Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

3D modelling of historic buildings based on integrated data from airborne and terrestrial laser scanning

Kwoczyńska Bogusława, Nowak Kinga, Woźniak Krzysztof

Geomatics, Landmanagement and Landscape

|

2023

|

no. 4

259--273

EN

Currently, the modelling of historic buildings is most often performed on the basis of data obtained by terrestrial laser scanning. It ensures both the speed of information acquisition and the high accuracy of the final elaboration. However, there are situations in which the terrain layout or the structure of the building limits the possibility of obtaining full information on its shape. In such situations, the solution is to integrate data from various measurement devices. In the case of creating a full 3D model of large buildings, one of the ways to supplement the data, especially the roof of the building, is to use data from airborne laser scanning. The research used the integration of airborne laser scanning data with data recorded with the Leica ScanStation P40 terrestrial laser scanner. Combined point clouds were used for 3D modelling of two different historic buildings in Krakow. Modelling was performed with the Bentley CAD software and in Leica Cyclon 3DR and 3DReshaper. The accuracy of data integration was determined and the advantages and disadvantages of using the above-mentioned software for 3D modelling of architectural objects were shown. The result of the study is a 3D model of St. Florian’s Gate and the Palace of Art in Krakow.

2

The Development of Terrestrial Laser Scanning Technology and Its Applications in Mine Shafts in Poland

Lipecki Tomasz, Kim Thi Thu Huong

Inżynieria Mineralna

|

2020

|

no. 2, vol. 1

301--310

EN

Laser scanners are used more and more as surveying instruments for various applications. With the advance of high precisions systems, laser scanner devices can work in most real-world environments under many different conditions. In the field of mining surveying open up a new method with data capturing. Mining industry requires precise data in order to be able to have a as-built documentation of the facility. Nowadays, the mines are increasingly deepened. For the safe operation of the underground mine, special attention is paid to vertical transport and a set of devices supporting it, mounted in mining shafts. All components must meet stringent criteria for proper operation. The classic geodetic measurements and mechanical tests are long-lasting and do not always provide the full range of information needed about the condition of the object. This paper reports about terrestrial laser scanning method and system mobile terrestrial laser scanning, which has been applied at many vertical shafts in mines of Poland for determining geometric deformation of vertical shaft elements. This system gives high precision 1–3 mm in every horizontal cross-section. Processing time is very quickly and need only few staff to implement all system.

PL

Skanery laserowe są coraz częściej używane jako urządzenia geodezyjne do różnych zastosowań. Wraz z rozwojem systemów o wysokiej precyzji, skanery laserowe mogą pracować w większości rzeczywistych środowisk w wielu różnych warunkach. W dziedzinie geodezji górniczej otwierają się nowe metody gromadzenia danych. Górnictwo wymaga precyzyjnych danych, aby móc posiadać dokumentację powykonawczą obiektu. Obecnie kopalnie są coraz bardziej pogłębione. Dla bezpiecznej eksploatacji podziemnej kopalni szczególną uwagę przywiązuje się do transportu pionowego oraz zespołu wspierających urządzeń, zamontowanych w szybach górniczych. Wszystkie komponenty muszą spełniać rygorystyczne kryteria prawidłowego działania. Klasyczne pomiary geodezyjne i badania mechaniczne są długotrwałe i nie zawsze dostarczają pełnego zakresu potrzebnych informacji o stanie obiektu. W artykule opisano metodę naziemnego skanowania laserowego oraz systemowe mobilne naziemne skanowanie laserowe, które zostało zastosowane w wielu pionowych szybach w polskich kopalniach do wyznaczania odkształceń geometrycznych pionowych elementów szybów. System ten daje wysoką precyzję 1-3 mm w każdego przekroju poziomym. Czas przetwarzania jest bardzo szybki, a do wdrożenia całego systemu potrzeba tylko kilku pracowników.

3

Determining the rate of erosion and lichen spread on Samaipata rock by comparing 3D laser scan results from two different surveying epochs

Kubicka Anna, Kościuk Jacek

Architectus

|

2020

|

Nr 2 (62)

125--133

EN

The paper describes the possibility of using 3D laser scans from two different surveying epochs for structural health monitoring. It uses the results of two particular projects – the 2006 3D laser scanning of Samiapata rock by the University of Arkansas and the 2016 3D laser scanning by the Laboratory of 3D Laser Scanning at Wrocław University of Science and Technology – and discusses the methods, results, and limitations of comparing them.

PL

W artykule opisano możliwość zastosowania laserowego skanowania 3D z dwóch różnych epok pomiarowych do monitorowania stanu zabytku. Wykorzystano wyniki wykonanego przez University of Arkansas laserowego skanowania El Fuerte de Samaipata z 2006 r. oraz laserowego skanowania 3D z roku 2016 wykonanego przez Laboratorium Skanowania Laserowego 3D Politechniki Wrocławskiej. Omówiono wyniki i ograniczenia proponowanej metody.

4

Geometryzacja form zjawisk krasowych na podstawie badań metodą georadarową

Ortyl Łukasz

Przegląd Geologiczny

|

2019

|

Vol. 67, nr 4

252--269

EN

Recognition of subsoil in areas threatened with discontinuous deformation associated with the existence of natural and mining voids can be implemented by various geophysical methods. The purpose of such research, apart from confirming the existence of voids, is to determine their spatial extent. This is not a simple issue, regardless of the geophysical method used. This paper discusses the possibilities of geometrization of karst phenomenon localization using the ground penetrating radar (GPR) method by the example of a karst cave as a natural void. The area of data acquisition is located on limestone formations with numerous karstforms. The study object is the main hall of the karst cave with a height of up to 3 m, located at a depth of 3 to 7 m below the surface. Such location and shape of the subsurface structure made it possible for the author to perform a wide range of research. Their original aspects are presented in this paper. The shape of the hall was obtained using terrestrial laser scanning (TLS). The GPR data were obtained employing the 250 MHz shielded antenna that was directly positioned using a robotized total station with the option of automatic target tracking. Thus, the GPR and geodetic data were immediately achieved in a uniform coordinate system. The accuracy of the data obtained in this way is discussed in this paper. The author’s original algorithm for processing of GPR data into a point cloud is presented. Based on the results obtained, it was possible to compare the GPR signal, which represents the shape of the cave hall, in relation to its image in the form of a point cloud from terrestrial laser scanning. A unique part of this paper is the selection of filtration procedures and their parameters in optimal GPR data processing, which were widely discussed and documented in a way beyond the standard filtration procedures. A significant contribution is the analysis that was carried out on the data obtained in the field and on the model data generated using the finite difference method. Modeling was carried out for two wave sources: exploding reflector and point. The presented methodology and discrimination between the actual shape of the cave, GPR field data and model data made it possible for the author to draw many conclusions related to the possibilities of shape geometrization of the subsurface voids determined by the GPR method.

5

Application of terrestrial laser scanning data in developing a 3D model

Piech Izabela

Journal Biuletyn of Polish Society for Geometry and Engineering Graphics

|

2019

|

Vol. 32

73--78

EN

The publication includes the measurement of the small architecture object by means of terrestrial laser scanning. In addition, the primary goal is to visualize the object in the form of a 3D model. The 3D model was made on the basis of a unified point cloud with a resolution of 2mm in MicroStation V8i (SelectSeries 3). The point cloud, on the other hand, consisted of 7 scans that represented 7 uniformly distributed around and in the middle of the architectural site of the sites. To connect the scans were used binding points - so-called reference balls with a matt and white surface. The Leica Cyclone program orientated the scans and created an alignment report. The model created in this way was unified and the file was exported with the help of special tools until it received the file: ".pod". Based on this file, a 3D model was created. It is also impossible to skip procedures such as texturing, visualization, which made it possible to present an interesting model of a selected object. The object that was chosen was a wooden bridge with benches and a gazebo located in the southwestern part of Dębnicki Park at Praska Street in the district of VIII Dębniki in Krakow.

PL

W publikacji uwzględniono pomiar obiektu małej architektury techniką naziemnego skaningu laserowego. Ponadto celem nadrzędnym jest wykonanie wizualizacji obiektu w postaci modelu 3D. Model 3D został wykonany na podstawie zunifikowanej chmury punktów z rozdzielczością 2mm w programie MicroStation V8i (SelectSeries 3). Natomiast chmura punktów składała się z 7 skanów, które reprezentowały 7 rozmieszczonych równomiernie w terenie wokół i na środku obiektu architektonicznego stanowisk. Do powiązania skanów posłużyły punkty wiążące- tzw. kule referencyjne charakteryzujące się matową i białą powierzchnią. W programie Leica Cyclone dokonano orientacji skanów i utworzono raport przedstawiający wyrównanie. Na tak utworzonym modelu dokonano unifikacji I wyeksportowano plik za pomocą specjalnych narzędzi aż do momentu otrzymania pliku: „.pod”. Na podstawie tego pliku utworzono model 3D. Nie sposób również pominąć procedur takich jak: teksturowanie, wizualizacja, które umożliwiły zaprezentowanie w sposób interesujący modelu wybranego obiektu. Obiektem, który został wybrany był drewniany mostek z ławkami i altaną zlokalizowany w południowo-zachodniej części Parku Dębnickiego przy ul. Praskiej w dzielnicy VIII Dębniki w Krakowie.

6

Using Lidar point clouds in determination of the scots pine stands spatial structure meaning in the conservation of Lichen communities in "Bory Tucholskie" National Park

Wężyk Piotr, Hawryło Paweł, Szostak Marta, Zięba-Kulawik Karolina, Winczek Monika, Siedlarczyk Ewa, Kurzawiński Adam, Rydzyk Justyna, Kmiecik Jowita, Gilewski Wojciech, Szparadowska Monika, Warchoł Artur, Turowska Agnieszka

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2019

|

vol. 31

85--103

EN

The aim of the research carried out in 2018 and financed by the Forest Fund was the analysis of biometric features and parameters of pine stands in the area of the "Bory Tucholskie" National Park (PNBT), where a program of active protection of lichen was initiated in 2017. Environmental analyses were conducted in relation to selected biometric features of trees and stands using laser scanning (LiDAR), including ULS (Unmanned Laser Scanning; RIEGL VUX-1) and TLS (Terrestrial Laser Scanning; FARO FOCUS 3D; X130). Thanks to the application of LiDAR technology, the structure of pine stands was precisely determined by means of a series of descriptive statistics characterizing the 3D spatial structure of vegetation. Using the Trees Crown Model (CHM), the analysis of the volume of tree crowns and the volume of space under canopy was performed. For the analysed sub-compartments, GIS solar analyses were carried out for the solar energy reaching the canopy and the ground level due to active protection of lichen. Multispectral photos were obtained using a specialized RedEdge-M camera (MicaSense) mounted on the UAV multi rotor platform Typhoon H520 (Yuneec). Flights with a thermal camera were also performed in order to detect places on the ground with high temperature. Plant indices: NDVI, NDRE, GNDVI and GRVI were also calculated for sub-compartments. The data obtained in 2017 and 2018 were the basis for spatial and temporal analyses of 4-D changes in stands which were related to the removal of some trees and organic layer (litter, moss layer).

PL

Celem badań realizowanych w roku 2018 finansowanych z Funduszu Leśnego, była analiza cech biometrycznych i parametrów drzewostanów sosnowych na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT), w których w 2017 roku zainicjowano program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Analizy środowiskowe prowadzono w odniesieniu do wybranych cech biometrycznych drzew i drzewostanów z wykorzystaniem chmur punktów ze skanowania laserowego (LiDAR), w tym bezzałogowych platform ULS (RiCopter + VUX-1 RIEGL) oraz naziemnych skanerów TLS (FARO FOCUS 3D; X130). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR, w precyzyjny sposób opisano strukturę drzewostanów sosnowych poprzez szeregi statystyk opisowych charakteryzujących strukturę przestrzenną 3D roślinności. Wykorzystując Model Koron Drzew (CHM) dokonano analizy objętości koron drzew oraz objętości przestrzeni podokapowej. Dla analizowanych wydzieleń przeprowadzono analizy solarne GIS pod kątem sumarycznej energii słonecznej docierającej do okapu drzewostanu oraz bezpośrednio do poziomu gruntu co ma duże znaczenie dla ochrony czynnej chrobotków. Dla celów projektu pozyskano także zdjęcia wielospektralne przy wykorzystaniu specjalistycznej kamery RedEdge-M (MiceSense) zamontowanej na platformie BSP wielowirnikowca Typhoon H520 (Yuneec). Przeprowadzono też naloty z kamerą termalną w celu detekcji miejsc z wysoką temperaturą na gruncie, odpowiednich na pionierskich gatunków porostów. Dla wydzieleń leśnych obliczono także wskaźniki roślinne: NDVI, NDRE, GNDVI oraz GRVI. Dane pozyskane w 2017 oraz 2018 roku były podstawą analiz przestrzenno-czasowych 4-D zmian w drzewostanach jakie miały związek z usunięciem części drzew oraz warstwy organicznej (ścioła, warstwa mszaków).

7

Reliability of geodetic control measurements of high dams as a guarantee of safety of the construction and the natural environment

Zaczek-Peplinska J., Podawca K., Karsznia K.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2018

|

Vol. 66, nr 1

87--98

EN

In the safety assessment of hydro-technical objects, it is necessary to combine different measurement techniques, calculations and experience of specialists in various fields of engineering. That is possible due to the current development of surveying technology. Undoubtedly, the integration of measurements, including technical assessment as well as object behaviour modelling, makes it possible to perform more comprehensive assessment of objects. Nevertheless, in order to obtain a multidimensional overview of an examined object – especially water dam – it is necessary to know all the possible errors that appear along the “observer-instrument-object” path. In this paper, the authors intended to investigate the influence of atmospheric conditions on the results of geodetic deformation measurements and attempted to consider surface deformation analysis, which is part of obligatory inspections of hydro-technical objects. The study was based on the geometry assessment of the vent wall of Rożnów water dam located within the borders of the South-Polish Protected Landscape Area. The measurements took place in the years 2013‒2015 and were performed using Z + F Imager 5010 laser scanner equipped with an integrated thermal camera. Surveying results and analyses based on archival data and forecasts of atmospheric conditions at the location of the hydro-technical facility can be applied while elaborating the rules for a control date selection. The proper definition of a measurement cycle will make it possible to avoid errors of interpretation for those facilities important from the flood protection, recreation and nature perspectives.

8

Wykorzystanie naziemnego skanowania laserowego w opracowaniu dokumentacji architektoniczno-budowlanej oraz badaniu zniekształcenia dachu

Brinken D., Kogut T.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

43--53

PL

W artykule przedstawiono proces tworzenia dokumentacji architektoniczno-budowlanej wraz z analizą ugięcia więźby dachowej zabytkowego kościoła w Magnuszewicach w oparciu o opracowane dane z naziemnego skanowania laserowego. Przedstawiono przebieg kampanii pomiarowej z wykorzystaniem skanera Faro Focus3D X130. Opracowano otrzymane chmury punktów w programie Faro Scene. Wykonano ortoobrazy z chmur punktów w formie rastrów intensywności oraz na ich podstawie sporządzono w programie AutoCAD 2018 dokumentację architektoniczno-budowlaną. W skład dokumentacji wchodziły cztery rysunki elewacji, przekrój podłużny i poprzeczny oraz rzut nawy kościoła. Ostatnim etapem tworzenia dokumentacji było zbadanie deformacji konstrukcji dachowej na podstawie sporządzonych przekrojów poprzecznych. Wyniki badania deformacji wykazywały znaczne rozbieżności na niektórych elementach konstrukcyjnych. Średnie odchylenie było wielkości kilku centymetrów, natomiast największe wyniosło 0.31 m.

EN

The article presents the process of creating architectural and construction documentation along with the analysis of the deformation of the roof truss of a historic church in Magnuszewice based on the terrestrial laser scanning data. The course of the measurement campaign using the Faro Focus3D X130 scanner was presented. The received point clouds were registered in the Faro Scene. The architectural and construction documentation prepared in AutoCAD 2018 were based on orthophotos created from point cloud. The documentation included four elevation drawings, a cross-sections and projection of the church nave. The aim of last stage was the investigation of roof structure deformation based on the prepared cross-sections. The results of the deformation test showed significant discrepancies on some structural elements. The average deviation was a few centimeters, while the largest was 31 cm.

9

Wykorzystanie chmur punktów Lidar w ochronie czynnej borów chrobotkowych w Parku Narodowym "Bory Tucholskie"

Wężyk P., Hawryło P., Zięba-Kulawik K., Kuzera J., Turowska A., Bura M., Wietrzyk P., Kołodziejczyk J., Fałowska P., Węgrzyn M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2018

|

vol. 30

27--41

PL

Zespół boru chrobotkowego (Cladonio-Pinetum) jest zbiorowiskiem wykształcającym się na suchych i ubogich w biogeny obszarach piaszczystych. Najlepiej zachowane płaty tego zbiorowiska roślinnego w Europie występują w Polsce północnej, w tym na terenie Parku Narodowego "Bory Tucholskie" (PNBT). Celem badań było określenie struktury przestrzennej wybranych drzewostanów sosnowych PNBT, w których zainicjowany został program ochronny czynnej borów chrobotkowych. Obszar badań obejmował część dwóch oddziałów leśnych PNBT z wydzieleniami: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j i 19k. Badania przeprowadzono z wykorzystaniem lotniczego (ALS) i naziemnego (TLS) skanowania laserowego (LiDAR). Dzięki zastosowaniu technologii LiDAR możliwe było wykonanie bardzo precyzyjnego opisu struktury drzewostanów w przestrzeni 2D i 3D. W wyniku przeprowadzonych analiz określono szereg cech taksacyjnych i parametrów drzewostanów, takich jak: liczba i zagęszczenie drzew w drzewostanie, średnia odległość pomiędzy drzewami żywymi, liczba drzew martwych, pierśnicowe pole przekroju drzew żywych, zwarcie poziome koron, wskaźnik penetracji koron, wysokość górna drzew w wydzieleniu, wysokość podstawy korony drzewa, długość korony drzewa, objętość warstwy koron, powierzchnia 2D i 3D koron drzew, średni promień korony, współczynnik morfometryczny koron oraz zasięg pionowy martwych gałęzi. Opracowano także mapę występowania luk w wydzieleniach o powierzchni większej niż 2 m2. Badania rozpoczęte w 2017 roku są kontynuowane w 2018 roku z wykorzystaniem skanowania z platformy BSP (UAS) oraz TLS, które posłużą precyzyjnej ocenie zmian struktury przestrzennej drzewostanów, w których przeprowadzono cięcia prześwietleniowe.

EN

Forest lichen communities develop on dry and poor in biogens sandy areas. The center of occurrence of this plant community in Europe coincides with Natura 2000 sites located in Poland, including the Bory Tucholskie National Park (BT NP). The aim of the study was to determine the spatial structure of selected Scots pine stands of BT NP, where a program of active protection of lichen communities was initiated. The research area included two forest compartments: 18 and 19. The analysis was performed in the following sub-compartments: 18c, 19d, 19g, 19h, 19i, 19j and 19 k. The research was carried out using airborne (ALS) and terrestrial (TLS) laser scanning (LiDAR). Thanks to the use of LiDAR technology, it was possible to make a very precise description of the structure of stands in 2D and 3D space. As a result of the conducted study, a number of stand parameters have been defined, such as: number of trees, tree density in the stand, number of live trees, average distance between living trees, number of dead trees, basal area, horizontal cover of tree crowns, crown penetration ratio, average height of trees, height of the crown base, tree crown length, crown layer volume, 2D and 3D crown surface, average crown radius, canopy relief ration and vertical range of dead branches. A map of crown gaps with an area of more than 2 m2 was also developed. Research activities with the use of laser scanning technology is continued in 2018 (repeated ALS and TLS scanning). The conducted research will allow to determine the influence of the stand structure on factors influencing the occurrence of lichens, including: shaping of microclimatic conditions.

10

Survey of the urban bell in the belfry of St. Trinity Church in Krosno

Oleniacz G., Skrzypczak I., Ślęczka L., Świętoń T., Rymar M.

Reports on Geodesy and Geoinformatics

|

2017

|

Vol. 103

38--45

EN

Urban is one of the three bells in the belfry of St. Trinity Church in Krosno. It is the largest one, with diameter equal to 1,535 mm and it is commonly considered as one of the largest historical bells in Poland. The total mass of all the three bells is close to 4,200 kilograms, so the dynamic actions produced by swinging have a great effect on the supporting structure and on the tower. However, the exact weight of the biggest bell isn't known, and for safety reasons it should be estimated in order to verify the real dynamic forces affecting the structure. The paper describes the method of Urban bell’s survey using terrestrial laser scanning and a total station as a task to estimate its weight by determining its volume.

11

Terrestrial laser scanning in monitoring of anthropogenic objects

Zaczek-Peplinska J., Kowalska M.

Geodesy and Cartography

|

2017

|

Vol. 66, no. 2

347--364

EN

The registered xyz coordinates in the form of a point cloud captured by terrestrial laser scanner and the intensity values (I) assigned to them make it possible to perform geometric and spectral analyses. Comparison of point clouds registered in different time periods requires conversion of the data to a common coordinate system and proper data selection is necessary. Factors like point distribution dependant on the distance between the scanner and the surveyed surface, angle of incidence, tasked scan’s density and intensity value have to be taken into consideration. A prerequisite for running a correct analysis of the obtained point clouds registered during periodic measurements using a laser scanner is the ability to determine the quality and accuracy of the analysed data. The article presents a concept of spectral data adjustment based on geometric analysis of a surface as well as examples of geometric analyses integrating geometric and physical data in one cloud of points: cloud point coordinates, recorded intensity values, and thermal images of an object. The experiments described here show multiple possibilities of usage of terrestrial laser scanning data and display the necessity of using multi-aspect and multi-source analyses in anthropogenic object monitoring. The article presents examples of multisource data analyses with regard to Intensity value correction due to the beam’s incidence angle. The measurements were performed using a Leica Nova MS50 scanning total station, Z+F Imager 5010 scanner and the integrated Z+F T-Cam thermal camera.

12

Application of terrestrial laser scanning to the development and updating of the base map

Klapa P., Mitka B.

Geodesy and Cartography

|

2017

|

Vol. 66, no. 1

59--72

EN

The base map provides basic information about land to individuals, companies, developers, design engineers, organizations, and government agencies. Its contents include spatial location data for control network points, buildings, land lots, infrastructure facilities, and topographic features. As the primary map of the country, it must be developed in accordance with specific laws and regulations and be continuously updated. The base map is a data source used for the development and updating of derivative maps and other large scale cartographic materials such as thematic or topographic maps. Thanks to the advancement of science and technology, the quality of land surveys carried out by means of terrestrial laser scanning (TLS) matches that of traditional surveying methods in many respects. This paper discusses the potential application of output data from laser scanners (point clouds) to the development and updating of cartographic materials, taking Poland’s base map as an example. A few research sites were chosen to present the method and the process of conducting a TLS land survey: a fragment of a residential area, a street, the surroundings of buildings, and an undeveloped area. The entire map that was drawn as a result of the survey was checked by comparing it to a map obtained from PODGiK (pol. Powiatowy Ośrodek Dokumentacji Geodezyjnej i Kartograficznej – Regional Centre for Geodetic and Cartographic Records) and by conducting a field inspection. An accuracy and quality analysis of the conducted fieldwork and deskwork yielded very good results, which provide solid grounds for predicating that cartographic materials based on a TLS point cloud are a reliable source of information about land. The contents of the map that had been created with the use of the obtained point cloud were very accurately located in space (x, y, z). The conducted accuracy analysis and the inspection of the performed works showed that high quality is characteristic of TLS surveys. The accuracy of determining the location of the various map contents has been estimated at 0.02-0.03 m. The map was developed in conformity with the applicable laws and regulations as well as with best practice requirements.

13

Naziemne skanowanie laserowe 3D, doświadczenia i perspektywy

Gruchlik P.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 5

20--24

PL

Zaprezentowano uzyskane doświadczenia w zakresie pomiarów skanerem laserowym 3D Trimble TX5. Poznanie i korzystanie z możliwości technologii skaningu laserowego umożliwia wprowadzanie nowej jakości w procesy inwentaryzowania i monitorowania szkód górniczych. Przedstawiono wybrane przykłady zrealizowanych pomiarów z wykorzystaniem skanera laserowego 3D.

EN

This paper presents the experience gained in the field of 3D laser scanner measurements Trimble TX5. Knowledge and use of the capabilities of laser scanning technology allows to enter a new quality in the processes of inventory and monitoring of mining damage. Some examples of measurements were presented using a 3D laser scanner.

14

Automatyczne określanie średnicy pnia, podstawy korony oraz wysokości sosny zwyczajnej (Pinus Silvestris L.) na podstawie analiz chmur punktów 3D pochodzących z wielostanowiskowego naziemnego skanowania laserowego

Ratajczak M., Wężyk P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2015

|

Vol. 27

123--138

PL

Rozwój technologii naziemnego skanowania laserowego (TLS) w ostatnich latach spowodował jej uznanie i wdrożenie w wielu gałęziach gospodarki, w tym w leśnictwie i ochronie przyrody. Wykorzystanie chmur punktów 3D TLS w procesie inwentaryzacji drzew i drzewostanów oraz określaniu wybranych cech biometrycznych drzewa (np. średnicy pnia, wysokości drzewa, podstawy korony, liczby kształtu pnia) oraz wielkości surowca drzewnego (objętość drzew) staje się już praktyką. Wartością dodaną technologii TLS poza dokładnością samego pomiaru jest automatyzacja procesu przetwarzania chmury punktów 3D pod katem ekstrakcji wybranych cech drzew i drzewostanów. Praca prezentuje autorskie oprogramowanie (GNOM) służące do automatycznego pomiaru wybranych parametrów drzew na podstawie chmury punktów pozyskanych skanerem laserowym FARO FOCUS 3D. Dzięki opracowanym algorytmom (GNOM) określono lokalizację pni drzew na kołowej powierzchni badawczej oraz dokonano pomiarów: pierśnicy pni (d1.3), kolejnych średnic pnia na różnych wysokościach pnia, wysokości wierzchołka drzewa, podstawy korony i objętości pnia (metoda pomiaru sekcyjnego) oraz korony drzewa. Prace badawcze realizowano na terenie Nadleśnictwa Niepołomice w jednogatunkowym drzewostanie sosnowym (Pinus sylvestris L.) na powierzchni kołowej o promieniu 18.0 m w zasięgu której znajdowało się 16 sosen (14 z nich ścięto). Drzewostan w wieku 147 lat miał jednopiętrową budowę i był pozbawiony podszytu. Naziemne skanowanie laserowe przeprowadzono tuż przed pracami zrębowymi. Pierśnicę 16 sosen określono w pełni automatycznie algorytmem GNOM z błędem około +2,1% w stosunku do pomiaru referencyjnego wykonanego średnicomierzem. Średni, bezwzględny błąd pomiaru w chmurze punktów - półautomatycznymi metodami "PIXEL" (pomiędzy punktami) oraz PIPE (wpasowanie walca) w programie FARO Scene 5.x, wykazał błąd odpowiednio: 3.5% oraz 5.0%. Za referencyjną wysokość wierzchołka przyjęto pomiar taśmą mierniczą na ściętym drzewie. Średni błąd automatycznego określania wysokości drzew algorytmem GNOM na podstawie chmury punktów TLS wyniósł 6.3%, i był niewiele większy niż przy zastosowaniu manualnej metody pomiaru na przekrojach w programie TerraScan (Terrasolid; błąd ~5.6%). Pomiar wysokości podstawy korony wykazał błąd na poziomie +9,5%. Referencję w tym przypadku stanowił pomiar taśmą wykonany ściętych sosnach. Przetwarzanie chmur punktów TLS algorytmami GNOM w przypadku 16 analizowanych sosen trwało poniżej 10 min (37 sek. /drzewo). W pracy wykazano jednoznacznie przydatność technologii TLS w leśnictwie i jej wysoką dokładność przy pozyskiwaniu danych biometrycznych drzew oraz dalszą potrzebę zwiększania stopnia automatyzacji przetwarzania chmur punktów 3D pochodzących z naziemnego skanowania laserowego.

EN

Rapid development of terrestrial laser scanning (TLS) in recent years resulted in its recognition and implementation in many industries, including forestry and nature conservation. The use of the 3D TLS point clouds in the process of inventory of trees and stands, as well as in the determination of their biometric features (trunk diameter, tree height, crown base, number of trunk shapes), trees and lumber size (volume of trees) is slowly becoming a practice. In addition to the measurement precision, the primary added value of TLS is the ability to automate the processing of the clouds of points 3D in the direction of the extraction of selected features of trees and stands. The paper presents the original software (GNOM) for the automatic measurement of selected features of trees, based on the cloud of points obtained by the ground laser scanner FARO. With the developed algorithms (GNOM), the location of tree trunks on the circular research surface was specified and the measurement was performed; the measurement covered the DBH (l: 1.3m), further diameters of tree trunks at different heights of the tree trunk, base of the tree crown and volume of the tree trunk (the selection measurement method), as well as the tree crown. Research works were performed in the territory of the Niepolomice Forest in an unmixed pine stand (Pinussylvestris L.) on the circular surface with a radius of 18 m, within which there were 16 pine trees (14 of them were cut down). It was characterized by a two-storey and even-aged construction (147 years old) and was devoid of undergrowth. Ground scanning was performed just before harvesting. The DBH of 16 pine trees was specified in a fully automatic way, using the algorithm GNOM with an accuracy of +2.1%, as compared to the reference measurement by the DBH measurement device. The medium, absolute measurement error in the cloud of points - using semi-automatic methods "PIXEL" (between points) and PIPE (fitting the cylinder) in the FARO Scene 5.x., showed the error, 3.5% and 5.0%,.respectively The reference height was assumed as the measurement performed by the tape on the cut tree. The average error of automatic determination of the tree height by the algorithm GNOM based on the TLS point clouds amounted to 6.3% and was slightly higher than when using the manual method of measurements on profiles in the TerraScan (Terrasolid; the error of 5.6%). The relatively high value of the error may be mainly related to the small number of points TLS in the upper parts of crowns. The crown height measurement showed the error of +9.5%. The reference in this case was the tape measurement performed already on the trunks of cut pine trees. Processing the clouds of points by the algorithms GNOM for 16 analyzed trees took no longer than 10 min. (37 sec. /tree). The paper mainly showed the TLS measurement innovation and its high precision in acquiring biometric data in forestry, and at the same time also the further need to increase the degree of automation of processing the clouds of points 3D from terrestrial laser scanning.