 164-198.
• 16. Wężyk P., 2006. Wprowadzenie do technologii skaningu laserowego lidar w leśnictwie. Annals of Geomatics. Vol. IV. Number 4., s. 119-132.
• 17. Wężyk P., Tompalski P., Szostak M., Glista M., Pierzchalski M., 2008. Describing the selected canopy layer parameters of the Scots pine stands using ALS data. ISPRS Workshop on Laser Scanning 2007 and SilviLaser 2008, Edynburg, September 17-19, 2008 (in print).
• 18. Zhang K., Chen S., Whitmann D.,Shyu M., Yan J., Zhang C., 2002. A progressive morphological filter for removing non-ground measurments from airborne LIDAR data. Journal of Latex Class Files. Vol.1(8).