Využití laserscanningu pro mapování

Transkript

Využití dat leteckého laserového
skenování pro tvorbu map pro
orientační běh
Luděk Krtička
Zdeněk Lenhart
Využití dat LLS pro tvorbu map
pro orientační běh
Seminář kartografů, Brada u Jičína,
16.-18.11.2012
1
Cíle přednášky
• stručně seznámit s vybranými aspekty dat
vzniklých z leteckého laserového skenování
(LLS)
• prezentovat možné typy mapových podkladů
vzniklých na základě dat LLS
• seznámit se zkušenostmi z mapování v terénu
na podkladech vzniklých z LLS (ČR, zahraničí)
16.-18.11.2012
2
Proč se zabýváme daty z LLS?
• přináší zvýšení efektivity práce, z hlediska přesnosti a
rychlosti mapování revoluční technologie (srovnej
změna ZM àortofoto)
• data z LLS poskytují výbornou výškovou a polohovou
přesnost a to i v hustých porostech (srovnej
fotogrammetrie) a komplikovaných místech
• LLS data umožňují velmi rychlou přípravu mapových
podkladů v různých kombinacích
• v mapování pro OB laserscanová „strojově přesná“ data
nejsou definitivním výsledkem a vyžadují i nadále
specifický přístup jejich použití
16.-18.11.2012
3
Data - v jaké podobě a kvalitě?
• jako koncoví zákazníci většinou nemůžeme
ovlivnit hustotu sběru dat (klíčová) a kvalitu
filtrace resp. klasifikace objektů do tříd (důležitá)
• data jsou pořizována od poskytovatelů v různých
datových formátech (txt, xyz, asc, las) a
souřadnicových systémech
• přesnost poskytovaných dat je odvislá od hustoty
bodů, použité reprezentace dat (GRID, TIN) a
velikosti úplné střední chyby à je dobré se
orientovat
16.-18.11.2012
4
Možnosti reprezentace
GRID
TIN
• Data jsou reprezentována v
pravidelné čtvercové síti
• Každá buňka z této sítě nese
údaj o nadmořské výšce
• Data jsou reprezentována v
nepravidelné trojúhelníkové síti
• Povrch je reprezentován souborem
na sebe navazujících trojúhelníků,
které jsou definovány třemi body
(vrcholy) umístěnými v prostoru
16.-18.11.2012
5
GRID vs. TIN
• jednoduchá datová struktura
• snadné zpracování pro většinu
softwaru v oblasti GIS a
kartografie (včetně OCAD10)
• reprezentaci GRID používá
Digitální model reliéfu 4.
generace od ČÚZK (DMR 4G)
• důležitým parametrem je
velikost buňky, posbírané
výškové údaje jsou do ní
zprůměrovány a také úplná
střední chyba
• složitější datová struktura
• nižší objem uložených dat
• větší přesnost a věrnost
zachycení nehomogenního
povrchu
• reprezentaci TIN používá
Digitální model reliéfu 4.
generace od ČÚZK (DMR
5G)
• důležitým parametrem je
úplná střední chyba v
odkrytém a zalesněném
terénu
16.-18.11.2012
6
Co sledovat? Metadata!
• Metadata, neboli data o datech vedou údaje o
parametrech dat
• popis produktu, výdejní formát, souřadnicový
systém, velikost buňky, úplná střední chyba,
stáří dat, cyklus aktualizace, cena...
• v ČR Geoportál ČÚZK, část Datové sady
(http://geoportal.cuzk.cz)
• mohou být i součástí poskytnutých dat (html,
txt, xml, ...)
16.-18.11.2012
7
Možnosti přípravy podkladů z dat LLS
• Mezi hlavní výhody patří rychlost přípravy
různých typů podkladů a přesnost
• Typy lze mezi sebou kombinovat a vybírat z
nich potřebné informace
• V případě dat zahrnujících kromě DMR
(digitální model reliéfu) také DMP (digitální
model povrchu) může sloužit jako náhrada
ortofota
16.-18.11.2012
8
Vrstevnice
• Z dat je vygenerována 3D reprezentace povrchu
(DEM/DTM/DMR)
• Data z LAS formátu jsou nejdříve přeuložena do jedné z
reprezentací (GRID/TIN)
• Vrstevnice generuje celá řada software: OCAD10, OL
LASER, Quantum GIS, ArcGIS, ...
• Pro klasické mapování na folii se nám osvědčilo toto
nastavení pro vrstevnice (kvalitní laserový tisk):
0,03 černá 1 metrové
0,07 hnědá 5 metrové
0,12 hnědá 25 metrové
16.-18.11.2012
9
Vrstevnice
Vrstevnice 1 m
Lokalita:
Longchaumoise, FRA
Krasový terén,
převážně listnatý
Hustota sběru prům.
8 bodů na m2
Skenování provedl:
Helimap System SA
(SUI)
16.-18.11.2012
10
Stínovaný reliéf
• vytváří plastický vjem, v kombinaci s mapou
napomáhá čitelnosti reliéfu mapy
• terén se uměle nasvítí pod zvoleným úhlem,
nejčastěji od SZ, výsledkem je vržený stín
• vykreslení objektů závisí
na směru a výškovém
úhlu dopadajícího světla
Stínovaný povrch à
16.-18.11.2012
11
Stínovaný reliéf
16.-18.11.2012
12
Kombinace vrstevnice + stínování +
vyhodnocené ortofoto
16.-18.11.2012
13
Slope – rastr sklonitosti terénu
• Sklon je míra strmosti či stupeň sklonu prvku
vzhledem k vodorovné rovině. Sklon je obvykle
vyjádřen jako procentní podíl, úhel nebo poměr.
• Každá buňka v rastru nese tedy údaj o sklonitosti:
nižší hodnota sklonu = plošší terén, vyšší hodnota
= prudší terén
• u podrobných dat ukazuje zejména cesty, hraniční
příkopky, meze, ďolíky, apod.
• Zvláště užitečný je na rovině, kde ani 1m
vrstevnice nevykreslují nic nebo naopak vykreslují
nesmysly.
16.-18.11.2012
14
Slope – rastr sklonitosti terénu
16.-18.11.2012
15
Digitální Model Povrchu (DMP/DSM)
vs. Digitální Model Reliéfu (DMR/DTM)
16.-18.11.2012
16
Digitální Model Povrchu
• Konstruovaný z bodů vzniklých z prvních odrazů laseru
• Můžeme nechat zbarvit objekty dle jejich výšky od
země (OCAD11 umí)
• Jedná se o dobrou náhradu ortofota!
• Výhody oproti ortofotu: nic není skryto ve stínech, nic
není zkresleno snímáním zešikma, koruny jsou
vykresleny přesně na místě, zřetelně lze rozlišit
mladší/nižší a starší/vyšší vegetaci
• Nevýhody: neukazuje různý charakter vegetace
(jehličnatý, listnatý), špatně se odlišují i domy od
stromů (lze řešit dalšími analýzami)
16.-18.11.2012
17
DMP s rozlišením výšky objektů
16.-18.11.2012
18
Nové výškopisné produkty v ČR
• realizováno postupné uvedení nových
výškopisných dat vzniklých leteckým laserovým
skenováním
• řeší zastaralost a nepřesnost dosavadních
výškopisných podkladů
• z hlediska mapování pro OB se jedná o
významné časové úspory a zvyšuje přesnost
• DMR 4G, DMR 5G a DMP 1P
16.-18.11.2012
19
Jak moc jsou data z „laseru“ lepší
Produkt
ZABAGED® výškopis
3D vrstevnice
ZABAGED® výškopis
grid 10 m x 10 m
DMR 4G
Digitální model
reliéfu ČR 4.
generace
DMR 5G
Digitální model
reliéfu ČR 5.
generace
DMP 1G
Digitální model
povrchu ČR 1.
generace
Popis
Přesnost výškopisu
Digitální geografický
podrobnosti ZM10.
model
ČR
na
úrovni 0,7-1,5 m v odkrytém terénu
1-2 m v sídlech
2-5 m v zalesněném terénu
Odvozený digitální model terénu v podobě 1,5-2,5 m v odkrytém terénu
pravidelné mřížky (grid 10 m x 10 m) trojrozměrně 2-3 m v sídlech
vedených (3D) bodů.
3-7 m v zalesněném terénu
Zobrazení zemského povrchu v digitálním tvaru ve úplná střední chyba
formě výšek diskrétních bodů v pravidelné síti (grid 0,3 m v odkrytém terénu
5 m x 5 m) o souřadnicích X,Y,Z. Vznik z dat LLS.
1 m v zalesněném terénu
Zobrazení zemského povrchu v digitálním tvaru ve úplná střední chyba
formě výšek diskrétních bodů v nepravidelné 0,18 m v odkrytém terénu
trojúhelníkové síti (TIN) bodů o souřadnicích X,Y,Z. 0,3 m v zalesněném terénu
Vznik z dat LLS.
Zobrazení území včetně staveb a rostlinného úplná střední chyba
pokryvu ve formě nepravidelné sítě výškových 0,4 m pro přesně vymezené objekty (budovy)
bodů (TIN) o souřadnicích X,Y,Z. Vznik z dat LLS.
0,7 m pro objekty přesně neohraničené (lesy
a další prvky rostlinného pokryvu)
16.-18.11.2012
20
Čeperka 1:5000, E=2,5m, 2003
ß DMR 4g (zeleně) vs.
ZABAGED-3D vrstevnice
DMR 4g vs. stará OB mapa
à
16.-18.11.2012
21
Kamenec 1:15000, E=5 m, 2007
à
16.-18.11.2012
22
Brada 1:15000, E=5 m, 2000
à
16.-18.11.2012
23
DMR 4G
• Vrstevnice z DMR 4G poskytují oproti ZABAGED / ZM10
několikanásobně přesnější znázornění výškopisu a to
hlavně v lese
• Vrstevnice z DMR 4G na základě porovnání s mapami
OB věrně zachycují hrany, změny sklonu reliéfu a
daleko lépe reprezentují postupná zakřivení svahů
• V oblastech s detaily je podrobnost DMR 4G
nedostatečná (buňka 5x5 m je pro vyjádření detailu
příliš velká), hlavní tvary jsou však zjednodušeně
zachyceny a je držena odpovídající výšková hladina
umožňující minimalizaci výškových chyb při detailním
zmapování
16.-18.11.2012
24
DMR 4G
• Cena 500 CZK za 1. až 20.
výdejní jednotku, od 21.
výdejní jednotky zvýhodněná
cena 125 CZK za výdejní
jednotku (mapový list SM5
2,5x2 km)
• OCAD 10 bez problémů
zpracovává
16.-18.11.2012
25
DMR 5G
• Díky reprezentaci TIN vyšší přesnost
• Úplná střední chyba výšky 0,18 m v odkrytém
terénu a 0,3 m v zalesněném terénu
• objekty jsou klasifikovány do tříd, každé třídě
odpovídá soubor
• cena 620 CZK za 1. až 20.
výdejní jednotku, od 21.
jednotky 155 CZK
• OCAD umí zpracovat
16.-18.11.2012
26
DMR 5G - skladba
• b - budovy
• g – povrch
• v – vegetace
• zbývající klasifikace nemá větší význam z
hlediska použití pro mapování
16.-18.11.2012
27
DMR 5G - Zderaz
16.-18.11.2012
28
Koupit DMR 4G nebo 5G?
• V případě homogenního terénu bez terénních
detailů a komplikovaných míst postačí 4G
• V případě detailního terénu je lepší využít 5G rýhy, meliorky, potoky, trochu zaříznuté cesty,
lepší identifikace skal - to všechno jsou
informace, které urychlují práci. A to jak díky
charakteristickým kudrlinám ve vrstevnicích,
tak i v kvalitním znázornění ve stínovaném
reliéfu nebo rastru sklonitosti.
16.-18.11.2012
29
LAS data – opět o kousek dál
• Kromě běžných datových formátů (txt, asc,...)
mohou být k dispozici také data ve formátu
LAS (běžně Skandinávie, USA)
• binární formát, soubor může být klasifikovaný
nebo neklasifikovaný
• Jednotlivé body jsou klasifikovány do tříd na
základě jednotlivých ech (jsme tak schopni
rozlišit typ objektu od kterého se odrazil
laserový pulz, srovnej skladbu DMR 5G)
16.-18.11.2012
30
16.-18.11.2012
31
Klasifikovaný LAS
• obsahuje klasifikaci jednotlivých tříd objektů
do číselných kódů, v software lze tak snadno
generovat výstupy pro jednotlivé třídy
(budovy, vegetace, povrch....)
• standard spravuje ASPRS (The American
Society for Photogrammetry & Remote
Sensing)
• poslední verze 1.3, 2.0 v přípravě
16.-18.11.2012
32
LAS specification 1.3
16.-18.11.2012
33
V praxi to znamená...
16.-18.11.2012
34
Příklad nepoužití LLS dat
• revize mapy Kunčická hora, Staré Město pod Sněžníkem
• Pouze jeden dostupný zdroj LLS dat GEODIS (léto 2012),
vyžádán vzorek dat ve formátu LAS
• Představa – v datech budou viditelné kamenné kupy,
mapování bude přesnější rychlejší
• Data vhodná pro celkový obraz vrstevnic, ale
nezachycovala detaily z důvodu nízké hustoty bodů
• Po analýze dat zvolena revize staré mapy, svahy nejsou
komplikované, přínos dat nebyl dle očekávání, cena
vyšší než DMR 5G za stejnou plochu
16.-18.11.2012
35
Body + Point file information (ArcGIS)
Vzorek data: Geodis
Lokalita: Kunčická hora
Území: 200x100 m
Celkem bodů: 763
Prům. vzdálenost: 6,03 m
Max. místy i 30 m!
16.-18.11.2012
36
Vybudovaný terén s 1 m vrstevnicemi
16.-18.11.2012
37
Srovnání se starou mapou
16.-18.11.2012
38
Zkušenosti s vrstevnicemi v podkladu
• 1 m vrstevnice dobře vyjadřují veškeré tvary a
jsou čitelné i pod folií v měřítku 1:7500
• 2,5 m – nedostatečné pro zachycení drobných
tvarů, průběhu některých linií
• 0,5 m – dochází ke slévání, špatná čitelnost,
obtížné se vyznat
16.-18.11.2012
39
Identifikace liniových objektů
16.-18.11.2012
40
Identifikace skal a terénních zlomů
16.-18.11.2012
41
Lokalizace objektů dle tvarů
16.-18.11.2012
42
Negativní vs. pozitivní tvary
16.-18.11.2012
43
Pomocné vrstevnice
ISOM 4.1
"Je třeba se vyhýbat přehnanému užívání
pomocných vrstevnic, neboť komplikuje mapu a
dává špatnou představu o výškových rozdílech.
Pokud znázornění nějakého prostoru vyžaduje
velký počet pomocných vrstevnic, je čitelnější
alternativou menší interval vrstevnic."
16.-18.11.2012
44
Stříbrné doly, 1:10 000, Kytlice
Český pohár, žebříček A, žebříček B – Čechy, 2.-3.6.2012
16.-18.11.2012
45
Vyjádření terénních tvarů
ISOM 4.1
"Relativní výškové rozdíly mezi sousedními
útvary musí být na mapě vyjádřeny co
nejpřesněji. Absolutní výšková přesnost je méně
důležitá. Je přípustné lehce měnit výšku
vrstevnice, pokud to zlepší vyjádření terénního
tvaru. Tato odchylka nemá překročit 25 %
intervalu vrstevnic a je třeba brát ohled i na
sousední tvary."
16.-18.11.2012
46
Zjednodušení vrstevnic
16.-18.11.2012
47
Lepší vyjádření terénních tvarů
16.-18.11.2012
48
Zjednodušení + lepší vyjádření terénu
16.-18.11.2012
49
Kresba přes míru
16.-18.11.2012
50
Revize staré mapy
• Zkušenosti z revize mapy Císařský kámen
shrnul Ivo Habán v článku Laserová data při
revizi staré mapy pro SP v Liberci, Časopis OB
5/2011
• Použitý produkt DMR 4G
• Práce s 1m vrstevnicemi
• Hlavní závěry: laserscan znamenal naprosto
zásadní přínos ve zlepšení polohopisu zejména
v komplikovaných skalnatých oblastech
16.-18.11.2012
51
Hlavní závěry
• Většina českých map po konfrontaci s ním prodělá řadu
změn či menší zemětřesení
• Většina klubů bude řešit efektivitu revize s laserscanem vs.
nové mapování. Bude to vždy individuální podle stavu
stávající mapy.
• Revize, zejména editace, je velmi náročná na práci v Ocadu
(změny ve výškopisu se nutně odráží ve změnách v
polohopisu)
• Odhad: revize s laserscanem 50 % času nového mapování
• V případě SP jsme byli odhadem až na 75 % času
potřebného k tvorbě nové mapy z nových laserscanových
podkladů (z důvodů extrémní pečlivosti)
16.-18.11.2012
52
Císařský kámen před revizí
16.-18.11.2012
53
Císařský kámen před revizí
16.-18.11.2012
54
Shrnutí
• Mapování na laserscan je přesné, rychlé a
efektivní, snižuje náklady na novou mapu
• Hlavní výhodou je rychlost přípravy různých
typů podkladů, možnost jejich kombinace a
tím pádem získání přesného výškopisu a
polohopisu
• Laserscan neznamená, že vygenerované
vrstevnice jsou definitivní, práce s nimi má svá
specifika (posun z důvodu lepšího vyjádření,
kresba přes míru, zjednodušení průběhu)
16.-18.11.2012
55
Shrnutí
• Mapař využívá vrstevnicové detaily pro svou
lokalizaci
• V oblasti se spoustou detailů je nutné měřit
minimálně
• Člen oddílu s malými zkušenostmi s mapováním
dokáže s takovýmto podkladem udělat slušnou
mapu
• Názor: Budoucnost LLS z hlediska tvorby map pro
OB leží ve vyšší hustotě sběru dat, spolehlivější a
širší klasifikaci dat do tříd umožňující nové specifické
výstupy (hustota porostu, identifikace bažin, ...)
16.-18.11.2012
56
Ten kdo jednou zkusil, nechce se k základovým
mapám vracet, neboť mu neposkytnou žádnou
výhodu.
16.-18.11.2012
57
Děkujeme za pozornost
Prostor pro Vaše dotazy
16.-18.11.2012
58
Literatura a zdroje
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Anon. “DEM - OCAD 11 Wiki - English.” http://ocad.com/en.wiki/index.php?title=DEM#Classify_Vegetation_Height.
Anon. 2009. “ASPRS LAS 1.3 Format Specification”. The American Society for Photogrammetry & Remote Sensing.
http://www.asprs.org/a/society/committees/standards/asprs_las_spec_v13.pdf.
Anon. 2012. “TECHNICKÁ ZPRÁVA K DIGITÁLNÍMU MODELU RELIÉFU 4. GENERACE DMR 4G”. ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD, VOJENSKÝ
GEOGRAFICKÝ A HYDROMETEOROLOGICKÝ ÚŘAD. http://geoportal.cuzk.cz/Dokumenty/TECHNICKA_ZPRAVA_DMR_4G_15012012.pdf.
Boman, Jerker. „OL Laser“. http://oapp.se/Applikationer/Forbehall_OL_Laser.html
BRÁZDIL, K., ed. 2012. “TECHNICKÁ ZPRÁVA K DIGITÁLNÍMU MODELU RELIÉFU 4. GENERACE DMR 4G”. ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD, VOJENSKÝ
BRÁZDIL, K., ed. 2012. “TECHNICKÁ ZPRÁVA K DIGITÁLNÍMU MODELU RELIÉFU 5. GENERACE DMR 5G”. ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD, VOJENSKÝ
BRÁZDIL, K. 2010. Projekt tvorby nového výškopisu území České republiky. In GIS Ostrava 2010. Ostrava: VŠB-TU Ostrava.
http://rccv.vsb.cz/cd/GIS2010/Lists/Papers/CZ_5_2.pdf.
ČÚZK. 2010. ČÚZK: Geoportál - Výškopis. http://geoportal.cuzk.cz/.
HABÁN, I. Laserová data při revizi staré mapy pro SP v Liberci. Orientační běh. 2011, roč. 2011, č. 5, s. 24-25.
KOLEJKA, J., TEJKAL, M. Využití laserových modelů terénu v geomorfologickém výzkumu. Geomorphologia Slovaca et Bohemica, 1/2011.
http://www.asg.sav.sk/gfsb/v0111/gfsb0110101.pdf
KRTIČKA, L. Vaříme z LIDARu. Orientační běh - časopis orientačních sportů. 2008, roč. 2008, č. 3, s. 14-15. ISSN 1803-7496.
KRTIČKA, L. Nové výškopisné produkty ČÚZK z hlediska mapování pro orientační běh. Orientační běh. 2010, roč. 2010, č. 5, s. 13-15. ISSN
1801-822X.
KRTIČKA, L. Mapování s použitím lidarových dat. Orientační běh. 2011, roč. 2011, č. 5, s. 20-23.
Mapové ukázky z archivu autorů (mimo snímek 45, 53 a 54).
16.-18.11.2012
59

Využití laserscanningu pro mapování

Transkript

Podobné dokumenty

Autonomní mapovací vzducholoď

Přístup zaměřený na člověka

ChnSof - SofCon

Očkování, nemoci

Kronika za rok 2015 v PDF

Lidary a letecké laserové skenování

Dálkový průzkum Země Co je DPZ? DPZ je …

sprint - sekce OB

Georeferenční „world“ soubory

3/2009 v PDF - Časopis Poodří

zde

možnosti využití expertních systémů v kartografii