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

Monitoring of secondary forest succession on abandoned farmland using LiDAR point clouds

Szostak M., Bednarski A., Wężyk P.

Geodesy and Cartography

|

2018

|

Vol. 67, no. 2

305--319

EN

The purpose of the study was an assessment of LiDAR point clouds for automating the mapping of land use and land cover changes, mainly land abandonment and the process of secondary forest succession. Detailed information about land cover was determined based on airborne laser scanning data. The presented study focuses on the analysis of the spatial range and structure of vegetation. The study area was located in Milicz district in the voivodeship of Lower Silesia – the central west part of Poland. The areas of interest were parcels where agricultural land had been abandoned and forest succession processes had progressed. Analysis of the spatial range of the secondary forest succession was carried out using a reclassified nDSM. Reclassification of the nDSM was done using > 1 m, > 2 m and > 3 m for the pixel values, representing the height of vegetation above the ground. Parameters such as height of vegetation, standard deviation of height and cover density were calculated, to show the process of the increase in forest succession on abandoned agricultural land. The results confirmed a discrepancy between the cadastral data and the actual use of the plots. In the study area, more than three times as much forested and wooded area was detected than had been recorded in official databases. Analyses based on airborne laser scanning point clouds indicated significant diversity in the vertical and horizontal structure of vegetation. The results demonstrated gradual succession of greenery in the research area.

3

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.

4

Verification and updating of the Database of Topographic Objects with geometric information about buildings by means of airborne laser scanning data

Mendela-Anzlik M., Borkowski A.

Reports on Geodesy and Geoinformatics

|

2017

|

Vol. 103

22--37

EN

Airborne laser scanning data (ALS) are used mainly for creation of precise digital elevation models. However, it appears that the informative potential stored in ALS data can be also used for updating spatial databases, including the Database of Topographic Objects (BDOT10k). Typically, geometric representations of buildings in the BDOT10k are equal to their entities in the Land and Property Register (EGiB). In this study ALS is considered as supporting data source. The thresholding method of original ALS data with the use of the alpha shape algorithm, proposed in this paper, allows for extraction of points that represent horizontal cross section of building walls, leading to creation of vector, geometric models of buildings that can be then used for updating the BDOT10k. This method gives also the possibility of an easy verification of up-to-dateness of both the BDOT10k and the district EGiB databases within geometric information about buildings. For verification of the proposed methodology there have been used the classified ALS data acquired with a density of 4 points/m2. The accuracy assessment of the identified building outlines has been carried out by their comparison to the corresponding EGiB objects. The RMSE values for 78 buildings are from a few to tens of centimeters and the average value is about 0,5 m. At the same time for several objects there have been revealed huge geometric discrepancies. Further analyses have shown that these discrepancies could be resulted from incorrect representations of buildings in the EGiB database.

5

Wykorzystanie danych lotniczego skanowania laserowego oraz analiz widoczności GIS do oceny przemian krajobrazu warownego Twierdzy Kraków

Zięba K., Wężyk P.

Roczniki Geomatyki

|

2016

|

T. 14, z. 5(75)

627--638

PL

W artykule przedstawiono możliwość wykorzystania danych lotniczego skanowania laserowego, jako nowoczesnego narzędzia wykorzystywanego przy inwentaryzacji oraz modelowaniu 3D obiektów związanych z zawodem architekta krajobrazu. Aby udowodnić użyteczność tego narzędzia, przeprowadzono działania inwentaryzacyjne na wybranych obiektach zabytkowych należących do Twierdzy Kraków – zespołu dzieł obronnych z czasów zaboru austriackiego na terenie Krakowa. Problematyka przedstawionej pracy dotyczy możliwości wykorzystania danych ALS do identyfikacji form fortyfikacji, wizualizacji obiektów oraz wykonania analiz widoczności w celu oceny przemian krajobrazu warownego Twierdzy Kraków. Przeprowadzone analizy 3D GIS wykazały dużą przydatność danych ze skaningu laserowego do identyfikacji fortyfikacji, inwentaryzacji stanu istniejącego na poziomie krajobrazowym, wizualizacji tych obiektów oraz wykonania analiz, pomocnych w podejmowaniu decyzji dotyczących przyszłego zagospodarowania krajobrazu warownego, a także możliwości formułowania szczegółowych zapisów w planach miejscowych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod pozyskiwania informacji dane ALS stanowią nową generację danych geoprzestrzennych. Stwarzają możliwość opracowania dokładniejszej metody wykorzystywanej w rewaloryzacji, ochronie i inwentaryzacji architektury militarnej.

EN

This article features the airborne laser scanning (ALS) data applicability for classification and modelling of 3D objects in a landscape architecture related professions. In order to validate the practicality and efficiency of ALS, classification of selected objects of the Krakow Fortress has been carried out (defence objects from the time of Austro-Hungarian partition annexation period were the subject of this analysis). With ALS data this study identifies forms of fortifications, visualizes data and analyzes visibility to be the base of contemporary decisions and planning of landscape of the Krakow Fortress. 3D GIS analysis showed the high usefulness to identify fortification, visualize these objects and perform visibility analysis. In contrast to traditional methods (inventories and historical documentation), laser scanning data are the new generation of geospatial data. They offer an opportunity to develop a new, faster technology used for the needs of restoration, preservation and inventory of military architecture and landscape planning.

6

Determination of the number of trees in the Bory Tucholskie National Park using crown delineation of the canopy height models derived from aerial photos matching and airborne laser scanning data

Wężyk P., Hawryło P., Szostak M.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2016

|

Vol. 28

137--156

EN

In recent years the term "precise forestry" has been used more and more often, referring to a modern and sustainable model of forest management. Functioning of such management of wood biomass resources is based, among others, on precisely defined and log-term monitored selected forest taxation parameters of single trees and whole forest stands based on modern geoinformation technologies, including Airborne Laser Scanning (ALS) and digital photogrammetry. The purpose of the work was the analysis of the usefulness of the CHM (Canopy Height Model) generated from the image-based point cloud or ALS technology to define the number of trees using the method of the segmentation of single Scots pine (Pinus sylvestris L.) crowns. The study was carried out in the Scots pine stands located in the Bory Tucholskie National Park (Poland). Due to the intentional lack of certain silviculture treatments, over the recent decades, these forest stands have been characterized by relatively high tree density, compared to managed forests. The CHM was generated from digital airborne photos (CIR composition; GSD 0.15 m) and on the other hand - from the ALS point clouds (4 points/m2 ; ISOK project). To generate point clouds from airborne photos using stereomatching method, the PhotoScan Professional (Agisoft) software was applied. The CHM coming from the Image-Based Point Cloud (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) and ALS data (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) were generated using FUSION (USDA Forest Service) software. The segmentation of tree crowns was carried out in eCognition Developer (TRIMBLE GeoSpatial) software. Apart from height models, also spectral information was used (so-called true CIR orthophotomaps; GSD: 0.3 and 0.75 m). To assess the accuracy of the obtained results, the ground truth data from 248 reference areas were used. The carried out analyses showed that in forest stands of younger age classes (< 120 years) better results were achieved applying the method of image matching (CHM_IPC), while in the case of older stands (> 120 years) the accuracy of the detection rate of tree crowns was the highest when CHM_ALS model was applied. The mean percentage error (defined by the number of trees, based on the detection of single pine crowns), calculated based on 248 ground truth areas was 0.89%, which shows a great potential of digital photogrammetry (IPC) and GEOBIA. In case of almost full nationwide cover in Poland of airborne digital images (present IPC models) and ALS point clouds (DTM and DSM), at almost 71% forest stands in the Polish State Forests National Forest Holding (PGL LP), one can assume wide application of geodata (available free of charge) in precise modelling of selected tree stand parameters all over Poland.

PL

W ostatnich latach coraz częściej w odniesieniu do nowoczesnej i zrównoważonej gospodarki leśnej używa się terminu "precyzyjne leśnictwo". Funkcjonowanie takiego modelu zarządzania zasobami biomasy drzewnej opiera się m.in. na dokładnie określonych i monitorowanych cyklicznie wybranych parametrach taksacyjnych drzewostanów i pojedynczych drzew w oparciu o nowoczesne technologie geoinformacyjne, w tym lotnicze skanowanie laserowe (ang. ALS) oraz fotogrametrię cyfrową. Celem pracy była analiza przydatności Modelu Koron Drzew (ang. CHM) generowanego z chmur punktów pochodzących z automatycznego dopasowania cyfrowych zdjęć lotniczych (ang. Image-Based Point Cloud) lub z technologii ALS w celu określania liczby drzew metodą segmentacji pojedynczych koron sosen. Badania realizowano w drzewostanach sosnowych (Pinus sylvestis L.) na obszarze Parku Narodowego "Bory Tucholskie". Drzewostany te poprzez celowe zaniechanie w ostatnich dekadach pewnych zabiegów hodowlanych charakteryzowały się stosunkowo dużym zagęszczeniem drzew w porównaniu do drzewostanów gospodarczych. Model Koron Drzew wygenerowano w jednym wariancie ze zdjęć lotniczych CIR (GSD 0.15 m) a w drugim z chmur punktów ALS (4 pkt/m2 ; CODGiK ISOK). Do generowania chmur punktów ze zdjęć lotniczych metodą dopasowania zastosowano oprogramowanie Photoscan Professional (Agisoft). Modele Koron Drzew pochodzące z dopasowania zdjęć lotniczych (CHM_IPC; GSD: 0.30 m) oraz z danych ALS (CHM_ALS; GSD: 0.75 m) zostały wygenerowane w oprogramowania FUSION (USDA Forest Service). Segmentację koron prowadzono w oprogramowaniu eCognition Developer. Oprócz modeli wysokościowych wykorzystano także informację spektralną (tzw. prawdziwe ortofotomapy CIR; GSD: 0.3 i 0.75 m). Do oceny dokładności otrzymanych wyników wykorzystano dane pochodzące z 248 powierzchni referencyjnych. Przeprowadzona analiza wykazała, że w drzewostanach młodszych klas wieku (< 120 lat), lepsze wyniki można osiągnąć stosując metody dopasowania zdjęć (CHM_IPC) natomiast w drzewostanach starszych (> 120 lat) dokładność wykrywania koron drzew jest najwyższa przy stosowaniu wariantu CHM_ALS. Średni błąd procentowy określania liczby drzew w oparciu o detekcję pojedynczych koron sosen obliczony na podstawie 248 powierzchni referencyjnych wyniósł 0.89% co świadczy o ogromnym potencjale fotogrametrii cyfrowej (metod dopasowania zdjęć) oraz analizy obrazu (OBIA; Object-Based Image Analysis). W aspekcie niemal całkowitego pokrycia kraju danymi ALS oraz blisko 70% udziału drzewostanów sosnowych w Lasach Państwowych można założyć szerokie wykorzystanie tych nieodpłatnie dostępnych geodanych w celu zbudowania modelu precyzyjnego leśnictwa dla obszaru całego kraju.

7

Wykorzystanie chmur punktów z lotniczego skanowania laserowego do weryfikacji stanu aktualności wybranych obiektów w bazie geometrycznej leśnej mapy numerycznej

Ciesielski M., Bałazy R., Mitelsztedt K., Zawiła-Niedźwiecki T.

Roczniki Geomatyki

|

2015

|

T. 13, z. 3(69)

217--225

PL

Celem pracy było sprawdzenie możliwości wykorzystania danych z lotniczego skanowania laserowego do detekcji budynków na terenach leśnych. Ponadto sprawdzono możliwość wykorzystania tych danych do aktualizacji wybranych warstw z leśnej mapy numerycznej. W pracy przeanalizowano obszar leśny wraz z buforem 100 m wokół wydzieleń na terenie dwunastu nadleśnictw górskich, położonych na obszarach badawczych w Sudetach i Beskidach. Przy wykorzystaniu danych z lotniczego skanowania laserowego wykryto 515 budynków co stanowiło 89,2% wszystkich budynków znajdujących się w wektorowej warstwie wydzieleń leśnych. Na poszczególnych obszarach badawczych osiągnięto dokładność odpowiednio 80,5%, 94,2% i 91,2%. Podsumowując, lotnicze skanowanie laserowe może być wykorzystywane do aktualizacji wybranych warstw w leśnej mapie numerycznej, zawierających informacje o budynkach oraz obiektach budowlanych. Istniejące algorytmy detekcji budynków nie są bezbłędne, więc przyszłe prace powinny skupić się na poprawie dokładność analiz.

EN

The aim of the presented studies was to determine the ability to detect buildings in forest areas on the basis of airborne laser scanning data. Moreover, the usefulness of this data for updating selected items of the FDM has been evaluated. In this study forest areas with a 100 m buffer zone have been analyzed, including twelve mountain forest districts, grouped in three research areas located in the Sudety and the Beskidy Mountains. Using LiDAR data 515 buildings have been detected which represents 89.2% of all buildings in the vector layer of the digital forest map. In particular research areas the detection accuracy reached to 80.5%, 92.4%, 91.2%. As a result of the study it can be concluded that the airborne laser scanning data may be helpful in updating the selected layers of the digital maps of forest, containing information of forest engineering. Existing building detection algorithms are not error-free, so further research should be conducted to improve the accuracy of analyzes.

8

Wykorzystanie danych z lotniczego skanowania laserowego w zarządzaniu zagrożeniem powodziowym

Baszkiewicz K., Kolanowski B., Kaczmarek I., Latos D., Paciorek A.

Logistyka

|

2014

|

nr 5

68--84

PL

Celem pracy jest ustalenie wpływu sposobu opracowania wyników lotniczego skanowania laserowego (LIDAR) na jakość Numerycznego Modelu Terenu (NMT). Autorzy postawili sobie za cel zbadanie czy zredukowanie liczby pomiarów nadliczbowych (zawartych w wynikach pomiarów wykonanych metodą Laserowego Skaningu Lotniczego wpłynie na spadek jakości produktów opartych na danych z tych pomiarów, których dokładność musi być zgodna z założeniami. Istotną częścią pracy jest przeanalizowanie kwestii na ile otrzymane redukcje mogą być przydatne do wykonywania analiz i tworzenia modeli na zbiorach punktów na potrzeby m.in. zarządzania zagrożeniem powodziowym. Istotnym aspektem pracy jest ocena dokładności danych do utworzenia tzw. map zagrożenia powodziowego uzyskanych ze skaningu laserowego używanych zarówno do określania ryzyka zalania trenów (dla ubezpieczycieli i inwestorów) jak i do zarządzania kryzysowego (ryzyko przelania się wody przez wały, czas i zasadność podejmowania decyzji).

EN

The goal of the paper is to present the influence of a different air laser scanning (LIDAR) product preparation methods on the quality of the Digital Terrain Model (DTM). The authors aim to analyze if the reduction of the number of LIDAR overflow observations (which are included in the final product) will change the quality of LIDAR results, assuming the accuracy requirements will remain as planned. In particular, how such reduction could impact the use of LIDAR data in emergency management. The research is based on the LIDAR-driven flood risk maps, which are used by building developers and insurance companies to establish the flood risk factor or by crisis management centers to monitor the safety of flood embankments among many others and to help with efficiency of the emergency decision-making process.

9

Dane LIDAR sposobem na bezpieczniejszą żeglugę powietrzną

Baszkiewicz K., Latos D., Masłowska M.

Logistyka

|

2014

|

nr 3

391--400

PL

Transport lotniczy jest jednym z podstawowych rodzajów transportu na duże odległości. Infrastruktura związana z obsługą transportu lotniczego to m.in. lotniska i urządzenia nawigacyjne. W celu zapewnienia bezpieczeństwa pasażerów i lotów obiekty te podlegają ochronie. Znaczna część lotnisk oraz tereny wokół urządzeń nawigacyjnych są terenami o ograniczonym dostępie. Ograniczenia takie dotyczą także lokalizacji obiektów budowlanych wokół tych obiektów – w zakresie ograniczonym w zależności od odległości od lotniska czy urządzenia nawigacyjnego. W związku z ochroną tych obiektów istnieje obowiązek uzgadniania i zgłaszania planowanych inwestycji w obszarze wokół lotnisk i urządzeń nawigacyjnych, natomiast istnieje wiele obiektów dla których takich zgłoszeń nie dokonano. W artykule przedstawiono metodę pozyskiwania danych o przeszkodach lotniczych za pomocą lotniczego skanowania laserowego. Zwrócono tu jednak uwagę głównie na możliwość i dokładność określenia wysokości obiektów. Metoda ta może stać się alternatywą dla klasycznych metod pozyskiwania informacji o tych obiektach, ponieważ pozwala na szybkie i dokładne pozyskanie danych o terenie nawet dla dużych obszarów, np. dla całego kraju.

EN

Air Transport is one of the primary modes of transport over long distances. It needs air transport-related infrastructure like airports and navigation aids. To ensure the safety of passengers and flights, these objects are to be protected. Much of the area around airports and navigation aids is access-restricted. There are also different restrictions that apply to the location of the buildings around these objects (depending on the distance from the airport or navigation facility). In order to protect the infrastructure and the safety of air operations, there is an obligation to report of all planned investments in the area around. Unfortunately, sometimes it didn’t happen and for example unknown obstacle is build. The article explains a method of acquiring information about non-reported investments by using laser scanning data. Focus is given mostly to the possibilities and the precision with which the height of objects could be captured. This method may become a good alternative to the classical methods of acquiring such information, because it allows for fast and accurate data acquisition even for large areas (like the whole country).

10

Porównanie właściwości chmury punktów wygenerowanej metodą dopasowania obrazów zdjęć lotniczych z danymi z lotniczego skanowania laserowego

Dominik W.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2014

|

Vol. 26

53--56

PL

Celem niniejszego opracowania było zbadanie właściwości chmur punktów tworzonych metodą dopasowania obrazów zdjęć lotniczych semi-global matching (SGM) i porównanie ich z chmurami punktów z lotniczego skanowania laserowego. Do badań wykorzystane zostały zdjęcia lotnicze oraz dane z lotniczego skanowania laserowego pozyskane w latach 20102013 na obszarze centrum Elbląga. Na podstawie wejściowego zbioru danych wygenerowano chmury punktów metodą SGM, które poddano następnie analizie. Otrzymane chmury punktów badano poprzez porównanie dokładności wysokościowej względem profilu pomierzonego w terenie, porównanie wizualne profili chmur punktów oraz porównanie wizualne wygenerowanych na podstawie chmur punktów modeli pokrycia terenu. Przeprowadzone badania pozwoliły na sformułowanie szeregu szczegółowych wniosków dotyczących jakości chmur punktów SGM w odniesieniu do różnych czynników. Sformułowane wnioski szczegółowe prowadzą do generalnego spostrzeżenia, że chmury punktów SGM są produktem mniej niezawodnym, bardziej nieprzewidywalnym i zależnym od większej liczby czynników niż chmury punktów LIDAR. Mimo to przy odpowiednich parametrach chmury punktów SGM mogą przewyższać dokładnościowo chmury punktów LIDAR, a także dostarczać bardziej szczegółowej informacji dotyczącej pokrycia terenu. Skłania to do wniosku, że chmury punktów SGM mają potencjał i warto rozwijać tę metodę generowania chmur punktów.

EN

The aim of this study was to investigate the properties of point clouds derived from aerial image matching and to compare them with point clouds from airborne laser scanning. A set of aerial images acquired in years 2010-2013 over the city of Elblag were used for the analysis. Images were acquired with the use of three digital cameras: DMC II 230, DMC I and DigiCAM60 with a GSD varying from 4.5 cm to 15 cm. Eight sets of images that were used in the study were acquired at different stages of the growing season – from March to December. Two LiDAR point clouds were used for the comparison – one with a density of 1.3 p/m2 and a second with a density of 10 p/m2. Based on the input images point clouds were created with the use of the semi-global matching method. The properties of the obtained point clouds were analyzed in three ways: – by the comparison of the vertical accuracy of point clouds with reference to a terrain profile surveyed on bare ground with GPS-RTK method – by visual assessment of point cloud profiles generated both from SGM and LiDAR point clouds – by visual assessment of a digital surface model generated from a SGM point cloud with reference to a digital surface model generated from a LiDAR point cloud. The conducted studies allowed a number of observations about the quality of SGM point clouds to be formulated with respect to different factors. The main factors having influence on the quality of SGM point clouds are GSD and base/height ratio. The essential problem related to SGM point clouds are areas covered with vegetation where SGM point clouds are visibly worse in terms of both accuracy and the representation of terrain surface. It is difficult to expect that in these areas SGM point clouds could replace LiDAR point clouds. This leads to a general conclusion that SGM point clouds are less reliable, more unpredictable and are dependent on more factors than LiDAR point clouds. Nevertheless, SGM point clouds generated with appropriate parameters can have better accuracy than LiDAR point clouds and present more detailed information about the terrain surface.

11

Efektywne wykorzystanie danych lidar w dwuwymiarowym modelowaniu hydraulicznym

Bakuła K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2014

|

Vol. 26

23--37

PL

W niniejszym artykule zaprezentowano aspekty wykorzystania danych z lotniczego skanowania laserowego w dwuwymiarowym modelowaniu hydraulicznym obejmujących tworzenie wysokiej dokładności numerycznych modeli terenu, ich efektywnego przetworzenia będącego kompromisem pomiędzy rozdzielczością danych a ich dokładnością, a także uzyskania informacji o szorstkości pokrycia terenu dającego informacje mogące konkurować z informacjami z baz topograficznych. Prezentowane badania dotyczyły przetwarzania danych NMT w celu ich efektywnego wykorzystania z udziałem metod redukcji ilościowej danych. W wyniku oddzielnego eksperymentu udowodniono, iż dane z lotniczego skanowania laserowego umożliwiają utworzenie w pełni poprawnego dwuwymiarowego modelu hydraulicznego przy założeniu posiadania odpowiednich danych hydraulicznych, a dane z ALS mogą mieć inne zastosowanie niż tylko geometryczna reprezentacja rzeźby terenu.

EN

This paper presents aspects of ALS data usage in two-dimensional hydraulic modelling including generation of high-precision digital terrain models, their effective processing which is a compromise between the resolution and the accuracy of the processed data, as well as information about the roughness of the land cover providing information that could compete with information from topographic databases and orthophotomaps. Still evolving ALS technology makes it possible to collect the data with constantly increasing spatial resolution that guarantees correct representation of the terrain shape and height. It also provides a reliable description of the land cover. However, the size of generated files may cause problems in their effective usage in the 2D hydraulic modeling where Saint-Venant’s equations are implemented. High-resolution elevation models make it impossible or prolong the duration of the calculations for large areas in complex algorithms defining a model of the water movement, which is directly related to the cost of the hydraulic analysis. As far as an effective usage of voluminous datasets is concerned, the data reduction is recommended. Such a process should reduce the size of the data files, maintain their accuracy and keep the appropriate structure to allow their further application in the hydraulic modelling. An application of only a few percent of unprocessed datasets, selected with the use of specified filtering algorithms and spatial analysis tools, can give the same result of the hydraulic modeling obtained in a significantly shorter time than the result of the comparable operation on unprocessed datasets. Such an approach, however, is not commonly used, which means the most reliable hydraulic models are applied only in small areas in the largest cities. Another application of ALS data is its potential usage in digital roughness model creation for 2D hydraulic models. There are many possibilities of roughness coefficient estimation in hydraulic modelling which has an impact on the velocity of water flow. As a basic and reference source for such analysis topographic databases as well as orthophotomaps from aerial or satellite imagery can be considered. The presented paper proved that LIDAR data should be effectively applied in cooperation between surveyors and hydrologists. ALS data can be s used solely in the creation of a fully correct two-dimensional hydraulic model, assuming that appropriate hydraulic datasets are available. Additionally, application of ALS data should not be limited to geometric representation of the terrain and it can be used as information about roughness of terrain. The presented paper was financed by the Foundation for Polish Science - research grant no. VENTURES/2012-9/1 from Innovative Economy program of the European Structural Funds.

12

Weryfikacja i aktualizacja bazy klaso-użytków EGIB w oparciu o analizy chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego na przykładzie wsi Tuklęcz w województwie świętokrzyskim

Wężyk P., Gęca T.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. Spec.

97--108

PL

Transformacja ustrojowa, jaka miała miejsce w Polsce ponad 20 lat temu, a także przystąpienie naszego kraju do UE, pociągnęły za sobą liczne zmiany, m.in. w rolnictwie (likwidacja PGR, porzucanie upraw roli, wolny rynek zbytu czy wzrost konkurencyjności producentów) oraz w gospodarce prowadząc do głębokich przemian społeczno – ekonomicznych. Skutki tych transformacji zauważalne są także w przestrzeni rolniczej, najczęściej w przemianach krajobrazu. Zmiany te mają zazwyczaj charakter procesu wtórnej sukcesji leśnej zachodzącej na działkach rolnych. Tempo wkraczania i rozszerzający się z roku na rok zasięg terytorialny wtórnej sukcesji, najczęściej nie jest przedmiotem zainteresowania odpowiednich agencji lub urzędów. Technologią, która może wspomagać określanie zmian ilościowych (powierzchni, liczby działek rolniczych podlegających zmianom) i jakościowych (typ sukcesji – zbiorowiska roślinnego) przebiegających w krajobrazie - jest lotnicze skanowanie laserowe (ang. Airborne Laser Scanning; ALS). Prezentowane w pracy badania objęły 79.87 ha gruntów rolnych wsi Tuklęcz (gm. Rytwiany, powiat Staszów, woj. świętokrzyskie). W pracach wykorzystano dane EGiB (PODGiK w Staszowie) oraz dane ALS w postaci 2 zestawów chmur punktów ALS o gęstości: 2 pkt/m2 (RZGW Kraków; XI.2009r.) oraz 4 pkt/m2 (ISOK; XI.2012r.). Detekcję wtórnej sukcesji leśnej przeprowadzono stosując 4 warianty różniące się wysokością roślinności (odpowiednio: 0.4m, 1.0m, 2.0m oraz 3.0m ponad wygenerowanym NMT). Uzyskane wyniki wskazują, iż w każdym wariancie, na 50% liczby działek z użytkiem rola („R”; 60.54% całego obszaru) koncentrowało się ponad 70% wtórnej sukcesji leśnej. W zależności od jej wysokości nad gruntem, pokrywała ona od 61.05% do 31.38% klasoużytku „R” oraz od 67.03% do 34.93% pastwisk („Ps”) co świadczy o dynamicznych przemianach zachodzących na tym terenie. Cykliczne pozyskiwanie danych ALS w odpowiednich porach roku (zestaw danych ISOK wykazywał znaczący brak informacji o zadrzewieniach liściastych gatunków) bądź też stosowanie alternatywnych technologii (np. stereo-matching ze zdjęć lotniczych czy zobrazowania radarowe), stwarza szanse na zarządzanie i monitorowanie zmian zachodzących na obszarach rolniczych w Polsce. Jest to istotne ze względu na sporządzanie miejscowych planów zagospodarowania przestrzennego czy też wdrażanie Krajowego Programu Zwiększania Lesistości (KPZL), zakładającego osiągnięcie poziomu 30% lesistości w Polsce w roku 2020 oraz 33% w roku 2050. Nie należy zapominać o ogromnym potencjale biomasy zgromadzonej na obszarach wtórnej sukcesji nie ujętej w bazach EGiB czy LMN PGL Lasów Państwowych a stanowiącej istotny czynnik w dobie handlu emisjami CO2 czy wdrażania dyrektyw UE o energiach odnawialnych.

EN

Dynamic economic and social changes taking place for the past 20 years in Poland, effects often of such loss of extensive agriculture and abandonment of agricultural activities particularly on small and narrow plots, usually on the soils of poor grading. Even before the Polish accession to the EU, set-aside and fallow areas cover approx. 2.3 million ha (in 2002), but in subsequent years the area drastically decreased from 1.3 million ha (in 2004), by 1.0 million ha (2005) to 0.4 million hectares (2011). As a result of cessation of mowing meadows, grazing pastures and agricultural measures, we can observed the phenomenon of secondary forest succession (plant communities of a forest properties) leading to changes in land use and land cover classes structure. Recording changes in the agro-forestry space, update reference registers of the land and building (EGiB) and control granted to farmers subsidies (direct EU payments) requires an efficient and automated technology acquisition, processing and analysis of spatial data. In addition to the used by ARiMR (in the LPIS system) vector data and aerial orthophotomaps, there is still a need to strengthen the decision-making process such as update of current ranges of land-use classes. One of the GI technologies that could be a real breakthrough is the Airborne Laser Scanning (ALS). The study area cover 137.17 ha in the village Tuklęcz (commune Rytwiany, Staszów County, Świętokrzyskie Voivodeship). The EGiB geodata came from PODGiK in Staszów. They were two ALS point cloud data sets: one provided by the RZGW in Krakow (from airborne campaign Nov. 2009; density ~2 pts/m2) and the second from ISOK project (Nov. 2012; density ~4 pts/m2). The Terrasolid and FUSION (USDA Forest Service) and ArcGIS Esri software were used in the study. Detection of vegetation was carried out in 4 variants differ in the “height above ground” of the class "succession" (thresholds: from 0.4m, 1m, 2m and 3m). The results indicate that in each scenario (variant), in the area of arable land ("R")- class (covering 60.55% of the analyzed area) were over 70% of all detected secondary forest succession polygons, covering more than 50% of agricultural land. Secondary succession occupied from 31.38% to 61.05% the land-use "R" and from 34.93% to 67.03% of the land-use Pastures’ ("Ps"), which shows the high economic transformations taking place in the area. The use of wide-scale ALS data in Poland, has been made possible by the ISOK project assuming execution to the end of 2013 for an area of about 191.000 km2 of classified ALS point cloud (cloud density: 4 pts/m2 – Standard I for agricultural areas; 12 pts/m2 - Standard II for urban areas), digital terrain model (DTM) and the digitals (topographic) surface model (DSM). In addition, the aerial photographs are obtained in the ISOK project for coloring of ALS point clouds or for orthophoto generation purpose. Observed in the years 2002 -2010 decrease by 26% the number of farms in Poland (up to 1 ha area) is some indication that the problem of abandonment of agricultural land has not yet been closed. Regular ALS campaigns or the use of alternative technologies such as stereo-matching of aerial photographs or radar technologies, it gives a good chance to manage and monitor the changes in rural areas. This retrieved data can be used in the construction of development plans of communes or management plans of Natura2000, which largely depend on properly conducted agricultural economy (Special Protection Areas - SPA) means eg mowing overgrown meadows and pastures. On the other hand, since 1995, the National Afforestation Programme (KPZL) exist, which implies achieving 30% forest cover in Poland in year 2020 and 33% in year 2050.

13

Generowanie referencyjnego numerycznego modelu terenu o zasięgu krajowym w oparciu o lotnicze skanowanie laserowe w projekcie ISOK

Kurczyński Z., Bakuła K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2013

|

Vol. Spec.

59--68

PL

W niniejszej publikacji referacie opisano analizę doboru podstawowych parametrów lotniczego skanowania laserowego mających wpływ na otrzymanie modeli wysokościowych o założonych, referencyjnych parametrach jakościowych na przykładzie lotniczego skanowania laserowego organizowanego w ramach wypełnienia zaleceń dyrektywy powodziowej w Polsce. Analiza taka legła u podstaw określenia warunków technicznych dla bardzo dużego projektu, którego realizacja nadal trwa. Rozważaniom podlegały nie tylko uwarunkowania techniczne, ale również możliwości organizacyjne i ekonomiczne. Pod uwagę wzięto także zakres prac oraz ograniczenia czasowe na ich realizację, co – przy uwzględnieniu wydajności prac – narzuca organizację prac. Spośród parametrów technicznych, analizie poddano m.in.: gęstość chmury punktów ALS, dokładność georeferencji chmur punktów, warunki meteorologiczne pozyskiwania danych ALS, parametry dokładnościowe produktów pochodnych tj. numerycznych modeli wysokościowych. W tak złożonym projekcie (podział robót na podobszary, wielu wykonawców, kilka produktów końcowych, podział na wiele etapów dostaw) kluczowym jest również odbiór i kontrola jakości, o której efektywności świadczy jej organizacja, zakres i przyjęte kryteria.

EN

The paper analyzes the selection of main parameters of ALS system having an impact on acquisition of digital elevation models described by the assumed and exorbitant qualitative characteristics on the basis of airborne laser scanning project organized as a part of recommendations included in the Floods Directive in Poland. Such an analysis was the basis for determining conditions for a huge project, whose implementation is still ongoing, as well as its organizational and economic possibilities. Another subject for consideration was the scope of the planned works and time limits for their implementation that imposed the schedule of the project with respect to the efficiency of the work. Among the technical characteristics the authors investigated the density of the LiDAR points, georeferencing of point clouds, meteorological conditions during data acquisition and parameters describing the accuracy of the final products, namely digital elevation models, were also investigated. In such a complex project (the division of the whole project for subareas, many contractors, several final products and many stages of delivery product acceptance as well as quality control are key issues, whose effectiveness is proved by good organization, their scope and the adopted criteria.

14

Detekcja budynków na terenach o dużej lesistości na przykładzie Parku Narodowego Gór Stołowych

Stereńczak K., Ciesielski M., Zalewska K.

Roczniki Geomatyki

|

2012

|

T. 10, z. 5

67--78

PL

Rosnąca presja inwestycyjna na terenach leśnych powoduje zwiększanie się liczby obiektów budowlanych, w tym przede wszystkim budynków mieszkalnych, które powstają pomimo braku uzyskania przez ich właścicieli pozwolenia na budowę, czy też, w enumeratywnie wyliczonych przypadkach, zgody właściwego organu na rozpoczęcie procesu inwestycyjnego. Problem samowoli budowlanej na terenach leśnych dotyczy coraz większej liczby nadleśnictw w Polsce. Celem opracowania była detekcja budynków na terenach o znacznej lesistości, położonych w sąsiedztwie Parku Narodowego Gór Stołowych. Wybór metody detekcji budynków na terenie badań musiał uwzględnić przede wszystkim eliminację roślinności. W tym celu posłużono się danymi pochodzącymi z lotniczego skanowania laserowego oraz ortofotomapą CIR o rozdzielczości 0,6 m. Dane punktowe poddano kilku przetworzeniom, aby uzyskać obiekty o wysokości minimalnej 2 m. Do eliminacji roślinności wykorzystano wskaźnik NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index). Analizę przeprowadzono na dwóch powierzchniach próbnych, gdzie obszar 1 wykorzystany został jako zbiór testowy, a obszar 2 jako weryfikujący. Przetworzenie materiałów przeprowadzone zostało w programie ArcGIS 10, gdzie stworzony został model detekcji budynków. Uzyskano dokładność detekcji budynków na poziomie: 80 %. Uzyskane wyniki w połączeniu z danymi z ewidencji gruntów i budynków pozwoliłyby na wskazanie potencjalnych lokalizacji samowoli budowlanych.

EN

Growing pressure for investment in forest areas will increase the number of buildings, including primarily residential buildings to be are built without necessary permits or, in the enumerated cases, consents of the competent authority to begin the investment process. The problem of illegal buildings in forest areas concerns an increasing number of forest districts in Poland. The purpose of this study was the detection of buildings in areas with significant forest cover, located in the vicinity of the Stołowe Mountains National Park. The selection of method for detection of buildings in the study had to consider primarily the elimination of vegetation. For this purpose, the data from the airborne laser scanner data and CIR orthophotomap with a resolution of 0.6 m were used. Point cloud data were processed several times to select objects with a minimum height of 2 m. NDVI (Normalized Differenced Vegetation Index) was used for vegetation elimination. The analysis was conducted on two plots, where one area was used as a test set, and the second area - as verification set. Processing of materials was carried out in ArcGIS 10 and a model for buildings detection was developed. Building detection accuracy was about 80%. These results combined with data from the cadastre would help to identify potential sites for land use violations.

15

Analiza przestrzennej zmienności wybranych cech budowy pionowej drzewostanu na podstawie danych lotniczego skanowania laserowego

Zarzecka M., Będkowski K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2012

|

Vol. 23

501--507

PL

Jednym z ważniejszych elementów opisu aktualnego stanu drzewostanów jest informacja o ich budowie pionowej (układzie warstw). Informacje te gromadzone są w ramach okresowych inwentaryzacji zasobów leśnych. Z uwagi na dużą pracochłonność mają one jednak charakter bardzo ogólny, gdyż są odnoszone do stosunkowo dużych fragmentów lasu. Poszukuje się sposobów pozwalających na uzyskanie informacji o budowie niedużych fragmentów drzewostanów, o wielkości kilku- kilkunastu arów. Lotniczy skaning laserowy z powodzeniem jest wykorzystywany przez leśników do określania wysokości drzewostanów, liczby drzew w drzewostanie oraz wielkości jego biomasy. Dostrzeżono także możliwość rozpoznawania za pomocą skanowania laserowego pionowej budowy drzewostanów. Przeprowadzono badania w drzewostanie z sosną pospolitą w górnym piętrze, które miały na celu sprawdzenie możliwości detekcji dolnej warstwy podszytu składającego się z gatunków liściastych. Wykonano analizę histogramów rozkładów pionowych chmur punktów lotniczego skaningu laserowego. Histogramy przedstawiały liczbę impulsów zarejestrowanych w 0.5 m warstwach: 0÷0.5 m, 0.5÷1. 0, itd. Do opisania kształtu histogramów zaproponowano 7 cech. Stwierdzono, że dzięki ich zastosowaniu możliwe jest rozpoznanie obecności dolnej warstwy w drzewostanie.

EN

One of most important characteristics describing forest is their vertical structure (number of layers). This information is collected during periodical forest inventories. The inventory procedures are time-consuming and can provide only general information, describing relatively big parts of forests. There are still a lot of research activities on the search for methods providing more accurate information. In past aerial laser-scanning was successfully adopted by foresters to determine forest height, number of trees and biomass volume. There was suggested also to use ALS to detect forest vertical structures. This paper describes research made in an Scotch pine (Pinus silvestris) stand with some deciduous species in order to check whether it is possible to detect an forest understory with ALS data. An analysis of histograms describing vertical structure of laser-scanning clouds in half-meter layers was done. Histogram shapes were described with 7 special developed variables V1÷V7. It was found, that there is possible to detect the presence of forest understorey with one of variables.

16

The two-stage filtering of airborne laser data in a frequency domain

Marmol U.

Geodesy and Cartography

|

2010

|

Vol. 59, no 2

83-97

EN

In the paper a frequency method of filtering airborne laser data is presented. A number of algorithms developed to remove objects above a terrain (buildings, vegetation etc.) in order to obtain the terrain surface were presented in literature. Those all methods published are based on geometrical criteria, i.e. on a specific threshold of elevation differences between two neighbouring points or groups of points. In other words, topographical surface is described in a spatial domain. The proposed algorithm operates on topographical surface described in a frequency domain. Two major tools, i.e. Fast Fourier Transform (FFT) and digital filters are used. The principal assumption is based on the idea that low frequencies are responsible for a terrain surface, while high frequencies are connected to objects above the terrain. The general guidelines of this method were for the first time presented at (Marmol and Jachimski, 2004). Due to the fact that the preliminary results showed some limitations, two-stage filtering algorithm has been introduced. The frequency filter was modified in such a manner that different filter parameters are used to detect buildings than those to recognize vegetation. In the first stage of data processing the filtering concerning elimination of points connected with urban areas was applied. The low-pass filter with parameters determined for urban area was used for the whole tested terrain in that stage. The purpose of the second stage was to eliminate vegetation by using the filter for forest areas. The presented method was tested by using data sets obtained in the ISPRS test on extracting DTM from point clouds. The results of using the two-stage algorithm were compared with both reference data and with filtering results of eight method reported to ISPRS test. A numerical comparison of the filter output with a reference data set shows that the filter generates DTM of a satisfactory quality. The accuracy of DTM produced by the frequency algorithm fits the average accuracy of eight methods reported in the ISPRS test.

PL

W artykule zaprezentowano metodę częstotliwościową filtracji danych pochodzących z lotniczego skanowania laserowego. Przegląd literatury ujawnia, że zostało opracowanych wiele metod usuwania elementów pokrycia terenu (budynki, roślinność itp.) w celu otrzymania z takich danych powierzchni topograficznej. Wszystkie metody oparte są na kryteriach geometrycznych, mówiąc dokładniej na określonym progu różnic wysokości pomiędzy dwoma sąsiadującymi punktami lub grupą punktów. Innymi słowy, powierzchnia topograficzna jest opisana w dziedzinie przestrzennej. Proponowany algorytm bazuje na opisie powierzchni topograficznej w dziedzinie częstotliwości. Wykorzystano w nim dwa główne narzędzia, tj. szybką transformatę Fouriera (FFT) i filtry cyfrowe. Podstawowa zasada algorytmu opiera się na założeniu, że niskie częstotliwości odpowiadają za przebieg powierzchni topograficznej, natomiast wysokie częstotliwości są związane z elementami pokrycia terenu. Założenia ogólne metody zostały po raz pierwszy zaprezentowane w (Marmol i Jachimski, 2004). Wstępne rezultaty ujawniły pewne ograniczenia, w związku z tym został opracowany dwuetapowy algorytm filtracji. Filtr częstotliwościowy został zmodyfikowany w taki sposób, że inne parametry filtru są wykorzystane do wykrywania budynków, a inne do detekcji roślinności. W pierwszym etapie przetwarzania danych przeprowadzana jest filtracja w celu wyeliminowania punktów związanych z budynkami. Wykorzystywany jest w nim filtr dolnoprzepustowy z parametrami właściwymi dla terenów zurbanizowanych. Celem drugiego etapu jest wyeliminowanie roślinności z wykorzystaniem filtru zaprojektowanego dla terenów leśnych. Przedstawiony algorytm był testowany na danych pochodzących z testu ISPRS. Otrzymane wyniki zostały porównane zarówno z danymi referencyjnymi jak i z ośmioma metodami opisanymi w teście ISPRS. Porównanie ilościowe wyników filtracji ze zbiorem danych referencyjnych wskazuje, że opracowany filtr generuje NMT o zadowalającej jakości. Dokładność NMT wygenerowanego przez algorytm częstotliwości osiąga średni poziom dokładności ośmiu metod opisanych w teście ISPRS.

17

Determining the number of trees using airborne laser scanning and true orthoimagery

Tompalski P., Wężyk P., de Kok R., Kukawski M.

Roczniki Geomatyki

|

2009

|

T. 7, z. 2

133-141

EN

A multi-level forestry model, which is not only to predict income, requires accurate and rapid information about its resources. Precisely determined parameters such as diameter at breast height (dbh), height, canopy closure and volume are essential for proper decision making and therefore for forest management. Typical methods of tree/forest measurement in Poland are based on statistical methods and define average stand parameters from surveys done on selected areas (grid of forest inventory plots). It has been shown by many authors that CIR images and airborne laser scanning (ALS) data are suitable for determining selected forest parameters (Dubayah, Drake 2000; Lefsky et al., 2002). The main issue with airborne laser scanning, for forests concerns the vertical structure (Hyyppä et al., 2006; Wężyk et al., 2008). Airborne images (photos or line scanner multi- or hyperspectral imagery), on the other hand, can deliver information about tree species and health conditions by means of interpretation and classification (Wężyk et al., 2003; Lillesand et al., 2007). Both types of data can be used for determining tree numbers, tree density and spatial arrangement (Brandtberg, Walter, 1998; Leckie et al., 2003; Wang et al., 2004; Koch et al., 2006). The number of trees in the forest unit changes over the time. The older the forest stand is, the fewer tree stems it has, and even if planted in a regular order, different habitat conditions and competition between them, lead to diversified spatial distribution of trees in the stand. The purpose of this study was to test the different approaches of determining the number of trees using ALS and true orthoimagery datasets and compare the results to a reference. The study transect was located in the central-west Poland, in the Milicz Forest District RDLP Wrocław (WGS84: 51°27' N; 17°12' E), covering approximately 3.2 ha. The area was selected from a homogeneous part of a subcompartment (236a) covered by Scots Pine forest (Pinus sylvestris L.). The age of the stand, according to Polish State Forest database (SILP/LAS), was 107 years, the mean height was 23 m and the dbh was 30 cm.

PL

Stosowany obecnie model leśnictwa wielofunkcyjnego wymaga aktualnej i dokładnej informacji o jego zasobach. Jednym z wielu ważnych parametrów drzewostanu jest liczba drzew i ich przestrzenne rozmieszczenie. Obie te cechy zmieniają się w czasie życia drzewostanu. Im starszy jest drzewostan tym mniej drzew posiada. Pomimo faktu, że drzewa sadzone są z reguły w regularnej więźbie, zróżnicowanie warunków siedliskowych oraz konkurencja pomiędzy drzewami prowadzi do niejednakowego przestrzennego rozmieszczenia drzew oraz zróżnicowania ich rozmiaru. Celem badań było okre ślenie liczby drzew w drzewostanie sosnowym (Pinus silvestris L.) na podstawie danych z lotniczego skaningu laserowego (ALS) oraz obrazu pozyskanego za pomocą skanera linijkowego (true ortho RGB/NIR). Analizy zostały przeprowadzone w wybranym transekcie 107 letniego drzewostanu na terenie nadleśnictwa Milicz. Jako danych referencyjnych użyto liczby drzew określonej na podstawie zwektoryzowanych koron. Dwie różne metody zostały zastosowane do automatycznego określenia liczby drzew i ich położenia. Pierwsza metoda, nazwana "GIS watershed" oparta była na modelach koron generowanych z danych ALS. Zastosowano różne algorytmy w celu znalezienia optymalnego modelu jak najdokładniej reprezentującego powierzchnię koron drzew. Druga metoda nazwana OBIA oparta była o segmentację oraz klasyfikację obrazu true ortho (R, G, B, NIR) i prowadziła do wykrycia tzw. hot-spot. Zastosowano również metodę łączącą dane lidarowe oraz true ortho (data fusion). Do porównania uzyskanych wyników zastosowano analizy przestrzenne. Wyniki wskazują że zarówno dane ALS jak i dane obrazowe mogą być użyte do określania liczby drzew w rębnym drzewostanie sosnowym. Dokładność wykrycia drzew wyniosła 67% dla metody pierwszej (ALS) oraz 74.5% dla metody drugiej (true ortho). Połączenie zestawów danych zaowocowało wynikiem równym 72.6%. Badania będą kontynuowane w celu poprawy rezultatów dla zastosowanych metod, również dla drzewostanów w innym wieku i o innym składzie gatunkowym.

18

Dokładność określenia wysokości drzew na podstawie numerycznego modelu koron drzew opracowanego z wykorzystaniem danych lotniczego skanowania laserowego

Marmol U., Będkowski K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

Vol. 18a

377--385

PL

Wysokość drzew i drzewostanu jest ważnym elementem opisującym przestrzeń leśną. W artykule przedstawiono wyniki badań nad zastosowaniem danych skanowania laserowego do wyznaczania wysokości pojedynczych drzew. Badania prowadzono na powierzchniach próbnych rozmieszczonych w uroczysku leśnym Głuchów, należącym do Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Dla obszaru badawczego zostały wykonane dwa naloty – w okresie wiosennym i letnim, z wykorzystaniem systemu FALCON II (TopoSys, 2008). Numeryczny model pokrycia terenu (DSM) interpolowano z wykorzystaniem pierwszego echa impulsu lasera. Istotnym elementem badań było także opracowanie numerycznego modelu terenu (DTM). W tym celu konieczne było wyodrębnienie w zbiorze punktów ostatniego echa, punktów położonych na powierzchni topograficznej. Wykorzystano dwie metody filtracji: algorytm częstotliwościowy oparty na transformacji FFT (Marmol, 2005) i algorytm aktywnego modelu TIN (Axelsson, 2000). Stwierdzono, że zastosowane algorytmy dla znacznej części badanego obszaru we właściwy sposób przeprowadziły selekcję na punkty stanowiące elementy pokrycia i punkty terenowe. Największe błędy pojawiły się na terenach porośniętych niską, gęstą roślinnością, gdyż zostały one w całości zaklasyfikowane do powierzchni topograficznej. Konieczna stała się ręczna korekta uzyskanych rezultatów i usuwanie błędnie zaklasyfikowanych punktów. Prace badawcze zostały przeprowadzone na dwóch polach testowych. Wyznaczono wysokość pojedynczych drzew, z wykorzystaniem wyłącznie danych laserowych, a następnie porównano je z wynikami kontrolnych pomiarów terenowych. Dla pierwszego pola testowego satysfakcjonujące wyniki otrzymano na podstawie numerycznego modelu koron drzew (DCM), który utworzono jako różnicę modeli DSM i DTM. Wartość średnia odchyłek wyniosła –0,623 m. Na drugim polu testowym model DCM wygładzono z wykorzystaniem filtru Gaussa, po czym zastosowano segmentację wododziałową, co umożliwiło wydzielenie zasięgu koron pojedynczych drzew. Wysokość każdego drzewa określono jako wartość maksymalną w granicach wyznaczonej korony. Wartość tą traktowano jako wysokość drzewa z pomiaru laserowego i porównano z niezależnym pomiarem terenowym. Uzyskano wartość średnią odchyłek równą –0,273 m.

EN

The tree height of a forest stand is a crucial parameter determining a forest space. In this paper, results of a study aimed at extracting the height of individual trees using only LIDAR data are presented. The study focused on the Gluchow forest owned by the Warsaw University of Life Sciences (SGGW). Laser data were acquired twice – in spring and in summer. The laser-sampling density was approximately 6 points/m². An unsophisticated algorithm for DSM generation, using the first laser impulse, was developed. DTM generation, i.e., extraction of points belonging to the topographic surface from point clouds formed an important part of the study. Two filtering methods: the FFT-based frequency analysis and the adaptive TIN model were used. The accuracy analysis of DTM and DSM was performed at two test sites. The filtering algorithms were found to have some limitations. The largest errors were detected for areas with low, dense vegetation, which were completely classified to topographic surface. It was necessary to correct the results and eliminate the incorrectly classified points. Heights of individual trees were determined using only laser data. At the first test site satisfying results were produced by using the simple method of subtracting DTM from DSM. The calculated tree heights were compared with check point data collected during a high-accuracy topographic survey. The mean deviation of -0.456 m was completely sufficient. The other test site was more complex and required more advanced methods of analysis. At the first step, a digital crown model (DCM) was calculated by subtracting DTM from DSM. DCM was smoothed by a Gaussian filter. The following step involved segmentation of the watershed to estimate crown areas. The heights of individual trees was determined as the local maxima. These values were compared with the check point data, whereby a mean deviation equal to –0.273 m was obtained. To conclude, the results of this study demonstrated lidar data to have a high potential for use in tree height estimation.

19

Odwzorowanie wybranych obiektów krajobrazu w danych lotniczego skanowania laserowego

Adamczyk J., Będkowski K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2007

|

Vol. 17a

1--9

PL

Podczas budowy numerycznych modeli terenu (NMT) na podstawie danych lotniczego skanowania laserowego (chmur punktów) dąży sie do usunięcia punktów, które dotyczą odbić od obiektów znajdujących sie na powierzchni – budynków i budowli oraz roślinności. Istnieją jednakże dziedziny gospodarki oraz nauki, które są zainteresowane uzyskaniem danych, możliwie wiernie opisujących budowę pokrywy roślinnej. Dlatego też wydaje sie, że doskonalenie metodyki budowy numerycznego modelu pokrycia terenu wymaga bardziej wnikliwego podejścia, niż tylko ustalenie którędy przebiega górna granica (powierzchnia) opisująca kształt obiektu. Ze względu na przestrzenną zmienność pokrycia terenu, nie można przyjmować jednorodnych reguł przetwarzania danych dla całego obszaru, dla którego wykonano skanowanie laserowe. Istotnym jest dokonanie dokładnego rozpoznania przestrzennej dystrybucji różnych obiektów na badanym terenie oraz opracowanie charakterystyk opisujących sposób odwzorowania tych obiektów w danych skanowania laserowego. Informacje te pozwolą na zastosowanie zmiennych przestrzennie reguł przetwarzania chmur punktów skanowania laserowego – zarówno przy generowaniu NMT, jak i powierzchni opisujących budowę roślinności. W pracy przedstawiono wstępne wyniki badan nad przestrzenna dystrybucja chmury punktów skanowania laserowego różnych elementów krajobrazu, w dwóch fazach sezonu wegetacyjnego – wczesna wiosna oraz latem, z uwzględnieniem podziału rejestrowanych impulsów na pierwsze i ostanie echo. Dystrybucje przestrzenna chmur punktów pokazano w formie graficznej. Uzyskane wyniki skłaniają do podjęcia dyskusji nad niektórymi dotychczas wyrażanymi opiniami.

EN

While constructing the DTM, it is necessary to filter out a large amount of information about the objects present on the terrain surface, representing typical land use and cover features – buildings and vegetation. The important economic and research branches need possibly detailed information regarding the structure of land cover. Hence, it becomes clear that currently developed methodology for construction of DSM needs a more analytical approach than the present one. The spatial variability of land cover causes that unified rules for the different landscape elements are useless. There should be an accurate analysis of spatial distribution of objects and also characteristics of their representation described in LIDAR data . Collecting such information will allow the spatial variable rules to be applied for processing of the LIDAR data clouds for both, DTM generation and for surfaces representing vertical structure of vegetation and other land cover objects. The paper presents results of the research on spatial distribution of the point clouds for different landscape objects, in two moments in a vegetation season. The first and last echoes were used. The results obtained suggest resorting to discussion about some opinions existing so far.

20

Lotnicze skanowanie laserowe Krakowa

Jędrychowski I.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2007

|

Vol. 17a

339--345

PL

Pozyskanie informacji wysokościowej o istniejących elementach pokrycia terenu, a także o samym terenie jest obecnie czymś oczywistym. Dane te są wręcz niezbędne do właściwego wypełniania zadań samorządu, szczególnie w planowaniu przestrzennym i architekturze, a także w wielu innych dziedzinach. Wiele miast zdecydowało sie na tworzenie trójwymiarowych modeli. Wybrane technologie są różne. W Warszawie wskazano na tworzenie trójwymiarowego modelu miasta na podstawie zdjęć lotniczych. Biuro Planowania Przestrzennego Urzędu Miasta Krakowa zdecydowało sie pozyskać informacje wysokościowe za pomocą lotniczego skanowania laserowego (znanego pod nazwa LIDAR lub ALS). Referat przybliży efekty lotniczego skanowania laserowego Krakowa.

EN

Nowadays, gathering information about existing element’s heights and the terrain itself is obvious. This data is essential to perform a number of tasks dealt with by the public administration, especially in the spatial planning, architecture and other fields. Many cities have decided to create spatial models (3D). The techniques of choice vary from one place to another. In Warsaw, urban spatial model is composed of aerial photographs. The Spatial Planning Office Municipality of Krakow decided to gather spatial information by airborne scanning (called LIDAR or ASL). This lecture gives an overview of airborne scanning of Krakow.