Analysis of the consistency between a digital terrain model (DTM) generated from aerial photographs and a model obtained using airborne laser scanning (LiDAR)

• Autorzy: Modlińska Paulina

Identyfikatory

DOI

10.15576/GLL/210754

Warianty tytułu

PL

Analiza spójności pomiędzy numerycznym modelem terenu (NMT) wygenerowanym na podstawie zdjęć lotniczych a modelem uzyskanym za pomocą lotniczego skanowania laserowego (LiDAR)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to analyze the consistency of two digital terrain models (DTMs): one generated from aerial photographs using the Delta photogrammetric workstation, and the other developed based on airborne laser scanning data (LiDAR, ALS). The comparison was conducted in the area of the village Chańcza and the Chańcza Reservoir, characterised by varied morphology (flat areas, forested and built-up zones). The analysis aimed to assess the geometric consistency of both models, identify elevation differences, and evaluate their suitability in the context of diverse terrain conditions. The source data included digital aerial images and a LiDAR point cloud with an average density of 4 points/m². Processing involved the reconstruction of TIN models on the Delta photogrammetric workstation and using Terrasolid software (including the TerraScan and TerraModeler modules), as well as spatial comparison using CloudCompare tools (cloud-to-cloud analysis). The results showed that the average height difference between the models was 4.14 cm, with a maximum deviation of 23.41 cm, mainly in forested areas. The smallest discrepancies were recorded in flat areas. It was also noted that the differences increase with terrain elevation. The analysis demonstrated that both photogrammetric data and LiDAR can be effectively used to generate digital terrain models. However, the choice of data acquisition method should always depend on the terrain morphology and the expected accuracy of the final model. This approach ensures that the task is performed cost-effectively and to a high standard.

PL

Celem badania była analiza spójności dwóch numerycznych modeli terenu (NMT): jednego wygenerowanego ze zdjęć lotniczych z wykorzystaniem stacji fotogrametrycznej Delta oraz drugiego opracowanego na podstawie danych lotniczego skanowania laserowego (LiDAR, ALS). Porównanie przeprowadzono na obszarze wsi Chańcza i Zalewu Chańcza, charakteryzujących się zróżnicowaną morfologią (tereny płaskie, strefy leśne i zabudowane). Analiza miała na celu ocenę spójności geometrycznej obu modeli, identyfikację różnic wysokości oraz ocenę ich przydatności w kontekście zróżnicowanych warunków terenowych. Dane źródłowe stanowiły cyfrowe zdjęcia lotnicze oraz chmura punktów LiDAR o średniej gęstości 4 punktów/m². Przetwarzanie obejmowało rekonstrukcję modeli TIN na stacji fotogrametrycznej Delta oraz z wykorzystaniem oprogramowania Terrasolid (w tym modułów TerraScan i TerraModeler), a także porównanie przestrzenne z wykorzystaniem narzędzi CloudCompare (analiza typu cloud-to-cloud). Wyniki pokazały, że średnia różnica wysokości między modelami wyniosła 4,14 cm, przy maksymalnym odchyleniu 23,41 cm, głównie na terenach zalesionych. Najmniejsze różnice odnotowano na terenach płaskich. Zauważono również, że różnice rosną wraz z wysokością terenu. Analiza wykazała, że ​​zarówno dane fotogrametryczne, jak i dane LiDAR mogą być skutecznie wykorzystywane do generowania cyfrowych modeli terenu. Wybór metody akwizycji danych powinien jednak zawsze zależeć od morfologii terenu i oczekiwanej dokładności modelu końcowego. Takie podejście gwarantuje ekonomiczną realizację zadania i wysoki standard.

Słowa kluczowe

EN

digital terrain model; DTM; airborne laser scanning; ALS; model comparison; light detection and ranging; LiDAR

PL

numeryczny model terenu; DTM; lotnicze skanowanie laserowe; ALS; porównanie modeli; wykrywanie światła i pomiaru odległości; LiDAR

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie
• Czasopismo: Geomatics, Landmanagement and Landscape
• Rocznik: 2025
• Tom: no. 3
• Strony: 191--203
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Modlińska Paulina

• Faculty of Geoengineering, Mining and Geology, Wrocław University of Science and Technology

• https://orcid.org/0009-0000-5086-1608

Bibliografia

• 1. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS). 2019. LAS specification version 1.4-R15. Bethesda, MD https://www.asprs.org/wp-content/uploads/2019/07/ LAS_1_4_r15.pdf [acessed: 06.09.2025].
• 2. Bernasik J. 2003. Elementy fotogrametrii i teledetekcji. Kraków. Wydawnictwo AGH.
• 3. CloudCompare. 2025. Cloud-to-Cloud Distance. https://www.cloudcompare.org/doc/wiki/index.php/Cloud-to-Cloud_Distance [acessed: 27.07.2025].
• 4. Delaunay B. 1934. Sur la sphère vide. Bull. Acad. Science USSR, VII: Class. Sci. Mat. Nat., 793–800.
• 5. Dwivedi R.S. 2018. Passive Remote Sensing. In: Geospatial Technologies for Land Degradation Assessment and Management, 31‒65. CRC Press.
• 6. Gaździcki J. 2001. Leksykon geomatyczny. Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej, Wydawnictwo „Wieś Jutra” Sp. z o.o.
• 7. Gil A.L., Núñez-Casillas L., Isenburg M., Benito A.A., Bello J.J.R., Arbelo M. 2013. A comparison between LiDAR and photogrammetry digital terrain models in a forest area on Tenerife Island. Canadian Journal of Remote Sensing, 39(5), 396–409. https://doi.org/10.5589/m13-047
• 8. Jan J.F. 2005. Comparison of forest canopy height derived using LiDAR data and aerial photos. Taiwan Journal of Forest Science, 20(1), 13–27.
• 9. Kurczyński Z. 2014. Fotogrametria. Warszawa, Wydawnictwo Naukowe PWN.
• 10. Kwoczyńska B., Bielski B. 2009. Wykorzystanie stacji cyfrowej Delta firmy Geosystem do opracowania elewacji Pałacu Lubomirskich w Niezdowie. https://science.lpnu.ua/sites/default/files/journal-paper/2017/may/1716/gka71200932.pdf / [acessed: 20.07.2025].
• 11. Martínez-Agirre A., García-Morales V., Álvarez-Mozos J. 2020. Comparison of digital terrain models obtained with LiDAR and photogrammetry. In: F. Cavas-Martínez, F. Sanz-Adan, P. Morer Camo, R. Lostado Lorza, J. Santamaría Peña (eds.). Advances in design engineering. INGEGRAF 2019. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-41200-5_63
• 12. Piech I. 2011. Wizualizacja numerycznego modelu terenu dla fragmentu obszaru Kamionki Wielkiej. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 8(3).
• 13. Rada Gminy Raków. 2017. Uchwała Nr XXXII/189/2017 z dnia 29 marca 2017 r. w sprawie przyjęcia „Programu Rewitalizacji Gminy Raków na lata 2016–2025”. Dziennik Urzędowy Województwa Świętokrzyskiego 2017. https://bip.rakow.pl [acessed: 27.07.2025].
• 14. Rodríguez-Gonzálvez P., Garcia-Gago J., Gomez-Lahoz J., González-Aguilera D. 2014. Confronting Passive and Active Sensors with Non-Gaussian Statistics. Sensors, 14(8), 13759-13777. https://doi.org/10.3390/s140813759
• 15. Terrasolid. User Guides, 2025. https://terrasolid.com/guides/user-guides/ (acessed 26.07.2025)
• 16. Urząd Miasta i Gminy w Rakowie. 2013. Charakterystyka elementów środowiska przyrodniczego. https://rakow.pl/gmina-informacje/charakterystyka-element%C3%B3w-%C5%9Brodowiska-przyrodniczego.html? [acessed: 23.07.2025].
• 17. Wood J.D. 1996. The geomorphological characterization of digital elevation models. Ph.D. thesis, University of Leicester.
• 18. Wytyczne techniczne K-2.8. 2001.
• 19. Zhu L., Suomalainen J., Liu J., Hyyppä J., Kaartinen H., Haggren H. 2018. A review: Remote sensing sensors. Multi-purposeful application of geospatial data, 19, 19‒42.
• 20. Zhu Q., Zhang Y., Li F. 2008. Three-dimensional TIN algorithm for digital terrain modeling. Geo-spatial Information Science, 11(1), 79–85. https://doi.org/10.1007/s11806-008-0043-6