Określanie grubości pokrywy śnieżnej na podstawie fotogrametrycznych zdjęć naziemnych

• Autorzy: Kolecki J. , Kolecka N.

Warianty tytułu

EN

Determination of snow depth using terrestrial photogrammetric images

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Określanie grubości pokrywy śnieżnej w terenie górskim ma duże znaczenie dla modelowania zagrożenia lawinowego, a także w analizach przyrodniczych, m.in. hydrologicznych. W niniejszym artykule przedstawiono prace mające na celu ocenę możliwości automatycznego generowania chmur punktów na podstawie naziemnych zdjęć fotogrametrycznych stoków górskich pokrytych śniegiem, w celu określenia przestrzennego rozkładu grubości pokrywy śnieżnej. Obszar badań znajduje się w Dolinie Pięciu Stawów Polskich w Tatrach Wysokich, na stokach pomiędzy Gładką Przełęczą a Walentkowym Wierchem. Zdjęcia wykonano w sezonie zimowym, przy zalegającej pokrywie śnieżnej, a następnie powtórzono w sezonie letnim. W tym celu wykorzystano lustrzankę cyfrową Nikon D5100 z obiektywem stałoogniskowym 85 mm, wyposażoną w matrycę 16 Mpix. Na podstawie zdjęć w programie PhotoModeler Scanner wygenerowane zostały automatycznie chmury punktów reprezentujące odpowiednio powierzchnię śniegu i powierzchnię terenu. Chmury poddano triangulacji, przy czym chmura pochodząca ze zdjęć wykonanych w porze letniej posłużyła do budowy referencyjnej powierzchni terenu, i do niej odniesiono wysokości powierzchni utworzonej z chmury punktów wygenerowanej ze zdjęć wykonanych zimą. Różnice wysokości pomiędzy nimi stanowiły miarę grubości pokrywy śnieżnej. Na badanym obszarze maksymalna grubość pokrywy śnieżnej wynosiła 8.7 m, a średnia grubość była równa 2.9 m Uzyskane wyniki pozwalają twierdzić, że naziemna fotogrametria cyfrowa może stanowić skuteczną metodę pozyskiwania informacji o grubości pokrywy śnieżnej dla niewielkich obszarów obejmujących górskie stoki i zbocza dolin.

EN

Determination of snow cover depth in mountainous terrain is of major importance for avalanche monitoring systems. Besides it is needed as an input information for environmental analysis, especially in hydrology. The aim of researches addressed in this paper was to evaluate the feasibility of using terrestrial photogrammetric images of mountain slopes for point cloud generation for snow cover mapping. The test area was located in the Pięć Stawów Valley in High Tatra in Poland. The image acquisition was carried out for slopes between Gładka Pass and Walentkowy Wierch. The first set of images was acquired during the winter season, when the deep snow cover reaches its highest annual values. Subsequently the second set of images was taken in summer, after the snow cover melted. The terrestrial image network was formed from all the images. The bundle adjustment was calculated and the winter and summer point clouds were generated using the dense matching algorithm. The mesh was built using the adjusted summer images. Created mesh was treated as a reference surface for measuring height of winter points. Calculated heights were used as a measures of snow depth. For some parts of test area the automatic generation of point clouds failed due to lowcontrast snow texture. In the rest of the test area the calculated snow depth is highest for the concave terrain formations. The results show that the terrestrial photogrammetry may by an attractive approach for acquiring the information about the snow depth distribution at small areas comprising slopes of mountains and valleys.

Słowa kluczowe

PL

chmura punktów; pokrywa śnieżna; modelowanie 3D; powierzchnia terenu; zdjęcie naziemne; modelowanie powierzchni

EN

point cloud; snow cover; 3D modelling; terrain surface; terrestial image; surface modelling

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 25
• Strony: 85--93
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Kolecki J.

• Katedra Geoinformacji, Fotogrametrii i Teledetekcji Środowiska, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Kolecka N.

• Zakład Systemów Informacji Geograficznej, Kartografii i Teledetekcji, Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Jagielloński

Bibliografia

• 1. Blyth K., Painter R.B., 1973. Analysis of Snow Distribution Using Terrestrial Photogrammetry. Advanced Concepts and Techniques in the Study of Snow and Ice Resources [red. H.S. Santeford, J.L. Smith], s. 679-685.
• 2. Buchroithner M.F., 2002. Creating the virtual Eiger North Face. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 57 (1-2), s. 114-125.
• 3. Bühler Y., Hüni A., Christen M., Meister R., Kellenberger T., 2009. Automated detection and mapping of avalanche deposits using airborne optical remote sensing data. Cold Regions Science and Technology, 57(2–3), s. 99-106.
• 4. Cline D.W., 1993. Measuring Snow Depths by Digital Photogrammetry, Proceedings of the 61st Western Snow Conference, June 8-10, 1993, Quebec City, Quebec, s. 265-271.
• 5. Deems J., Painter T. , 2006. LiDAR Measurement of Snow Depth: Accuracy and Error Sources. Proceedings of the 2006 International Snow Science Workshop, Telluride, Colorado. s. 330-338.
• 6. ESRI, 2012: http://www.esri.com
• 7. Evans B. M., Walker D. A., Benson C. S., Nordstrand E. A., Petersen G. W. , 1989. Spatial interrelationships between terrain, snow distribution and vegetation patterns at an arctic foothills site in Alaska. Ecography, 12, s. 270-278.
• 8. GeoMagic. 2012: http://www.geomagic.com
• 9. IMGW. 2012: http://www.imgw.pl/wl/internet/zz/oddzialy/krakow/lawiny/_pom_met/5staw.html
• 10. Kirnbauer R., Blöschl G., Waldhäusl P., Hochstöger F., 1991. An analysis of snow cover patterns as derived from oblique aerial photographs, Snow, Hydrology and Forests in High Alpine Areas (Proceedings of the Vienna Symposium), IAHS Publ. no. 205, s. 91-99.
• 11. Kolecka N., 2011. Photo-based 3D Scanning vs. Laser Scanning – Competitive Data Acquisition Methods for Digital Terrain Modelling of Steep Mountain Slopes. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVIII – 4/W19.
• 12. Photomodeler. 2012: http://www.photomodeler.com
• 13. Prokop A., 2008. Assessing the applicability of terrestrial laser scanning for spatial snow depth measurements. Cold Regions Science and Technology, 54(3), s. 155-163.
• 14. Remondino F., El-Hakim S. , 2006. Image-based 3D modelling: a review. The Photogrammetric Records, 21(115), s. 269-291.
• 15. Smith F.M., Cooper C.F., Chapman E.G., 1967. Measuring Snow Depths by Aerial Photogrammetry. Proceedings of the 35th Western Snow Conference, April 18-20, 1967, Boise, Idaho, s. 66-72.
• 16. Vallet J., 2001. Handheld Mobile Mapping system for Helicopter-based Avalanche Monitoring, OEEPE workshop "Integrated sensor Orientation" 17-18 September, 2001. Hannover.
• 17. Vallet J., Skaloud J., Koelbl O., Merminod B., 2000. Development of a Helicopter-Based Integrated System for Avalanche Mapping and Hazard Management, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Amsterdam, Vol. XXXIII, Part B.2, s. 565-572.
• 18. VRMesh. 2012: http://www.vrmesh.com
• 19. Zarząd Topograficzny Sztabu Generalnego WP, Mapa topograficzna w skali 1:10 000 Warszawa, 1992.