Kartlegging med flybåren laserskanning

Transkript

1 Kartlegging med flybåren laserskanning O s l o k o m m u n e Even Stangebye Laser 1

2 Kartlegging med flybåren laserskanning Laserskanning er en metode for innsamling av høydedata hvor grunnprinsippet er avstandsmåling fra fly/helikopter ved bruk av laserpulser. Dagens Meny Virkemåte Planlegging og gjennomføring av laserskanning Tilpassing og transformering av laserdata Bearbeiding og klassifisering av laserdata Produkter og bruksområder Kart og geodatastandarden Formål: Beskriver og stiller krav til ulike trinn i en kartproduksjon Kapittel 7: Kartlegging med flybåren laserskanning Første laserskanner Flybåren laserskanner Dagens laserskannere 2

3 Kartlegging med flybåren laserskanning Ingredienser: GPS INS Laserskanner GPS Referansestasjon Flymaskin/helikopter INS: Treghetsnavigasjonssystem. Måler flyets orientering. Består av en IMU (Inertial Measurement Unit) med akselerometer, gyroskop og datamaskin. Laseren Laser radar LIDAR (Light Detection And Ranging) Avstandsmåling basert på lysets gangtid. tiden blir målt/beregnet Hz s = v t 2 3

4 Laseren - hastighet 2000 m.o.b. tid terreng s = v t Hz (laserpulser i sekundet) Laseren - hastighet 2000 m.o.b. tid terreng s = v t Hz 4

5 Laseren - hastighet 2000 m.o.b. tid terreng s = v t Hz v = lyshastigheten = m/s Laseren - hastighet 1000 m.o.b. tid terreng s = v t Hz 5

6 Laseren Skannevinkel ± 1 - ± 25 sprer laserpulsene på tvers av flyretningen 6

7 Skannevinkel og innsyn Ved for bred skannevinkel: Dårlig innsyn Dårlig refleksjon Første og siste puls Både første og siste puls blir registrert m v/1000 m.o.b. - Siste returpuls er utgangspunkt for å fremstille terrengmodell. - Første returpuls brukes til overflatemodell. 7

8 Første, andre, tredje og siste puls 2. puls 3. puls Første puls + siste puls Alle data 8

9 Andre puls Bygnigsomriss, trær og ledninger Tredje puls Trær og ledninger 9

10 Punktskyen X Y Z I X x-koordinat Y y-koordinat Z z-koordinat I intensitet i % Asfalt med stein: 17% Betong, glatt: 24% Barskog: 30% Løvskog: 60% Snø: 80%-90% Lava: 8% Intensitet Bildet er laget fra intensitetsverdier 10

11 Intensitet 100kHz Tidspunkt for laserskanning Siden laserskanneren er en aktiv sensor, kan flyging utføres uavhengig av solvinkel og sollys, dvs. i utgangspunktet hele døgnet; hele året. Vurdere resultat i forhold til vegetasjon og snø. Flyene har mer kapasitet utenom hektiske uker for flyging til kartlegging og ortofotoproduksjon. Det kan være skyer over flyet (overskyet-overflyet). Det kan ikke være fuktighet mellom fly og bakke (snø, regn, tåke eller lavt skydekke). Det bør ikke være sterk vind eller mye turbulens i flyhøyde. 11

12 Planlegging av laserskanning Flyplan lages ut fra: ønsket dekningsområde oppdragets formål avstand til GPS-referansestasjon(er) max km tilgjengelige referansedata (kjentflater/kontrollflater) topografi tilgjengelig instrument og dets spesifikasjoner forutsetninger (nøyaktighet og punkttetthet) Punkttetthet Hva bestemmer oppløsningen/punkttettheten på bakken? Skannefrekvensen ( Hz) Sveipevinkelen (± 1 - ± 25 ) Flyhøyden (400 m 3000 m) Flyhastighet (helikopter vs. fly) Stripeoverlapp (20% - 100%) Vegetasjon Oppstikkende objekter Punkttettheten på bakken gir tilsvarende rutenettsstørrelse i DTM 12

13 Forventet nøyaktighet Nøyaktigheten til laserskyen er avhengig av: Det enkeltes punkt posisjon og høyde som resultat av instrumentkalibrering og GPS/INSløsning og flyhøyde. Topografi (flatt og bratt) og terrengoverflaten Vegetasjon og hindringer Laserskanneren z y x Forventet punktnøyaktighet: Grunnriss: cm Høyde: 5 35 cm Helikopter eller fly? Traseer Høy oppløsning Større områder 13

14 Planlegging av laserskanning Oppløsning/tetthet i punktsky 1m 1,5 m 3m Høyde (meter over bakken) Flyhastighet (m/s) Laserpuls (Hz) Skanning (Hz) Skanner åpningsvinkel (o) ±10 ±16 ±20 Oppløsning i flyretning (m) 1,3 2,2 3,4 Oppløsning på tvers av flyretning (m) 1,1 1,3 1,9 Sporets bredde på bakken (m) Linjeavstand (m) Sideoverlapp (%) Så langt Retning-/avstandobs. XYZI Laserobs. Dekoding Flyposisjon/-orientering Første puls Siste puls IMU-obs. GPS/INS i fly GPS på bakken Rådata: Koordinater for første og siste puls som ikke transformert, feilrettet eller klassifisert evnt. + intensitetsverdi. 14

15 og så videre XYZI Første puls Siste puls Transformasjon til lokalt system Nei Tilpasning til kjentpunkter Feilsøking Klassifisering Ja Transformasjon XYZI bakke XYZI ikke-bakke Bearbeidede produkter Transformasjon og Z-verdien Transformasjon til lokalt system Ja Nei Transformasjon Tilpasning til kjentpunkter X Y Z I Koordinatene kan transformeres til lokalt koordinatsystem. Z-verdien er gitt med ellipsoidisk høyde, og må endres i forhold til områdets geoidehøyde. Det kan være systematisk feil på z-verdien grunnet laser og/eller sveipemekanismen 15

16 Klassifisering Klassifisering Klassifisering gjøres ved å: Skille første og siste puls XYZI bakke XYZI ikke-bakke Bruke intensitetsverdiene (f.eks vann, arealklasser) Høyde over bakke (f.eks objekter 0-2 meter over bakken) Linje og eller flategjenkjenning (bygninger, kraftledninger) Eksisterende grunnlagsdata (broer, bygninger) K X Y Z I Klassifisering Bildene viser profiler gjennom datapunktene: hus (rødt), terreng (brunt) ledning (blå) vegetasjon (grønt) 16

17 Feilsøking og kontroll av klassifisering Feilsøking Fjerne/korrigere spiker (spikes) fra atmosfæriske treff, fugler, heisekraner Fjerne/korrigere dobbelrefleksjoner (multitravel) fra f.eks takvinduer/glasstak. Kan bruke relieffkart eller terrengmodell Sjekke terrengmodell mot eksisterende FKB-data (bygninger, broer ) Dobbeltrefleksjon grunnet glasstak 17

18 Sjekke terrengmodell mot FKB-data Bygningsomriss uten bygning Sjekke gal høyde på mønelinjer 18

19 Sjekke gal høyde på mønelinjer Mønelinje med gal høyde 5:00 4:00 4:10 4:20 4:30 4:40 4:50 3:00 3:10 3:20 3:30 3:40 3:50 2:00 2:10 2:20 2:30 2:40 2:50 1:00 1:10 1:20 1:30 1:40 1:50 0:00 0:10 0:20 0:30 0:40 0:50 19

20 Produkter og bruksområder Digital Terrengmodell Digital Overflatemodell Høydekurver Støy- og signalanalyse Beregning av skyggeforhold Forenklet markslagskart/ arealbrukskart Skogtaksering Kontroll av FKB-datasett Tredimensjonale bygninger Støy- og signalanalyse Flomsonekart for elver Vektorisering av bygninger Ledningskartleggin Bymodell E18 Modell av rådata Treff i trær Bygning 20

21 E18 Modell av terreng Trær fjernet Bygning fjernet E18 Høydekurver (5 m) 21

22 E18 Intensitet Laserskanning av ledningsnett Laserskanning gir Koordinater på kraftledningene Oppdatert lengdeprofil Som bygget dokumentasjon Unikt underlag for oppgradering av gamle ledninger Kontroll av skogen under ledningene Grunnlag for prosjektering av nye ledninger Muligheter for å dokumentere inngrep 22

23 Lednigskartlegging punktsky Høydekart Klassifisert Høydekart punktsky 23

24 Laserprofil Laserprofil med master, linjer og skog 24

25 Flomsonekartlegging Flom i byområde 25

26 Flom i byområde Simulert vannstand i Baltimore Harbour Vannstand havnivå Courtesy of U.S. DoD Joint Precision Strike Demonstration (JPSD), Rapid Terrain Visualization - Advanced Concepts Technology Demonstration (RTV-ACTD) program. Sjøkartlegging med flybåren laserskanning På land På grunt vann På dypt vann 26

27 Bakkebasert laserskanner Laserskanning i byområder 27

28 Laserskanning i byområder DTM 2 m Oslo fra laser 28

29 Høydelagskart Oslo indre by 29

30 St. Hanshaugen, Oslo - DTM Terrengmodell 1 m + bygninger 30

31 Terrengmodell + bygninger + ortofoto Terrengmodell + bygninger + ortofoto 31

32 Hvorfor blir husene så rare? St. Hanshaugen 32

33 Telekomdata med trehøyde Laserdata + arealbruk 33

34 Lage 3D bymodell fra laserdata Mangler med takkant i dagens SOSI standard 3D? Ja, men hva er nå dette? 3D 3D? Ja, her er huset! 34

35 Lage 3D bymodell fra laserdata Bymodell Oslo 35

36 Bymodell Oslo Bymodell Oslo That s all folks! 36