Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Zastosowanie dyskretnej transformacji falkowej do filtracji danych lotniczego skaningu laserowego

Borkowski A., Sośnica K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2009

|

Vol. 20

35--45

PL

Lotniczy skaning laserowy stanowi efektywne narzędzie do pozyskiwania informacji zarówno o fizycznej powierzchni ziemi, jak i elementach pokrycia terenu. Kluczowe zagadnienie w przetwarzaniu danych pochodzących ze skaningu laserowego stanowi filtracja, rozumiana jako eliminacja wszystkich punktów, nie należących do określonej powierzchni. Ze względu na duże zbiory danych skaningu laserowego poszukuje się szybkich algorytmów obliczeniowych, posiadających możliwości analizy danych w bardzo krótkim czasie. W artykule podjęto próbę opracowania uniwersalnej metody szybkiej filtracji danych lotniczego skaningu laserowego, opartej na analizie falkowej. W tym celu opracowano algorytm dwuetapowej filtracji, realizujący proces eliminacji punktów w dziedzinie częstotliwości. Filtrację oparto na założeniu, że wysokie częstotliwości sygnału, utożsamianego z profilami terenowymi, korespondują z obiektami na powierzchni terenu. Niskie częstotliwości odpowiadają natomiast za ogólny przebieg powierzchni gruntu. W pierwszym etapie filtracji opartej na filtrze dolnoprzepustowym dyskretnej transformacji falkowej, przeprowadzana jest identyfikacja wszystkich punktów znacznie odstających od powierzchni aproksymacji. Następuje redukcja wysokości punktów oraz budowa kolejnej powierzchni aproksymacji, nie zaburzonej wpływem obiektów terenowych. Aproksymacja terenu przybliża przebieg powierzchni gruntu, dzięki czemu algorytm działa zarówno w terenie płaskim, pochyłym, jak i pagórkowatym. Testy numeryczne opracowanego algorytmu zostały przeprowadzone na danych rzeczywistych. Wyniki filtracji danych na obiektach testowych są satysfakcjonujące. Skuteczność algorytmu oceniono na 95%, przy możliwości filtracji 1 miliona punktów w czasie 3.4 sekundy na komputerze przeciętnej klasy.

EN

Airborne Laser Scanning (ALS) provides an effective tool for gaining data about physical terrain as well as features on the earth’s surface. The main problem in the process of analysing ALS data is filtration, i.e. the elimination of all recorded points which do not belong to the particular surface being considered. Because large datasets of points are being considered, appropriately fast algorithms are needed in order to process the data in a very short timespan. The objective of the research was to develop a universal method of fast filtration of the airborne laser scanning data based on wavelet analysis. The algorithm of two-steps filtration, which has been developed for this purpose, carries out the process of filtration in the domain of wavelet frequency. In this process, high frequencies of the signal, which can be thought as the terrain profiles, correspond to objects on the surface. Low frequencies are basically responsible for the surface of the ground. In the first step of the filtration process, based on a low pass filter of discrete wavelet transform, the identification of all points which lie away from the approximation surface, is made. Then a reduction in the height of the points is carried out as well as the construction of a final approximation surface, which is unbiased by the influence of artificial structures on the ground. This completes the filtration process. The algorithm works well both on a flat area as well as in hilly and mountainous terrain. The method has been tested on real data obtained by airborne laser scanning carried out in the “Widawa River Valley” campaign in 2005. The results of filtration are satisfactory. The accuracy of the algorithm was estimated at 95 %, with a capacity to filter 1 million points in 3.4 seconds

2

Badanie dokładności NMT interpolowanego na podstawie danych lotniczego skaningu laserowego systemu ScaLARS

Gołuch P., Borkowski A., Jóźków G.

Acta Scientiarum Polonorum. Geodesia et Descriptio Terrarum

|

2008

|

Vol. 7, nr 2

37-47

PL

Dokładność Numerycznego Modelu Terenu (NMT), interpolowanego na podstawie danych lotniczego skaningu laserowego, zależy od wielu czynników, m.in. od ukształtowania terenu, pokrycia terenu, stabilności nalotu fotogrametrycznego, jakości danych nawigacyjnych i dokładności kalibracji, terenowej wielkości śladu plamki promienia lasera (wysokości lotu i zbieżności wiązki), gęstości pozyskanych punktów, zastosowanej metody filtracji danych. W pracy przedstawiono ocenę dokładności NMT zrealizowanego dla 20-kilometrowego odcinka doliny rzeki Widawy na potrzeby modelowania hydrodynamicznego. Skaning laserowy wykonany został prototypowym skanerem ScaLARS, skonstruowanym w Instytucie Nawigacji Uniwersytetu w Stuttgarcie. Do rejestracji sygnału INS i GPS wykorzystano system Applanix POS/AV 510. Nalot wykonano samolotem AN-2, z wysokości 550 m. Terenowa wielkość śladu plamki lasera to około 0.6 m. Kalibrację systemu wykonano semi-automatycznie, uzyskując błąd bezwzględny w odniesieniu do obszarów kontrolnych, pomierzonych techniką GPS na poziomie 0.3 m wzdłuż i w poprzek do kierunku lotu oraz błąd wysokości 0.1 m. Badanie dokładności zbudowanego NMT przeprowadzono w oparciu o dane pozyskane z pomiaru terenowego technikami GPS i tachimetryczną. Wykonano pomiar na czterech reprezentatywnych obszarach obiektu badawczego. Filtrację danych przeprowadzono automatycznie z wykorzystaniem własnych algorytmów, bazujących na odpornej aproksymacji danych ruchomą powierzchnią wielomianową. W zależności od ukształtowania i pokrycia terenu uzyskano dokładności wysokościowe NMT od 0.17 m do 0.46 m.

EN

Accuracy of Digital Terrain Model (DTM) generated from airborne laser scanning data depends on many factors, e.g. terrain structures, landcover, stability of photogrammetric flight, quality of navigation data, accuracy of calibration, size of laser footprint on terrain (height of flight and convergence of laser beam), density of captured points, method of raw ALS data filtering. In this work the accuracy determination of DTM generated for 20-kilometer part of valley of Widawa river was presented. This DTM was used in hydrodynamic modelling. Airborne laser scanning was carried out using prototypic ScaLARS scanner (developed in Institute of Navigation of Stuttgart University). INS and GPS signals were registered by Applanix POS/AV 510 system. Photogrammetric flight using AN-2 aeroplane was made from height of 550 m. Footprint of laser beam had on the terrain size of about 0.6 m. Calibration of system was carried out semiautomatically. In the reference of GPS measured control fields relative error was estimated on the level about 0.3 m (along and across the flight direction) and error of height was about 0.1 m. Research of accuracy determination of generated DTM was carried out based upon fields measurements using GPS and tacheometric techniques. The measurements were made for four representative fields of study area. Data filtering was carried out using own algorithms based upon robust estimation of moving polynomial surface to scanning data. Depending on the terrain landscape and landcover DTM accuracy was evaluated from value 0.17 m to 0.46 m.

3

Rejestracja doliny rzeki Widawy z wykorzystaniem lotniczego skanowania laserowego

Borkowski A., Gołuch P., Wehr A.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2006

|

Vol. 16

53--62

PL

W ramach projektu badawczego wykonano skaning laserowy doliny rzeki Widawy, w okolicy Wrocławia. Wykorzystano w tym celu prototypowy skaner ScaLARS (CW scanner), skonstruowany w Instytucie Nawigacji Uniwersytetu Stuttgarcie, a do rejestracji sygnału GPS i INS wykorzystano system Applanix POS/AV 510. Skaning wykonano dla 20 kilometrowego ujściowego odcinka rzeki Widawy w pasie o szerokości 2 km. Zarejestrowano około 150 milionów punktów ze średnią rozdzielczością około 3 pkt/m2 i dokładnością wysokościową na poziomie 0.2 m. Skaning laserowy doliny Widawy wykonany został dla pozyskania danych dla potrzeb modelowania hydrodynamicznego. W pracy podano podstawowe informacje dotyczące systemu ScaLARS, oraz doświadczenia związane z realizacją projektu. Omówiono produkty pochodne skaningu oraz ich przydatność w procesie modelowania hydrodynamicznego.

EN

Airborne Laser Scanning (ALS) is a modern technology, which within last years has revolutionized the process of collecting data on terrain topography, especially in afforested terrains and wooded areas. The laser scanning system integrates three measuring techniques: GPS, INS and laser scanning. The airborne laser scanning of the Widawa river valley near Wrocław was performed in the research project. A prototype scanner - ScaLARS, constructed at Institute of Navigation, University of Stuttgart, was used. The Applanix POS/AV 510 system (Position and Orientation System for Airborne Vehicles) was used for GPS and INS signals registration. The ScaLARS, as opposed to commercial systems, uses the Continuous Wave (CW scanner). The project involved scanning 20 kilometres of the Widawa river estuary with a width range of about 2 km. The calibration of system was executed in support of control areas measured by GPS techniques. The mean error of calibration in reference to control areas carried out 0.3 m along the flight direction and across the flight direction, as well as 0.1 m in the vertical direction About 150 million points were registered with an average resolution of about 3pts / m2. The vertical accuracy of laser scanning was estimated at the level of 0.2 m based upon a large-scale map (1:500) using infrastructure elements. The laser scanning of the Widawa river valley was executed in order to collect data for hydrodynamic modelling. Traditionally, the laser scanning data is used for generation of Digital Terrain Models (DTM) and Digital Surface Models (DSM). The spatial distribution of laser points on forest terrain is also useful information for hydrodynamic modelling. The ScaLARS system also records the intensity of the reflection of the laser ray as well as the quality parameters of the registered returned signal. Moreover, this information can be helpful in classifying land cover that is necessary in hydrodynamic modelling. In this paper, the basic data on the ScaLARS system and the research carried out while implementing the project were presented. Additional products of laser scanning, as well as their usefulness in hydrodynamic modelling were also shown.