Wyniki wyszukiwania - Biblioteka Nauki

1

Modelowanie chmury punktów ze skaningu laserowego w obszarze koron drzew

100%

Wężyk P.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

tom Vol. 18b

685--695

PL

Celem pracy było określenie przydatności i zaproponowanie rozwiązań automatyzacji procesu określania wybranych parametrów taksacyjnych drzewostanów związanych z koronami drzew, w oparciu o dane z lotniczego skaningu laserowego (ALS). Analiza przydatności danych ALS bazuje na pomiarach referencyjnych 432 sosen w obszarze badawczym Milicz (RDLP Wrocław). Osiągnięte wyniki wskazują, iż: (1) wysokość pojedynczych drzew określona na podstawie modelowanej chmury punktów ALS w zależności od użytego algorytmu, prowadzi do niewielkiego zaniżenia wartości (średnia różnica -0.90 m CHM1 lub -0.12 m CHM2); (2) średnia wysokość analizowanych drzewostanów na powierzchniach kołowych określana na podstawie ALS, była wyższa (+0.85 m) od wartości zapisanych w bazie danych SILP (2005) co w efekcie prowadzić może do zaniżenia zasobności drzewostanów w całym obrębie; (3) automatycznie analizowana średnia wysokość drzewostanów sosnowych (95 centyl FE) była wyższa o +0.46 m w stosunku do danych z SILP; (4) automatycznie określona podstawa korony sosny wykazuje błąd zaledwie około 0.56 m; (5) analiza histogramów chmury punktów umożliwiła określenie długości korony z przeszacowaniem o +0.44 m w stosunku do danych referencyjnych; (6) modelowanie warstwy koron otwiera dyskusje na temat homogeniczności jednowiekowych i jednogatunkowych pododdziałów oraz istniejącego podziału przestrzennego. Nowa metoda inwentaryzacji leśnej bazująca na technologii pozyskiwania danych ALS i modelowaniu chmury punktów ma duże szanse na wdrożenie w lasach Polski o powinno przynieść ze sobą wzrost dokładności jak i obniżyć koszty prac urządzeniowych.

EN

The study was aimed at determining the utility of and to improve the understanding of the airborne laser scanning (ALS) technology in acquisition of selected parameters of canopy layers for individual trees and whole stands. This approach, based on ALS data (TopoSys fiber scanner; swing mode + optical line scanner), was compared with reference data drawn from a forest inventory (432 Scots pines). The study showed that: (1) the height of a single tree, as derived from ALS data, leads to underestimation (mean difference -0.90 m or +0.12 m depending on CHM generation algorithm); (2) the mean stand height was higher (+0.85 m) than the height recorded in the SILP database, which may result in underestimation of the timber volume in the entire Milicz forest district; (3) the stand mean height (understood as 95th percentile of the FE point cloud) was +0.46 m higher than the height recorded in the SILP inventory database; (4) it was possible to estimate the canopy base with 0.56 m overestimation; (5) the canopy length as measured during the forest inventory was +0.44 m lower compared to the ALS data (histogram analysis); (6) the homogeneity of a contemporaneous-pine stand is questionable. In a very near future, a new approach to the forest inventory, supported by ALS data, will be presented as a list of new parameters and guidelines.

2

Techniki fotogrametrii cyfrowej, GIS oraz GPS w badaniach nad przestrzenną depozycją pyłów wybranych metali ciężkich na obszarze Lasu Wolskiego w Krakowie

100%

Wężyk P.

|

1998

|

tom Vol. 8

20-1--20-10

3

Image Web Server – platforma udostępniania ortofotomap cyfrowych poprzez Internet

63%

Wężyk P. , Świąder A.

|

2003

|

tom Vol. 13b

477--484

PL

Stworzenie możliwości swobodnego dostępu do geoinformacji jest jednym z podstawowych założeń rozwoju społeczeństwa informacyjnego. Rolę medium może spełniać z powodzeniem Internet, jednak ze względu na rozmiar przesyłanych danych (MB, GB, a ostatnio coraz częściej już TB) jest to zwykle bardzo utrudnione. Z pomocą przychodzą wydajne algorytmy kompresji obrazu oraz technologie efektywnego wykorzystania światowej sieci komputerowej. Do udostępniania obrazów cyfrowej ortofotomapy Puszczy Niepołomickiej, użyto oprogramowania Image Web Server (Earth Resource Mapping Ltd.), wykorzystującego metodę kompresji ECW (Enhanced Compressed Wavelet). Dzięki niej, a także poprzez zminimalizowanie ilości wysyłanych do użytkownika danych oraz optymalizację wykorzystania komputera i sieci, przygotowano serwis internetowy oferujący dostęp do obrazów rastrowych o wielkości kilku GB i to nawet dla użytkowników dysponujących łączem o słabych parametrach (np. modem).

EN

Creation of access possibility to geoinformation is one of the elementary presumptions to origin and evolution of information society. As a medium, the Internet can be used well, but regarding to size of shared data, calculated in MB, GB or even TB, it is impede. The new, more efficient compression algorithms and technologies created to most effective use of limited bandwidth of Internet are going with help to reach this task. Image Web Server (Earth Resource Mapping Ltd.), taking an advantage of ECW compres-sion, was used to share the raster images of digital orthophotomaps of the Niepolomice Forest. Thanks to the compression, minimize amount of data transferred to user and optimization of hardware use, the Web site offering access to few GB of raster images, even for users with low bandwidth connections (e.g. modem users), was created.

4

Określanie wysokości drzewostanów Nadleśnictwa Chojna w oparciu o lotniczy skaning laserowy (ALS)

63%

Wężyk P. , Solecki K.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

tom Vol. 18b

663--672

PL

Praca omawia nowe możliwości określania wysokości drzew i drzewostanów w oparciu o techniki lotniczego skaningu laserowego (LiDAR) porównując uzyskane wyniki do tradycyjnych metod inwentaryzacji lasu. Obiekt badawczy stanowił Obręb Piasek (Nadleśnictwo Chojna) o powierzchni 6.380,26 ha. Zestaw danych referencyjnych stanowiło 276 powierzchni próbnych (zwane TEREN) założone w 2006 roku oraz zaktualizowana baza danych opisowych (SILP) z roku 2005. Do analiz wysokości drzew na powierzchniach kołowych oraz całych wydzieleń wykonywanych w oparciu o ALS, posłużył zNMPT (nDSM; 90 percentyl). Badania wykazały, iż na podstawie ALS uzyskano wyższe wartości wysokości drzewostanów w porównaniu do wyników urządzania lasu (SILP 2005). Największą zgodność wyników z danymi referencyjnymi zaobserwowano w przypadku całych drzewostanów liściastych, dla których średnie różnice wynosiły: +1.07 m (LIDAR - SILP) ÷ -1.72 m (TEREN – LIDAR). Inaczej było w przypadku drzewostanów iglastych +3.58 m (LIDAR - SILP)÷ -3.01 m (TEREN – LIDAR). W przypadku niektórych powierzchni kołowych stwierdzono tendencję zaniżania wysokości określanej na podstawie ALS (drzewostany iglaste: -0.02m (LIDAR - SILP) ÷ +0.76 m (TEREN – LIDAR); d-stany liściaste -0.41 m (LIDAR - SILP), co potwierdzają w zasadzie wyniki innych prac naukowych. Otrzymane wyniki pozwalają wnioskować, iż technologia ALS wspomagana ortofotomapami doskonale nadaje się do obiektywnego i precyzyjnego określania wysokości całych drzewostanów i rewizji wektora LMN.

EN

The paper describes the most recent development in using the airborne laser scanning technology (ALS; LiDAR) to determine heights of individual trees and tree stands and compares the results to data derived from the traditional forest inventory. The Piasek Forest of 6,380.26 ha (the Chojna forest district managed by the Regional State Forest Administration in Szczeci) was chosen as a test site. The first reference data set for the forest stand height was obtained from the SILP data base (LAS tables) updated a year (2005) before the ALS was performed. The other reference data set (called TERRAIN) was assembled during the ground-truthing campaign in 2006, which resulted in establishing 276 circular inventory plots (148 plots in 67 deciduous stands and 128 plots in 66 coniferous forest stands). The nDSM (90th percentile) was selected as the input data for the height analysis. The results showed that the ALS-based tree heights were higher than those recorded in the official SILP database for the Chojna district. In the deciduous forest stand, differences between the LiDAR and SILP data were not particularly large and amounted to as little as about 1.07 m (R² = 0.92). Differences between the LIDAR and TERRAIN data sets were about 1.72 m (R²=0.77), higher values being obtained using ALS. In the coniferous stands, differences between the LIDAR and SILP were considerably higher, up to +3.58 m (R² = 0.93), whereas the other TERRAIN set, when compared to the LIDAR data, showed that the traditional forest inventory underestimated the Scots pine height by about -3.01 m. A detailed analyses revealed that, in some inventory plots, the LIDAR data underestimated the tree stand height (LIDAR vs SILP; coniferous: -0.02m; deciduous: -0.41 m). Such underestimation may be explained by the lack of signals coming back from warming tops of the trees. The results obtained allow to conclude that the LIDAR technology supported by the digital orthophotomaps can objectively and precisely supply height data not only for single trees, but it makes it possible to measure the whole stand (whole trees). Therefore, the existing inventory methods need to be changed to make forest planning and monitoring more precise, faster, comparable, cheaper, and not dependable on subjective measurements.

5

Kartowanie pokrycia terenów zurbanizowanych przy zastosowaniu klasyfikacji obiektowej zintegrowanych geodanych lotniczego skanowania laserowego oraz zobrazowań GeoEye-1

63%

Tompalski P. , Wężyk P.

|

2011

|

tom T. 9, z. 2

121-132

PL

Głównym celem prezentowanych badań było opracowanie zautomatyzowanej metody kartowania klas pokrycia terenu występujących w przestrzeni miejskiej, na drodze integracji komplementarnych technologii, tj.: wysokorozdzielczych zobrazowań satelitarnych (GeoEye-1) oraz chmur punktów lotniczego skanowania laserowego (ALS). Cel cząstkowy polegał również na porównaniu dokładności klasyfikacji OBIA zbiorowisk roślinnych w oparciu o różne zestawy danych wejściowych, w stopniu możliwie maksymalnie zautomatyzowanym, bez stosowania jakichkolwiek pól treningowych. Jednocześnie autorzy postawili sobie za cel przedstawienie statystyk przestrzennych opisujących zieleń miejską w wymiarze 3D i zaproponowali szersze wykorzystanie danych ALS.

EN

The paper presents first results of advanced research concerning the use of integrated airborne laser scanning data and high resolution satellite images for the purpose of urban land cover mapping, particularly vegetation. Object-based image analysis was used for data processing, without any training areas and with three different approaches: A - only ALS data; B - based on GeoEye-1 satellite image only; C - based on both integrated datasets. Using integrated point clouds with spectral information stored in GeoEye-1 bands resulted in the best classification outcome (Kappa = 0.83), allowing detection of all classes that were the subject of analysis. Vertical structure assessment possibilities with the use of point cloud data were also shown in the paper.

6

Zastosowanie zdjęć lotniczych oraz ortofotomap cyfrowych w procesie weryfikacji i aktualizacji leśnej mapy numerycznej

63%

Wężyk P. , Przybyłek Ł.

|

tom Vol. 14

1--12

PL

W Lasach Państwowych wymaganymi załącznikami do tzw. Planu Urządzania są leśne mapy numeryczne (LNM) wdrażane obecnie na szeroką skalę w jednolitym standardzie (SLMN). Część opisową systemu SIP w LP stanowią tabele modułu LAS bazy danych SILP. Zarządzenia Dyrektora Generalnego LP wymieniają zdjęcia lotnicze oraz wysokorozdzielcze zobrazowania satelitarne jako jedne z ważnych źródeł informacji w procesie tworzenia leśnej mapy numerycznej i jej aktualizacji. Celem badań było wykazanie przydatności w/w źródeł danych do weryfikacji i aktualizacji LMN. Dla obszaru Puszczy Niepołomickiej wykorzystano barwne zdjęcia lotnicze w skali 1:26.000 (Phare 1997) oraz wygenerowane na ich podstawie ortofotografie cyfrowe. Analizy dotyczyły określenia stopnia poprawności LMN w porównaniu do przebiegu linii wydzieleń drzewostanowych oraz granic oddziałów pozyskanych na drodze opracowania fotogrametrycznego (VSD-AGH) zdjęć lotniczych oraz digitalizacji ekranowej ortofotomapy cyfrowej. Dla poszczególnych leśnictw zestawiono bilans powierzchni wydzieleń opracowywanych trzema różnymi metodami. Jedną z przyczyn rozbieżności pomiędzy stereodigitalizacją oraz wektoryzacją ortofotografii jest rodzaj zastosowanego do jej generowania numerycznego modelu terenu w wyniku czego kartowanie wydzieleń wzdłuż wierzchołków wysokich drzew może być obarczone błędami. Praca wykazała wysoką przydatność zdjęć lotniczych i ortofotografii w określaniu przebiegu granic wydzieleń i oddziałów leśnych a także inwentaryzacji innych obiektów o charakterze liniowym, punktowym i poligonowym.

7

Implementacja Dyrektywy INSPIRE na przykładzie internetowego serwisu „Mapa roślinności rzeczywistej Miasta Krakowa”

63%

Wężyk P. , Wańczyk R.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

tom Vol. 18b

673--683

PL

Społeczeństwa informacyjne krajów UE tworzą się w oparciu o: zbieranie, przetwarzanie i udostępnianie informacji co znajduje swoje podstawy prawne we wdrażanej dyrektywie INSPIRE (2007/2/EC). Portal „Zielony Kraków” prezentujący rezultaty 2 lat prac nad Mapą roślinności rzeczywistej Krakowa, oparto na technologii z zakresu wolnego oprogramowania (Open source), tj.: UMN Mapserver, PHP MapScript oraz MySQL. Interoperacyjność „Zielonego Krakowa” zabezpieczają dostępne serwisy: WMS oraz WFS zgodne ze standardami OGC. W realizacji projektu wykorzystano m.in.: Apache, PHP, MapServer CGI, MapScript (CSharp, Java, PHP, Python), PHP/Mapscript, Java Rosa, GD, FreeType, GDAL/OGR oraz MySQL. Użytkownikowi udostępniono 8 różnych warstw tematycznych (wektorowych), tj.: wydzielenia (15.993 poligonów), obszary waloryzacji waloryzacja przyrodnicza (14.773 poligonów), stanowiska roślin chronionych (814 punktów), dzielnice miasta (18 poligonów), obszary z nazwami lokalnymi (139 poligonów), ulice (6.592 linii), oraz warstwę wody (linie i poligony) a także arkusze map w skali 1:10.000 (99 szt.) i 1:5.000 (325 szt.). Do wizualizacji wykorzystano także: rastrową mapę sytuacyjno-wysokościową, ortofotomapę lotniczą (B&W) oraz NMT (hillshade). W skład bazy tzw. multimediów zaliczyć można: 144 zdjęć cyfrowych, 101 plików PDF (kompozycje mapowe/ arkusze map) oraz 97 plików KMZ (Google Earth). Otwarcie się Urzędu Miasta Krakowa poprzez serwis WebGIS jest niezmiernie ważnym krokiem milowym w procesie implementacji Dyrektywy INSPIRE w Polsce.

EN

The EU member countries' information society is a society in which the creation, distribution, dissemination, use, integration, and manipulation of information is an important economic, political, and cultural activity. Its economic counterpart is the knowledge-based economy, whereby wealth is created through economic exploitation of knowledge. The 2007/2/EC Directive 14 March 2007, adopted by the European Parliament and the European Council provides an opportunity to establish an Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE). The “Green Cracow” WebGIS portal is a result of a two-year interdisciplinary project “Vegetation map of the City of Cracow”. The geoinformation (GI) technology used in the project included: UMN MapServer, PHP MapScript, and the MySQL data base. Two services, WMS and WFS, involved in running of the “Green City” application corresponded with the Open Geospatial Consortium (OGC). Additionally, the following components were used to construct the whole WebGIS application: Apache ver. 2.2.9, PHP ver. 5.2.6, MapServer 5.2.0 CGI, MapScript (CSharp, Java, PHP, and Python), PHP/MapScript 5.2.0, Java Rosa 1.5.0, GD 2.0.35, FreeType 2.1.10, GDAL/OGR 1.5.2, and MySQL 5.0.67. The Internet client can access 8 different information layers: community type (54 classes; 15,993 polygons); valuation of natural qualities of the communities (5 classes; 14,773 polygons); protected plant stands (814 locations\points); city districts (18 polygons); local names (139 polygons), streets (6,592 lines); water (lines and polygons); and 1:10,000 and 1:5,000 map sheets (99 and 325 polygons, respectively). Raster layers including the cadastre map, aerial orthophotomap, and hillshade provided a backdrop to the vector geodata information and were used to power the visualisation of the UMN MapServer application. The data base with multimedia files contain 144 digital images of selected plant communities, 101 PDF files of map sets, and 97 KMZ files to be downloaded and directly integrated with the Google Earth application containing the QuickBird images for the Cracow area of May 2007. Installation of the “Green City” WebGIS application based on the Open source modules on the Cracow Municipality servers is a very important milestone achieved by the public administration units responsible for implementation of INSPIRE.

8

Określenie dynamiki zmian w Puszczy Niepołomickiej na podstawie ortofotomapy wygenerowanej z archiwalnych zdjęć lotniczych z 1949 roku

63%

Wężyk P. , Matyja W.

|

tom Vol. 17b

801--809

PL

Głównym celem pracy było określenie przydatności panchromatycznych, archiwalnych zdjęć lotniczych w ocenie dynamiki oraz kierunku zmian zachodzących w środowisku przyrodniczym kompleksów Puszczy Niepołomickiej na obszarze blisko 11 000 ha. Podstawowym materiałem badawczym były czarno-białe zdjęcia lotnicze wykonane w latach: 1949 (skala 1:15 000) oraz 1951 (skala 1:25 000) oraz czarno-białe ortofotografie lotnicze z 2004 roku (Phare 2001). Ortofotomapy z projektu Phare 1996÷97 wykorzystano w procesie orientacji bezwzględnej stereogramów z roku 1949 (94 GCP) oraz 1951 (106 GCP). Numeryczny Model Terenu utworzony dla potrzeb projektu FOREMMS (Wężyk 2004) posłużył w generowaniu ortofotografii. Maksymalne błędy określenia położenia punktu w stereomodelu określone na fotopunktach nie przekroczyły wartości 2.96 metra współrzędnych płaskich (XY) oraz 4.78 metra dla współrzędnej wysokości (Z). Łącznie opracowaniu fotogrametrycznemu poddano 22 stereogramy z roku 1949 oraz 21 z roku 1951, na których na drodze fotointerpretacji skartowano 1132 obiekty przydzielane do 8 klas. Analiza czasowo-przetrzenna GIS klas obiektów pomiędzy rokiem 2004 a 1949÷51 wykazała na zwiększenie się powierzchni takich kategorii jak: „LAS” (+10.61%), „infrastruktura” (+575.65%) oraz „luki w drzewostanie” (+87.03%). Jednocześnie znaczna redukcje wykazała klasa „zręby” (pow., 70%) co świadczy o dużej dynamice pozytywnym kierunku zmian. Dalsze znaczne spadki areału dotyczą obiektów wykorzystywanych rolniczo w obrębie kompleksu samej Puszczy Niepołomickiej (redukcja o 33.9%). Dla największej z halizn o powierzchni 73.63 ha przeprowadzono szczegółowe analizy dynamiki zmian czasowo-przestrzennych wykorzystując w tym celu również zdjęcia lotnicze z lat 1965, 1987 oraz 2003.

EN

The main goal of the research in question was to study the suitability of panchromatic, archival aerial photos for the estimation of the dynamics and directions of changes in environment, based on the example of Puszcza Niepołomicka Primeval Forest which is situated about 30 km to the East from Krakow city centre. The research area is nearly 11000 hectares. The basic research material were B&W aerial photos taken in 1949 (scaled 1:15 000) and 1951 (scaled 1:25 000). The reference material were B&W orthophotos (pixel size 0.25 m) which were generated based on aerial photos made by PHARE 2001, scaled 1:13000. Additionally, the archival photos of 1965 and 1987 were used. The studies connected with external orientation of images and stereo digitalizing and orthorectification were made using soft copy station Dephos. Vectorisation of 2D orthoimages of 2004 and spatial analyses were made in ArcGIs 9.x (ESRI). The accuracy of geoposition (less than 3.0m for XY coordinates and less than 5 m for elevation Z) was good enough to make a premeditatedanalysis. Based on the studies, it can be stated that the archival aerial photos are a valuable source of information for the research into nature, due to the fact that they are available in an objective, visual form which gives each other the possibilities to focus on the past reality.

9

Pomiary GNSS w przestrzeni leśnej przy wykorzystaniu różnej klasy odbiorników oraz wybranych trybów pomiaru

63%

Szostak M. , Wężyk P.

|

tom Vol. 25

217--231

EN

The main aspect of the study was to evaluate the use of GNSS technology for measurement possibilities and obtaining the required position accuracy of objects in a forest area: point (eg. the location of tree trunks, landmarks), linear (eg. roads, paths) and surface (eg. the area of various plant types). The objects position with different measurement modes and various GPS receivers was done, starting from receivers for tourists, cartographs and modern multifrequency and multichannel (NAVSTAR-GPS+ GLONASS) GNSS receivers designed to work with network of reference stations. The measurements were assessed measuring the required number of sessions conducted in different measurement modes, to obtain an accurate position (defined by Forest Management Guide) of objects in the forest. Test sessions were analyzed in 100, 300, 600 seconds or even hours. Tests performed on different days, months, in different weather conditions, in the open area and under canopy, and for different phenological phases of vegetation (trees with leaves and without leaves). Evaluation of DGPS position determination was carried out in relation to the results obtained from RTK measurements (lots of hours of observation in the open area), measurements of total station and terrestrial laser scanning (precisely determined positions of tree trunks and course of the drainage ditch).

PL

Głównym przedmiotem badań było określenie możliwości stosowania technologii GNSS w leśnictwie, w zakresie realizacji pomiarów obiektów przestrzeni leśnej o charakterze: punktowym (np. pnie drzew, graniczniki, pomniki przyrody), liniowym (np. drogi, ścieżki, wizury) oraz powierzchniowym (np. wydzielenia, oddziały, zbiorowiska roślinne, obszary pożarów). Lokalizację przestrzenną wyznaczano przy wykorzystaniu różnej klasy odbiorników GNSS, pracujących w różnych trybach pomiaru. Wykorzystano odbiorniki klasy: turystycznej, kartograficzne oraz nowoczesne wieloczęstotliwościowe, wielokanałowe (NAVSTAR-GPS + GLONASS) odbiorniki, współpracujące z siecią stacji referencyjnych ASG-EUPOS w trybie RTK oraz postprocessingu. Ocenie pod kątem możliwości wyznaczania pozycji podlegały sesje pomiarowe złożone z: 100, 300, 600 epok a nawet prowadzone ponad godzinę. Testy wykonano losowo w różnych porach dnia, miesiąca, w różnych warunkach atmosferycznych, w przestrzeni otwartej (drogi leśne, zręby, luki) jak i pod okapem drzewostanu oraz w rożnych fazach fenologicznych drzewostanu (okres bez liści – spoczynku oraz z liśćmi – w pełni sezonu wegetacji). Wyznaczone metodami GNSS pozycje obiektów, zostały odniesione do wyników referencyjnych, uzyskanych na podstawie pomiarów RTK (wielogodzinne obserwacje w terenie otwartym) oraz pomiarów tachimetrycznych, a także przetworzonych chmur punktów, pochodzących z naziemnego skanowania laserowego (precyzyjnie wyznaczone pozycje pni drzew oraz przebieg rowu melioracyjnego).

10

Aktualizacja mapy glebowo-rolniczej z wykorzystaniem klasyfikacji obiektowej (OBIA) zobrazowań teledetekcyjnych oraz analiz przestrzennych GIS

51%

Wężyk P. , Pierzchalski M. , Szafrańska B. , Kortas G.

|

tom Vol. 23

477--488

PL

Aktualność map glebowo-rolniczych w Polsce sięga najczęściej lat sześćdziesiątych poprzedniego wieku, stąd wymagają one nie tylko konwersji z formy analogowej (papierowej) do cyfrowej, ale przede wszystkim weryfikacji treści w stosunku do rzeczywistych klas pokrycia i użytkowania terenu. Rozwój miast, wsi, dróg i innych inwestycji infrastrukturalnych, jaki nastąpił w minionych 50 latach oraz nasilenie się w ostatniej dekadzie procesów socjoekonomicznych skutkujących porzucaniem upraw rolnych i zajmowania tych terenów przez lasy, spowodował dużą dezaktualizację treści geometrycznej mapy glebowo-rolniczej. Przeprowadzenie weryfikacji treści geometrycznej mapy glebowo-rolniczej dla skali województwa małopolskiego wymagało zastosowania obiektowej klasyfikacji (OBIA, ang. Object Based Image Analysis) aktualnych zobrazowań teledetekcyjnych. Proces OBIA realizowano w oprogramowaniu eCognition Developer 8.64 (Trimble GeoSpatial). Należało go możliwie daleko zautomatyzować ze względu na dużą powierzchnię opracowania (ok. 15000 km2). Otrzymane wyniki skontrolowano na podstawie kilkuset powierzchni referencyjnych (wektoryzacja ekranowa dokonana przez operatora). Analizy przestrzenne GIS aktualizujące przebieg poligonów mapy glebowo-rolniczej o nowe powstałe obiekty zrealizowano w trybie wsadowym (Model Builder, Esri). Uzyskane wyniki wykazały, iż największe zmiany, tj. przyrost powierzchni (procentowo) zanotowano w przypadku klas: „Las” (Ls; +8.2%) oraz „Tereny zabudowane” (Tz; +6.3%), przy jednoczesnym ubytku wszystkich kompleksów (ID 1÷13) wykorzystywanych pod uprawy rolne o -10.5% (z czego -4.9% w rejonach górskich). Ubytek trwałych użytków zielonych (1z, 2z oraz 3z) na zaktualizowanej mapie glebowej oceniona na około (-4.2%). Zastosowane algorytmy weryfikacyjne oraz aktualizacyjne pozwalają stwierdzić, iż klasyfikacja obiektowa OBIA aktualnych zobrazowań teledetekcyjnych (satelitarnych i lotniczych) w połączeniu z daleko zautomatyzowanymi analizami przestrzennymi GIS może być wykorzystywana w procesie aktualizacji mapy glebowo-rolniczej.

EN

The analogue soil maps (paper sheets; scale 1:5000) were made in Poland most likely in the 60-ties of XX century. Today, they need not only conversion from analogue form to digital (raster or vector) format but also quick and objective map revision. Soil maps become outdated and they don't represent actual land use or land cover (LULC). Rapid growth of cities and the country side development as well as infrastructure constructions have to be included in up-dated soil map. During the last 50 years in Małopolska Voivodeship, many hectares of arable land were abandoned and changed in natural way (succession) in to the class forest. In year 2010 the Marshal office of Małopolska Voivodeship decide to convert the archive of analogue soil map to shape file with connected database. In 2011 another project was started with main goal of up-date of the soil map (about 15 000 km2). The special work-flow of geoinformation technologies was used for fulfill this goal. Object Based Image Analysis (OBIA) meets the criteria for fast and accurate Land Use & Land Cover (LULC) classification method of the RapidEye (from years 2010/2011) high resolution satellite images. Application of this object based classification method, together with GIS analysis ensures very high degree of work automation. The results obtained shows, that the most changes in a land cover were observed in urban areas (Tz; +6.3%) and forests (Ls; + 8.2%). The area of all other agricultural used soil complexes decreased in the same time about -10.5% (in the mountainous areas approx. -4.9%). The class pastures and meadows also decrease during the last 50 years about -4.2%. This project demonstrates success story of using the modern GIS techniques to verify and update soil map of Małopolska Voivodeship based on the OBIA of RapidEye satellite imaginary and aerial orthophotomaps (RGB).

11

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

51%

Szostak M. , Bednarski A. , Wężyk P.

|

2018

|

tom 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.

12

Generowanie numerycznych modeli powierzchni oraz terenu w Tatrach na podstawie chmury punktów z lotniczego skaningu laserowego (ALS)

51%

Wężyk P. , Borowiec N. , Szombara S. , Wańczyk R.

Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji

|

2008

|

tom Vol. 18b

651--661

PL

Celem pracy było zaprezentowanie metod zastosowanych w półautomatycznym procesie generowania numerycznych modeli bazujących na chmurze punktów zarejestrowanych technologią lotniczego skaningu laserowego (ang. Airborne Laser Scanning; ALS) w trudnych obszarach wysokogórskich Tatr. Teren badań o powierzchni około 60 km2, obejmował masyw Kasprowego Wierchu, Kuźnice oraz fragment miasta Zakopane ze stokami Gubałówki. Dane ALS pozyskano w 2007 roku w 33 pasach (RIEGL LMS-Q560), w zagęszczeniu, co najmniej 20 pkt/m2. Wpasowania połączonych skanów dokonano w oparciu o pomiary tachimetryczne powierzchni planarnych (dachy budynków) i dowiązanie przez dGPS. Błędy położenia punktów w płaszczyźnie poziomej wahały się w przedziale -0.09÷+0.28 m, a błędy wysokościowe w przedziale od -0.12÷0.14 m (HAE). Wykonawca dostarczył dane osobno z 2 skanerów, dla każdego: pierwsze i ostatnie odbicie impulsu. Ze względu na duży rozmiar plików podzielono ja na mniejsze generując 353 obszary robocze o rozmiarze 500·500 m dla każdego skanera i numeru odbicia. Przeprowadzono filtrację chmury punktów oraz ich klasyfikację do zestawów danych: „low points”, „ground", „low vegetation”, „medium vegetation”, „high vegetation” oraz „air points”. W celu wygenerowania NMPT stworzono klasę „ground_inverse" wymagającą kontroli operatora wspomagającego się ortofotomozaiką cyfrową (RGB\CIR; kamera Vexcel). Dla każdego przetwarzanego obszaru roboczego wygenerowano NMT oraz NMPT. Na podstawie zweryfikowanych modeli wygenerowano znormalizowany numeryczny model powierzchni terenu obrazujący wysokości względne obiektów występujących w obszarze opracowania (drzewa, piętro kosodrzewiny, budynki, linie energetyczne, liny wyciągów, etc). Analizy przestrzenne bazujące na wygenerowanych modelach otwierają zupełnie nowe możliwości licznym badaniom naukowym.

EN

The work presented was aimed at constructing a semi-automatic work-flow of Digital Surface Model (DSM) and Digital Terrain Model (DTM) generation based on an ALS point cloud gathered in a very difficult mountain area. The study area located in the Polish part of the Tatras Mountains covered about 60 km2 and included the Kasprowy Wierch, Kuźnice, and downtown Zakopane with the Gubałówka. ALS data, collected in 2007, consisted of 33 scans (minimum density of 20 points/m2). To combine all the scans and match them to the coordinate system, planar surfaces (building roofs) were measured using a tachimeter and a dGPS survey. Position errors of the ALS points in the horizontal plane varied from -0.09m to +0.28m; height errors ranged from -0.12m to 0.14m (HAE). The operator delivered the data separately from 2 Riegl Q- 560 scanners, for every FE and LE. The ALS files, due to their huge size, were divided into smaller ones and generated 353 sheets (500x500 m in size ) for every scanner and number of returns combination. The point cloud was filtered and assigned to the following levels: "low points”, "ground", "low vegetation”, "medium vegetation”, "high vegetation” and "air points”. To generate a DSM, a special class called "ground_inverse" was created; it required an operator control supported by a digital orthophoto (RGB\CIR; Vexcel camera). For every sheet processed, the DTM and DSM were generated. Those verified models served as a basis for developing an nDSM model using the ER Mapper software. The nDSM shows relative heights of objects in the study area (forest stands, dwarf mountain pines, buildings, power lines, ski lifts, etc.). Development of a precise DSM and nDSM as well as analyses of the nDSM open new perspectives for numerous scientific projects.

13

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

51%

Wężyk P. , Hawryło P. , Szostak M.

|

tom 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.

14

Porównanie dokładności metody ”FOTO” z automatyczną analizą danych lotniczego skaningu laserowego dla celów kontroli dopłat bezpośrednich

51%

Wężyk P. , Szostak M. , Tompalski P.

|

tom Vol. 20

445--456

PL

Około 1.5 mln producentów rolnych w Polsce składa co roku wnioski o dopłaty bezpośrednie z funduszy UE. Mechanizmy zarządzania i kontroli dopłat bezpośrednich opierają się w dużej mierze na wykorzystaniu technologii geoinformatycznych będących częścią systemu IACS. Kontrola wniosków, tzw. kontrola „na miejscu” realizowana jest dwoma metodami, tj.: inspekcji terenowej lub „Foto”. Obie bazują na danych z LPIS (System Identyfikacji Działek Rolnych). W 2008 roku ok. 107 tys. gospodarstw skontrolowano metodą „Foto” w oparciu o ortoobrazy satelitarne lub lotnicze. Najwięcej nieprawidłowości (ok. 19%) wykazano dla województwa dolnośląskiego. Badania opisane w niniejszym artykule dotyczą obszaru testowego w powiecie Milicz (obręb ewidencyjny Pracze; woj. dolnośląskie). W roku 2007 przeprowadzono dla tego obszaru lotniczy skaning laserowy (ALS) oraz wygenerowano ortofotografię w oparciu o zdjęcia cyfrowe VEXCEL. Pole testowe objęło 68 działek ewidencyjnych (EGiB) o łącznej powierzchni 68.57 ha, składającej się łącznie z 13 klas użytków gruntowych. Według danych EGiB z 2009 roku, użytek Ls zajmował 5.77 ha (14.10%) obszaru testowego. W oparciu o ortofotografię lotniczą (kompozycja RGB; piksel 15 cm) oraz wektor działek EGiB, operator wektoryzował obszary podlegające sukcesji leśnej, które nie podlegają dopłatom bezpośrednim. Wyniki prac wskazują, iż użytek Ls zajmuje w rzeczywistości obszar 19.04 ha, czyli ponad 3 razy więcej niż wykazał EGiB. Równolegle wykonano analizy przestrzenne GIS bazujące na znormalizowanym Numerycznym Modelu Powierzchni Terenu (zNMPT) wygenerowanym w oparciu o chmurę punktów lotniczego skaningu laserowego. Testowano 3 warianty zNMPT, tj. powyżej progu: 1 m, 2 m oraz 3 m nad gruntem, reprezentującego wysokości roślinności. Automatyczne przetwarzanie było możliwe dzięki przygotowaniu odpowiedniego modelu w aplikacji ArcGIS (ESRI). Wyniki wskazują, iż obszary pokryte roślinnością o wysokości powyżej 1 m zajmują 19.84 ha (48.5%). Niewielka różnica powierzchni lasu (0.8 ha) dla modelu zNMPT >1 m, w stosunku do metody „Foto”, wynika z problemów generowania ortoobrazów w oparciu o NMT. Automatyczna kontrola bazująca na klasyfikacji obrazów lotniczych czy satelitarnych wsparta informacją o wysokości obiektów (zNMPT), wydaje się być wręcz koniecznością w kontekście cyklicznego procesu monitoringu i kontroli obszarów rolniczych w Polsce.

EN

Every year about 1.5 mln Polish farmers submit applications for direct subsidies from EU money. The mechanism of management and control of these subsidies is very often based on geoinformation technologies being a part of an IACS system. The verification of the applications submitted is done by field measurements (RFV) or by using the so called „Photo” method. Both of these are based on the LPIS (Land Parcel Identification System) data. During 2008 about 107,000 farms in Poland were checked using the „Photo” method, based on satellite or aerial images. The number of anomalies was highest in the Dolnośląskie voivodeship (19%). The paper presents results from a test site located in Milicz. In 2007 airborne laser scanning was performed and orthophotos were created based on aerial images (VEXCEL camera). The test site consisted of 68 parcels (68.57 ha), divided in 13 classes of land-use type. According to the cadastral system (EGiB), the class forest occupies 5.77 ha (14.1%) of test area. Using orthophoto and vector layer of parcels, the operator vectorized areas with forest succession which are not eligible for subsidies. The results show that the forest class occupies an area over 3 times larger (19.04 ha) than in the EGiB data base. The GIS analyses were also performed based on nDSM generated from the ALS point cloud. Three approaches were used with different heights of vegetation (1, 2 and 3 m). The analysis was done automatically using ArcGIS (ESRI). The results indicate that there is only a small difference between the “Photo” method and the automatic method based on ALS (19.84 ha). Automatic verification based on classification of aerial or satellite images, supported by information about the height of objects, is recommended for periodic monitoring and control of agricultural areas in Poland.

15

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

51%

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

|

tom 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.

16

Portal mapowy "Zielony Kraków" jako element realizacji INSPIRE

51%

Wężyk P. , Mrugała M. , Wańczyk R. , Szwałko P.

|

tom T. 7, z. 6

105-111

EN

The WebGIS portal .Green Krakow. is the result of two years of interdisciplinary work on the so called .Vegetation map of the City of Krakow.. The technology used in the project includes: UMN MapServer, PHP MapScript and the MySQL data base. Two services WMS and WFS running in the .Green City. application meet the Open Geospatial Consortium (OGC) specifications. Additionally, the following components were used to construct the whole WebGIS application: Apache ver. 2.2.9, PHP ver. 5.2.6, MapServer 5.2.0 CGI, MapScript (CSharp, Java, PHP, and Python), PHP/MapScript 5.2.0, Java Rosa 1.5.0, GD 2.0.35, FreeType 2.1.10, GDAL/OGR 1.5.2 and MySQL 5.0.67. The Internet client can access 8 different information layers like: community types (54 classes; 15.993 polygons), nature valuation of communities (5 classes; 14.773 polygons), protected plant stands (814 positions\points), city districts (18 polygons), local names (139 polygons), streets (6.592 lines), water (lines and polygons) and map sheets in the scale 1:10.000 (99 polygons) and the scale 1:5.000 (325 polygons). Raster layers such as cadastre map, aerial orthophotomap and hillshade were used as background of the vector geodata information to power the visualization of the UMN MapServer application. The data base with multimedia files enclose 144 digital images of selected plant communities, 101 PDF files of the map composition and 97 KMZ files to download and direct integration in the Google Earth application containing the QuickBird images for Krakow area from May 2007.

17

Zastosowanie obiektowo zorientowanej analizy obrazu (GEOBIA) wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych w klasyfikacji obszaru miasta Krakowa

51%

Wężyk P. , de Kok R. , Szombara S.

|

tom Vol. 17b

791--800

PL

Technologie teledetekcyjne oraz systemy GIS osiągnęły obecnie poziom rozwoju umożliwiający pełna implementacje automatycznych metod klasyfikacji oraz procesów kontroli i aktualizacji zasobów kartograficznych będących w posiadaniu administracji publicznej. Dane teledetekcyjne pozyskiwane nowoczesnymi metodami takimi jak: lotnicze kamery cyfrowe, skanery hiperspektralne, LiDAR badz VHRS - pozwalają na poprawne skonstruowanie procesu wspomagania podejmowania decyzji na poziomie lokalnym i regionalnym takich jak np. miejscowe plany zagospodarowania przestrzennego. Ogromne zbiory danych (np. LiDAR, VHRS) muszą być coraz częściej poddawane automatycznym procesom ich przetwarzania. Obiektowo zorientowana analiza obrazu (ang. Object Based Image Analysis; akronim: GEOBIA) - zwana potocznie klasyfikacja obiektowa, wykorzystuje zaawansowane algorytmy segmentacji rastra. Rozstrzygają one o liczbie generowanych obiektów na podstawie wartości jaskrawości piksela oraz „właściwości geometrycznych” (np. kształtu, grupowania się pikseli w homogeniczne obiekty, zwartości, etc). W kolejnych krokach obiekty te są klasyfikowane na podstawie licznych zależności i właściwości, jak np. parametru homogeniczności czy stosunku długości granic do powierzchni (wykrywanie krawędzi, budynków, działek etc). Klasyfikacja obiektowa może przyjąć strukturę hierarchiczna, to znaczy raz sklasyfikowane obiekty mogą posłużyć do stworzenia nowego wyższego hierarchicznie poziomu. Taka metodyka pozwala na przygotowanie scenariuszy postepowania klasyfikacyjnego zapisywanych do plików zwanych protokołami w oprogramowaniu DEFNIENS. Nowatorskie podejście do kwestii klasyfikacji obrazu bez potrzeby wykorzystywania pól treningowych zostało już potwierdzone wieloma projektami naukowymi i ich wdrożeniami (Wężyk, de Kok, 2005; de Kok, Wężyk, 2006). W prezentowanej pracy do przeprowadzenia klasyfikacji wykorzystano 2 sceny IKONOS z dnia 25.06.2005 roku (łączny obszar 194,7 km2) oraz 1 scenę QuickBird z dnia 07.09.2006 roku (167,7 km2). Prace zostały zlecone przez Biuro Planowania Przestrzennego UM Krakowa w listopadzie 2006 roku. Obrazy VHRS poddano ortorektyfikacji (Aplication Master 5.0, Inpho) w oparciu o współczynniki RPC ale także punkty dostosowania GCP pozyskane z ortofotomap Phare 2001 oraz NMT przekazanego przez BPP UMK (Wężyk et al., 2006). Do analizy obrazów VHRS wykorzystano kanał panchromatyczny (PAN) oraz wielospektralne (MS) zakresy promieniowania. Wstępne przetwarzanie kanałów PAN polegało na zastosowaniu filtrów krawędziowych (np. Lee Sigma), w wyniku działania których otrzymano tzw. obrazy pochodne wykorzystane w procesie segmentacji. Inne obrazy biorące udział w tym złożonym procesie składającym się z 11 kroków to: poszczególne kanały MS (Blue, Green, Red, NIR), dla których wykonano analizę głównych składowych (ang. Principal Component Analysis), mapa ewidencyjna (obraz rastrowy) wykorzystywana w projekcie kartowania zieleni rzeczywistej Krakowa (służąca głównie klasyfikacji budynków przy wykorzystaniu PC3), rastrowa warstwa sieci dróg pochodząca z wektoryzacji ekranowej VHRS i z map ewidencyjnych. W toku uzgodnień z BPP UMK podjęto decyzje o przyjęciu dwóch poziomów hierarchicznych klas pokrycia terenu. Poziom 1 składał się z 9-ciu klas zajmujących odpowiednio: tereny zainwestowane – 17,42%, zieleń wysoka – 24,99%, zieleń niska – 44,31%, zieleń terenów sportowych oraz ogródków działkowych – 1,39%, zbiorniki wodne i rzeki – 1,94%, infrastruktura drogowa – 3,48%, hałdy + wysypiska + odsłonięta gleba – 0,84%, grunty orne i uprawy – 5,35% oraz cień – 0,28% obszaru badan. Trzy klasy poziomu 1, tj.: tereny zainwestowane, zieleń niska i zieleń wysoka) zdecydowano się zaprezentować na wyższym – 2 poziomie szczegółowości. Wraz z pozostałymi klasami poziom ten składał się łącznie z 22 klas. Osiągnięte rezultaty potwierdziły szerokie możliwości stosowania automatycznych metod OBIA bazujących na VHRS i innych informacjach pochodzących z systemów GIS oraz z zasobów geodezyjnokartograficznych w celu ich aktualizacji.

EN

Recent developments in Remote Sensing and GIS have reached maturity which allows to implement the research results into standardized process flows for updating and checking the municipality cadastral information. The database containing the city cadastre already handles data fusion methods itself. Available information considerably enhance information extraction from new data collections with high quality sensors such as LiDAR, photogrammetrical imagery and VHRS data. Huge amounts of available data must be processed in sequences to keep them handable. Transferable protocols for automatic handling of VHRS data can now be put into a full production process to assist the workflow of other image data from airborne platforms and integrate these GIS output into further cadastral GIS analysis. The data fusion within this project allows a highly detailed description of the city status-quo and the basis for change detection. Further these results are besides a very important archival inventory also a basis for decision support, now and in the future. The whole workflow was of a chain of previous research projects which were put into a commercial workflow. This study shows an experience report on, how the product chain was built-up and what type of products were delivered to the municipality of Krakow (Poland).

18

Skaner hiperspektralny AISA (Airborne Imaging Spectrometer for Applications) jako narzędzie pozyskiwania informacji o ekosystemie leśnym

51%

Wężyk P. , Wertz B. , Waloszek A.

|

2003

|

tom Vol. 13b

485--496

PL

W projekcie FOREMMS (5 FP IST) realizowanym na obszarze kilku państw europejskich w tym i w Polsce (Puszcza Niepołomicka) wykorzystano zobrazowania skanera hiperspektralnego AISA (nalot 13.08.2001) oraz wyniki oznaczeń laboratoryjnych (metoda spektrofotometryczna) barwników zawartych w aparacie asymilacyjnym sosny pospolitej (Pinus silvestris L). Materiał do analiz pochodził z drzew przeciętnych, wybranych i ściętych na powierzeniach monitoringowych projektu FOREMMS. Zakresy 32 kanałów spektralnych skanera AISA zostały dobrane do charakterystyk absorpcji i odbicia promieniowania przez poszczególne barwniki, tj.: chlorofil a i b oraz karotenoidy. Praca wykazała przydatność wysokorozdzielczych obrazów AISA jako cennego źródła danych dla celów szacowania tzw. „indeksów barwników”, w tym szczególnie zawartości chlorofilu w aparacie asymilacyjnym sosny. Analizy laboratoryjne wykazały spadek zawartości chlorofilu w igłach sosny (we wszystkich rocznikach) wraz ze starzeniem się drzew (klasy wieku). Wszystkie obliczone na podstawie zobrazowania AISA indeksy chlorofilu w igłach sosny wykazały tendencję spadkową wraz ze starzeniem się igieł (rocznika I–III). Dla indeksu mSR705 prawidłowość ta była najbardziej wyraźna (współczynnik korelacji Pearsona z oznaczeniami laboratoryjnymi = 0.65). W wyniku analiz przestrzennych GIS wygenerowano mapę numeryczną zawartości chlorofilu w aparacie asymilacyjnym sosen Puszczy Niepołomickiej.

EN

During the FOREMMS (5 FP IST) project, performed in selected EU countries, including candidate country – Poland (Niepolomice Forest), the hyperspectral images made by AISA airborne spectrometer (at 13.08.2003) and results of laboratory (spectrophotometry method) measurements of pigments concentration in Scotch Pine (Pinus sylvestris L.) needles, were used. Samples of Scotch Pine needles were collected from common trees, selected and cut on the FOREMMS monitoring plots. Ranges of the selected 32 spectral channels of AISA spectrometer were specially selected to ensure the correspondence with absorption and reflectance characteristics of pigments i.e.: chlorophyll a, b and carotenoids. The study shows usefulness of high–resolution AISA images as a valuable source of data for estimating “pigments indexes” purposes, especially for estimate concentration of chlorophyll in pine needles. Laboratory analyses demonstrated decrease of chlorophyll content in Scotch Pine needles (all three generation of needles) during growth of tree stand. All of chlorophyll indexes calculated from AISA image had decreasing trend along with the age of needles generation. For mSR705 index this regularity was strongest (Pearson’s correlation coefficient = 0.65). As a result of spatial GIS analyses, the digital map representing concentration of chlorophyll in Scotch Pine needles in Niepolomice Forest, was generated.

19

Wpływ jakości numerycznego modelu terenu na wynik ortorektyfikacji wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych IKONOS-2

51%

Wężyk P. , Pyka K. , Jędrychowski I.

|

2006

|

tom Vol. 16

557--566

PL

Celem prezentowanej pracy było ustalenie wpływu rodzaju modelu terenu na jakość ortorektyfikacji wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych IKONOS-2. Przedmiotem ortorektyfikacji były dwie sceny satelitarne IKONOS-2 pozyskane w dniu 25.06.2005 r. Dwa z wykorzystanych modeli wysokościowych opracowano na podstawie stereoskopowych zdjęć lotniczych w skalach odpowiednio: 1:13 000 i 1:26 000. Trzeci model powstał na drodze wektoryzacji warstwic z map topograficznych 1:50 000. Wszystkie modele miały postać regularnej siatki o bokach, odpowiednio: 15 m, 20 m oraz 30 m. W procesie ortorektyfikacji użyto oprogramowania OrthoWarp ER (Inpho Technology). Do ortorektyfikacji użyto tych samych GCP dla wszystkich modeli dla kanału PAN, sceny wschodniej (16 GCP) i zachodniej (15 GCP). Błąd średni kwadratowy (RMS) lokalizacji współrzędnych XY oscylował w przypadku obrazu ORTO_15 poniżej 2.0 m (dla sceny West: 1.75 m; East: 2.16 m). Kolejne testowane NMT (20_DEM oraz 30_DEM) spowodowały nieznaczne pogorszenie dokładności lokalizacji, co przejawiło się wzrostem wartości RMS do 2.37 m w obydwu wypadkach. Scena wschodnia o mniejszym odchyleniu kątowym od nadiru (8.1) niż zachodnia (13.1) wykazywała nieznacznie większy błąd (około 0.41 m dla ORTO_15 oraz 0.26 m dla ORTO_30). Przetworzone do postaci ortoobrazów sceny IKONOS-2 całkowicie spełniły oczekiwania projektu jako podkład do kartowania roślinności w każdym z analizowanych przypadków stosowania różnych NMT.

EN

The aim of the study was to define the influence of different types of Digital Elevation Models (DEMs) on the quality of the orthorectification process of very high resolution satellite (VHRS) IKONOS-2 images used in the “Mapping of the vegetation of the City of Cracow”. project The subject of the orthorectification were two satellite scenes (west and east of Cracow) of IKONOS-2 obtained on 25/06/2005. For the needs of orthorectification, three different digital elevation models were used. Two of them were made based on stereoscopic air-borne photographs on the respective scales of 1:13 000 and 1:26 000. They were prepared to generate air-borne orthophotomaps. The third model was made by digitizing contour lines from 1:50 000 topographical maps. All the models came to formed a regular grid with the sides: 15 m (15_DEM), 20 m (20_DEM) and 30 m (30_DEM), respectively. Data from the IKONOS-2 scanner was delivered on the processing level of a Standard Geometrically Corrected type (known as Geo-Ortho ready) with the application of the Cubic Convolution (WGS84, UTM34N; PAN 0.8 m; MS 3.2 m) interpolation method. The accuracy (RMS XY) of the obtained raw data was about 12.4 m for scene west and 9.5 m for east scene (max. 34 metres for the summit of the Marshall Piłsudski Mound). In the process of the orthorectification, OrthoWarp ER (Inpho Technology) software was used. The same GCP for all models for the PAN band for the eastern (16 GCP) and western (15 GCP) scenes were used in the orthorectification process. The mean square error (RMS) of the location of co-ordinates XY was in ORTO_15 (based on the 15_DEM) result image below 2.0 metres (for scene west – 1.75 m; east – 2.16 m). Subsequently tested 20_DEM and 30_DEM caused slight deterioration of the location accuracy, when RMS grew to 2.37 m in both cases. The eastern scene of smaller angular declination of a scanner from the nadir (8.1°) than the western one (13.1°) showed slightly greater bias (additionally about 0.41 m for ORTO_15 and 0.26 m for ORTO_30). Processed into the form of orthoimages, the VHRS IKONOS-2 scenes fully met the expectations of the project as a basis for mapping the vegetation in each of the analysed cases of the application of different DEM. The comparison of the application of different types of digital elevation models of different characteristics in the process of generating satellite orthoimages confirmed the usefulness of the application of already publicly available DEM.

20

Application the object based image analysis of VHR sattelite images in land-use analysis

51%

Wężyk P. , Kok R. , Kozioł K.

|

2006

|

tom T. 4, z. 3

227-238

PL

Trendy panujące w teledetekcji wskazują jednoznacznie na kierunek stosowania całkowicie samodzielnych metod automatycznej klasyfikacji dużych mozaik ortofotomap lotniczych i satelitarnych. Zautomatyzowany proces pozyskiwania i zarządzania dużymi zbiorami danych teledetekcyjnych został już w zasadzie osiągnięty, a jego logiczną kontynuacją jest w pełni automatyczna interpretacja obrazu. Wybrane klasy CLC2000 (Corine Land Cover) takie jak: woda, las, obszary antropogenicznego pochodzenia czy tereny rolnicze posiadają bardzo specyficzną charakterystykę będącą kombinacją własciwości spektralnych i tekstury. Stąd też klasy te mogą być poddawane sekwencyjnemu procesowi klasyfikacji (zapisanego w tzw. protokole programu eCognition; Definiens) zwanego OBIA (obiektowa analiza obrazu; synonim - klasyfikacja obiektowa), który może wskazać tzw. "kandydatów" dla powierzchni treningowych i testowych w obszarze analizowanego obrazu. W zaprezentowanej metodzie, selekcja pól treningowych i testowych tradycyjnie dokonywana przez operatora, została znacząco zredukowana bądź też nawet całkowicie zaniechana. Te subiektywne zazwyczaj decyzje, które obszary nadają się, a które nie jako wzorce to klasyfikacji, zastąpiono hierarchicznym procesem (protokół eCognition) ich wyboru. Zapewnia to opisywanej metodzie OBIA większą obiektywność. Sukces działania w pełni automatycznych procedur analizy obrazu można osiągnąć w przypadku klas pokrycia terenu o unikatowej charakterystyce spektralnej i teksturze (ang. fingerprint). Systemy eksperckie wymuszają przebieg określonych procesów takich jak: od poziomu Danych do Informacji oraz od poziomu Informacji do Wiedzy. Pomimo takiego przebiegu od Danych do Informacji, systemy IACS/LPIS bazują w swej dużej części na informacjach składanych przez rolników. Bezpośrednie powiązanie danych satelitarnych z systemami GIS może przynosić duże profity dzięki wdrażaniu dostępnych już inteligentnych metod przetwarzania obrazu. Prezentowana praca demonstruje najnowocze.niejsze metody (eCognition ver.5) i procedury aktualizacji warstw GIS (LPIS) oparte na automatycznym generowaniu informacji na podstawie wysokorozdzielczych obrazów satelitarnych QuickBird. Artykuł pokazuje możliwości zastosowania automatycznych procesów do ilościowej analizy dynamiki klas pokrycia terenu, w tym szczególnie, naturalnej sukcesji leśnej jaka najczęściej zachodzi na opuszczonych gruntach rolnych w południowej części Polski. Zastosowana klasyfikacja OBIA oraz analizy GIS wykazały istnienie 69,28 ha obszarów o charakterze sukcesyjnym zajmujących 16,2% terenu badań. Zautomatyzowane pozyskiwanie informacji zawartych w wysokorozdzielczych obrazach satelitarnych staje się koniecznością w kontekście podejmowania najlepszych decyzji uwzględniających dynamikę naturalnych procesów zachodzących w krajobrazie rolniczym.