Aproksymacja powierzchni terenu na podstawie danych lotniczego skaningu laserowego z wykorzystaniem modelu aktywnych powierzchni

• Autorzy: Borkowski A. , Jóźków G.

Warianty tytułu

EN

Airborne laser scanning data-based approximation of terrain surface using the active surface model

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Model aktywnej powierzchni (flakes) otrzymuje się w wyniku rozwiązania zadania wariacyjnego, w którym minimalizowana jest energia całkowita powierzchni, Energia ta opisuje zarówno właściwości geometryczne modelowanej powierzchni jak i właściwości oraz strukturę danych pomiarowych. Model flakes wykorzystywano dotychczas w procesie filtracji danych skaningu laserowego. W niniejszej pracy model ten zastosowano zarówno do filtracji błędów grubych jak i do interpolacji numerycznego modelu terenu (NMT). Otrzymany NMT porównano z modelem otrzymanym w wyniku interpolacji z wykorzystaniem oprogramowania komercyjnego ImageStation. Wykorzystując model aktywnej powierzchni wyinterpolowano NMT na regularnej siatce (GRID) o boku 1 m. Zbiór punktów terenu powstały w wyniku filtracji posłużył do utworzenia, z wykorzystaniem ImageStation, modelu GRID z węzłami ściśle odpowiadającymi węzłom NMT. Modele zbudowano dla terenu rolniczo-leśnego o powierzchni około 1.5 km². W około 1.5*10⁶ węzłach siatki obliczono różnice wysokości pomiędzy obydwoma modelami. Średnia różnica wysokości pomiędzy modelami wynosi -0.05 m, a błąd średni różnic wysokości wynosi 0.34 m. Największe rozbieżności pomiędzy modelami zaobserwowano dla terenów leśnych. Dla pozostałych terenów różnice wysokości pomiędzy modelami są znikome. Przeprowadzony eksperyment numeryczny pokazał, że model flaks może być z powodzeniem zastosowany zarówno do filtracji danych skaningu laserowego jak i do interpolacji NMT na podstawie tych danych.

EN

The active surface model (the flakes model) is determined by solving a variation problem in which the total energy of the surface is minimized: E_tot = E_int + E_ext → min. The internal energy, E_int describes geometrical properties of the modelled surface and is defined as the weighted sum of membrane kernel z²_x + z²_y and thin plate kernel z²_xx + 2z²_xy + z²_yy : E_int = α/2 z²_x + z²_y + β/2 (z²_xx + 2z²_xy + z²_yy). The weighting parameters α and β are chosen arbitrarily, the choice depending on implementation and geometrical properties (smoothness) of the modelled surface. The external energy E_int depends on the data. Depending on the implementation, the external energy may be described in different ways. So far, the active surface model has been used in research on filtration of airborne laser scanning data. The filtration is based on elimination of points (laser beam reflections) which do not belong to the terrain surface. The numerical tests performed confirmed the correctness of the method of airborne laser scanning data filtering presented. The filtration was correct in more than 90%. In this work, the active surface model was used both for filtering out gross errors and for interpolating the digital terrain model (DTM). The DTM obtained was compared to the DTM built with the commercial software ImageStation. In the active surface model application, a 1 m GRID DTM was interpolated. The filtering process produced a set of terrain points. The set was entered in the ImageStation to build a DTM of irregular TIN type. The software used allowed to transform this DTM to a regular GRID format. The GRID model was generated strictly in the same nodes to which the first DTM (interpolated using the active surface model) was interpolated. The models were developed for a rural-forested area of about 1.5 km². Differences between the DTMs built using the flakes model and the ImageStation were calculated for about of 1.5•10⁶ GRID nodes. The altitude differences ranged from -2.72 to 3.31 m. The mean difference between the models was -0.05 m, the RMS of the differences amounting to 0.34 m. The largest discrepancies between the DTMs were identified in the forested part of the area, particularly where there were few terrain points. In the rural part of the area, the altitude differences between the models were small.

Słowa kluczowe

PL

płatki; NMT; TIN; GRID; interpolacja

EN

flakes; DTM; TIN; grid; interpolation

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 18a
• Strony: 21--29
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Borkowski A.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, tel. [phone] fax: [phone]

autor

Jóźków G.

• Instytut Geodezji i Geoinformatyki, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, tel. [phone] fax: [phone]

Bibliografia

• 1. Borkowski A., 2004. Modellierung von Oberflächen mit Diskontinuitäten. Deutsche Geodätische Kommission, Reihe C, Heft Nr 575.
• 2. Borkowski A., 2005. Filtracja danych lotniczego skaningu laserowego z wykorzystaniem metody aktywnych powierzchni. Roczniki Geomatyki, tom III, zeszyt 4, PTIP, s. 35-42.
• 3. Borkowski A., Gołuch P., Wehr A., 2006a. Rejestracja doliny rzeki Widawy z wykorzystaniem lotniczego skanowania laserowego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 16., s. 53-62.
• 4. Borkowski A., Gołuch P., Wehr A., Schiele O., Thomas M., 2006b. Airborne laser scanning for the purpose of hydrodynamic modelling of Widawa river valley. Reports on Geodesy, No 2(77), pp. 85-94.
• 5. Borkowski A., Jóźków G., 2008. Airborne Laser Scanning Data Filtering Using Flakes. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII, Part B3b, pp. 179-184.
• 6. Borkowski A., Jóźków G., 2007. Ocena poprawności filtracji danych lotniczego skaningu laserowego metodą aktywnych powierzchni. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17, s. 83-92.
• 7. Briese C., Pfeifer, N., Dorninger P., 2002. Applications of the robust interpolation for DTM determination. Symposium ISPRS Commision III, Photogrammetric Computer Vision, Graz, 9 - 13 September 2002. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXXIV / 3A, pp. 55-61.
• 8. Gołuch P., Borkowski A., Jóźków G., 2007. Dokładność danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 17, s. 261-270.
• 9. ImageStation DTM Collection (ISDC), 2004. User’s Guide. Z/I Imaging, Huntsville, Alabama, s. 132.