Ocena dokładności wysokościowej danych lotniczego skaningu laserowego systemu ISOK na obszarze doliny rzeki Widawy

• Autorzy: Pawłuszek K. , Ziaja M. , Borkowski A.

Warianty tytułu

EN

Accuracy assessment of the height component of the airborne laser scanning data collected in the ISOK system for the Widawa river valley

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównym obszarem zastosowań lotniczego skaningu laserowego (ALS) jest budowa wysokorozdzielczych precyzyjnych numerycznych modeli terenu (NMT). W Polsce, na potrzeby budowy systemu osłony przed nadzwyczajnymi zagrożeniami, zeskanowano niemal całą powierzchnię kraju. Jakość i dokładność danych skaningu były przedmiotem kontroli na etapie ich pozyskiwania. W niniejszej pracy dane te poddano ocenie dokładności wysokościowej według odmiennej metodyki. Dokonano oceny dokładności wewnętrznej polegającej na wpasowaniu, metodą najmniejszych kwadratów, płaszczyzny w zbiór danych repezentujących płaską powierzchnię, np. połać dachu, oraz oszacowaniu błędu średniego na podstawie odchyłek danych ALS od tej powierzchni. Testy wykonano dla 36 płaszczyznowych powierzchni reprezentujących dachy, drogi, łąki oraz pola orne. W przypadku powierzchni antropogenicznych otrzymany błąd średni kształtuje się na poziomie zbliżonym do dokładności pomiaru odległości przez system skanujący i wynosi od 2 do 4 cm. Dla powierzchni naturalnych, o dużej szorstkości błąd ten rośnie do wartości od 3 do 20 cm. Ocenę dokładności zewnętrznej (absolutnej) wykonano na podstawie porównania wysokości danych ALS z wysokościami punktów referencyjnych pomierzonych technikami geodezyjnymi. Oszacowanie dokładności przeprowadzono w przypadku trzech klas pokrycia terenu (pola i łąki, drogi, lasy) oraz czterech obszarów testowych, zlokalizowanych na obszarze doliny rzeki Widawy. Ocenę dokładności wykonano na potrzeby modelowania hydrologicznego. Dokładność absolutna waha się w poszczególnych typach pokrycia od niewiele ponad 10 cm w przypadku dróg do ponad dwukrotnie większej wartości na terenach leśnych.

EN

The main application of airborne laser scanning (ALS) technology is the data collection for creating high quality digital elevation models (DEM). In Poland, almost entire area of the country has been scanned for the implementation phase of extraordinary hazards (mostly water hazards) protection system (ISOK). The quality of acquired data was a subject of inspection at the acquisition time. In this study, an alternative methodology was applied to evaluate the height component accuracy of the ALS data. For the inner accuracy evaluation (data consistency), subsets of the point cloud representing flat surfaces (e.g. roofs) were used. This data was approximated by a plane using least squares method. Based on residuals between approximated plane and the ALS data a mean square error was calculated. Numerical tests were executed for 36 planes representing roofs, roads, meadows and arable fields. For the anthropogenic areas the estimated mean square error is similar to the accuracy of distance measurement by a scanning system and ranges from two to four cm. In the case of natural surfaces that are characterized by high roughness, the error increases to a value of three to twenty cm. In order to assess the external (absolute) accuracy of the ALS data, heights of the reference points measured by geodetic techniques were compared with the heights of corresponding (neighboring) ALS points. The accuracy assessment was carried out for three classes of the land use (arable fields and meadows, roads, forests) and four test areas, located in the area of Widawa River Valley. The absolute accuracy varies for different types of land use from slightly more than ten cm for roads to more than double the value for forests.

Słowa kluczowe

PL

lotniczy skaning laserowy; NMT; ISOK; dokładność

EN

airborne laser scanning (ALS); DTM; ISOK; accuracy

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Geodesia et Descriptio Terrarum
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 13, nr 3-4
• Strony: 27--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys. tab.

Twórcy

autor

Pawłuszek K.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

autor

Ziaja M.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

autor

Borkowski A.

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu

Bibliografia

• Bakuła K.I., 2014. Rola redukcji ilościowej danych wysokościowych pozyskanych z lotniczego skaningu laserowego w procesie tworzenia map zagrożenia powodziowego. Rozprawa doktorska, Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii.
• Borkowski A., Gołuch P., Mokwa M., Tymków P., 2006a. Wykorzystanie lotniczego skaningu laserowego do budowy numerycznego modelu terenu doliny rzeki Widawy. Problemy Hydrotechniki, 171–178.
• Borkowski A., Gołuch P., Wehr A., 2006b. Rejestracja doliny rzeki Widawy z wykorzystaniem lotniczego skanowania laserowego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 16, 53–62.
• Borkowski A., Gołuch P., Wehr A., Schiele O., Thomas M. 2006c. Airborne laser scanning for the purpose of hydrodynamic modelling of Widawa river valley. Reports on Geodesy, No. 2 (77), 85–94.
• Cleveland W.S., 1985. The Elements of Graphing Data. Wadsworth.
• Estornell J., Ruiz L.A., Velázquez-Martí B., Hermosilla H., 2011. Analysis of the factors affecting LiDAR DTM accuracy in a steep shrub area. International Journal of Digital Earth, Vol. 4 (6), 522–538.
• Gołuch P., Borkowski A., Jóźków G., 2007. Ocena dokładności danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17, 261–270.
• Gołuch P., Borkowski A., Jóźków G., 2008. Badanie dokładności NMT interpolowanego na podstawie danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS. Acta Scientiarum Polonorum seria Geodesia et Dercriptio Terrarum, (7) 2, 37–47.
• Habib A.F., Al-Durgham M., Kersting A.P., Quackenbush P., 2008. Error budget of LiDAR systems and quality control of the derived point cloud. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B1. Beijing, 203–210.
• Kowalski M., 2013. Zastosowanie technologii lotniczego skaningu laserowego na przykładzie projektu Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami (ISOK). Przegląd Geodezyjny, LXXXV, Nr 11, 9–12.
• Kraus K., Karel W., Briese C., Mandlburger G., 2006. Local accuracy measure for digital terrain models. Photogrammetric Record 2 (116), 342–354.
• Liu X., 2011. Accuracy assessment of LiDAR elevation data using survey marks. Survey Review, 43 (319), 80–93.
• Maas H.G., 2003. Planimetric and height accuracy of airborne lasers canner data: user requirements and system performance [in:] D. Fritsch (ed.), Photogrammetric Week 03, Wichmann, 117–125.
• Sobczyk M., 2002. Statystyka. PWN Warszawa.
• Wężyk P. (red.), 2015. Podręcznik dla uczestników szkoleń z wykorzystaniem produktów LiDAR. ISOK, Warszawa
• Wang J., Xu L., Li X., Quan Z., 2012. Quantitative evaluation of impacts of random errors on ALS accuracy using multiple linear regression method. IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement. Vol. 61 (8), 2242–2252.
• Vosselman G., Maas H.G., 2010. Airborne and terrestrial laser scanning. Whittles Publishing, Dunbeath.
• Zhang X., Liu J., 2004. Analysis of systematic error influences on accuracy of Airborne Laser Scanning Altimetry. Geospatial Information Science, Vol. 7 (3), 218–224.