Kontroll av DTM100 i Selbu

Transkript

1 Rapport Kontroll av DTM100 i Selbu DTM100 DTM mai 2009 Side 1 av 26

2 Innhold Kontroll av DTM100 i Selbu 1. INNLEDNING GJENNOMFØRING AV KONTROLLEN KONTROLLOMRÅDET PRØVEFLATER FASITMÅLINGER GJENNOMFØRING AV KONTROLLEN KONTROLL AV LASERPUNKTER RESULTAT VURDERING AV RESULTAT Kontroll mot landmålte punkter i kontrollflate Kontroll av DTM100 mot DTM Kontroll mot FKB-data Oppsummering KONTROLL AV GENERERTE HØYDEKURVER RESULTAT VURDERING AV RESULTAT OPPSUMMERING VEDLEGG A AVVIK I TERRENGMODELLENE VEDLEGG B SAMMENLIGNING AV HØYDEKURVER VEDLEGG C SAMMENLIGNING AV TERRENGMODELLER FRA DTM10 OG DTM100 (OMRÅDE 1) Side 2 av 26

3 1. Innledning Kontroll av DTM100 i Selbu I Produktspesifikasjon for Felles KartdataBase (FKB) er kvalitetskrav og produkter fra flybåren laserskanning spesifisert. Det er spesifisert 3 ulike DTM-standarder. DTM10, DTM20 og DTM100. I Geovekst-sammenheng er det ingen erfaring med DTM100- standarden, og Geovekst-forum og Statens kartverk har derfor finansiert et testprosjekt for å få erfaring med laserskanning etter denne standarden. I denne rapporten oppsummeres resultatet fra testprosjektet. Det presiseres at prosjektet kun har hatt fokus på bruk av DTM100-data til etablering av en terrengmodell (DTM). Rapporten er skrevet av Lars Mardal i Statens kartverk. Beregninger er utført av Jon Harald Tallhaug i Statens kartverk. 2. Gjennomføring av kontrollen 2.1 Kontrollområdet Kontrollen er gjennomført i et testområde i Selbu kommune hvor det er laserskannet etter spesifikasjonen for DTM100-standarden. Under er et kart som viser området som er laserskannet. Side 3 av 26

4 Prosjektinformasjon DTM100 Oppdragsgiver Statens kartverk Trondheim Oppdragstaker Blom Geomatics AS Skannedato Fra 9.32 til Fint og klart vær Leveransedato Instrument?? Flyhøyde 4100 meter Laserpuls Hz Skannefrekvens 13 Hz Skannevinkel 24.8 grader Flyhastighet 75 m/s Punkttetthet 0.16 pkt/m 2?? Kontrollflater Det er ikke benyttet kontrollflater i prosjektet Leveranse LAS-data med punkter klassifisert som bakke og ikke bakke. SOSI-punktsky med alle bakkepunkter Genererte høydekurver med ekvidistanse 5 meter. 2.2 Prøveflater For å utføre kontrollen er det valgt ut 6 prøveflater. Prøveflatene har ulik arrondering, vegetasjon og bebyggelse. Omr Kjennetegn 1 Flatt område med lite vegetasjon. Noen bygninger og en del veger. 2 Skrått område med lite vegetasjon. 3 Hogstfelt med lite vegetasjon. Småkuppert. 4 Flatt skogkledd område. 5 Flatt område med mye bebyggelse. 6 Bratt terreng med tett vegetasjon. Side 4 av 26

5 2.2 Fasitmålinger Fasit for kontroll av stedfestingsnøyaktighet er laserdata etablert etter DTM10-standarden fra et delvis overlappende Geovekst-prosjekt i Selbu. Under er et kart som viser prosjektområdet. Overlappende område er markert med rød bok. Prosjektinformasjon DTM10 Oppdragsgiver Statens kartverk Trondheim Oppdragstaker Terratec AS Skannedato Leveransedato Instrument Leica ALS 50-II Flyhøyde 1000 meter Laserpuls Hz Skannefrekvens Ikke oppgitt. Skannevinkel 20 grader Flyhastighet Ikke oppgitt Punkttetthet 2 pkt/m 2 Kontrollflater 9 kontrollflater er innmålt Leveranse LAS-data med punkter klassifisert som bakke og ikke bakke. SOSI-punktsky med alle bakkepunkter Genererte høydekurver med ekvidistanse 5 meter. I dette prosjektet er det målt inn kontrollflater, og en av disse flatene ligger i området for DTM100-prosjektet. Kontrollflaten består av 36 landmålte punkter som ligger på en asfaltert veg. Disse punktene er også benyttet som fasit i testen. Side 5 av 26

6 Det gjøres oppmerksom på at fasitmålingene kommer fra et prosjekt som er skannet ett år tidligere enn DTM100-dataene. Dette betyr at det kan ha skjedd terrenginngrep som har betydning for resultatet i kontrollen. Vegetasjonen er heller ikke lik i de to skanningene, men dette skal i utgangspunktet ikke påvirke terrengdataene i noen særlig grad. 2.3 Gjennomføring av kontrollen For å beregne avvik mellom DTM10- og DTM100-dataene er MGE Terrain Analyst benyttet. I testen er leverte SOSI-punktskyer benyttet. Ideelt sett burde LAS-dataene vært brukt, men resultatet skal blir det samme. Kontroll av stedfestingsnøyaktigheten for DTM100-punktene er gjennomført på to ulike måter: - Det er etablert en TIN-modell fra DTM10-dataene. Deretter er det beregnet avvik for alle DTM100-punktene mot TIN-modellen. - Det er etablert en TIN-modell fra DTM100-dataene. Deretter er det beregnet avvik for alle DTM10-punktene mot TIN-modellen. For å finne høyden i TIN-modellen for et DTM-punkt, er det interpolert lineært i den trekanten som DTM-punktet ligger i. Med utgangspunkt i avvikene er det beregnet systematiske avvik og standardavvik. Det er også beregnet avvik mot punktene i den landmålte kontrollflaten fra DTM10- prosjektet. For en del områder er avvikene større enn forventet. Så langt jeg kan se skyldes disse store avvikene disse forholdene: - Feilklassifisering av laserpunktene. - For få punkter som er med på å danne terrengmodellen (gjelder DTM100). - Det er en del store avvik i vann (elv). Dette kan skyldes ulik vannstand i de to skanningene, men mest sannsynlig har laserpunktene fra DTM100 som treffer vannflaten fått feil høyde.?? - Feil i beregningen i MGE Terrain Analyst. I enkelte tilfeller har terrengmodellen blitt feil i randområdene. - Det kan også være områder der det er gjennomført terrenginngrep For å unngå at feilklassifiserte punkt eller grove feil påvirker beregningen av systematiske avvik og standardavvik, er punkter med avvik større enn 5 meter klassifisert som grove feil. Det kan sikkert diskuteres hvilke avvik som skal regnes som grove, men etter å ha vurdert avvikene ser det ut til at 5 meter er en fornuftig verdi. I resultatet er det oppgitt hvor mange punkter dette gjelder. I testområdet finnes det også FKB-data. Selv om FKB-dataene er fra 1998, bør de ha en god stedfestingsnøyaktighet. For FKB-dataene (vegobjekter) er det beregnet avvik mellom disse og terrengmodellene generert fra DTM10 og DTM100. I tillegg til å se på punktene fra de to laserskanningene, er det gjort en visuell sammenligning av høydekurvene generert fra terrengmodellene. Side 6 av 26

7 3 Kontroll av laserpunkter 3.1 Resultat Kontroll av DTM100 i Selbu Under er resultatene fra kontrollen. Forklaring til tabellen: - Kilde DTM = Kilde til TIN-modellen (fasit) - Målte punkt /område= målte punkter som sammenlignes med TIN-modellen. o DTM100 = punkter fra DTM100 o Kontrollflate = landmålte punkter i kontrollflater i DTM10-prosjektet o FKB = vegobjekter fra FKB-data. Disse ligger i prøveflate nr Antall punkt = totalt antall målte punkter. - Feilklassifisert = antall punkter med avvik større enn 5 meter og som vurderes som feilklassifisering/grove feil. - % = % feilklassifisering - a h = systematisk avvik i høyde - s h = standardavvik i høyde (systematiske avvik ikke spaltet ut) - S h = standardavvik i høyde (systematiske avvik er spaltet ut) Kilde DTM Målte punkt Antall punkt Antall feilklass. % feilklass. a h s h S h DTM10 Kontrollflate ,04 0,04 0,02 DTM100 Kontrollflate ,05 0,12 0,11 DTM10 DTM100 - Område ,0-0,05 0,27 0,26 - Område 2 - Område 3 - Område 4 - Område 5 - Område ,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,10 0,09-0,10 0,03 0,04 0,24 0,21 0,31 0,33 0,36 0,21 0,19 0,29 0,33 0,36 DTM100 DTM10 - Område 1 - Område 2 - Område 3 - Område 4 - Område 5 - Område ,1 0,0 0,33 0 0,1 0,08-0,11-0,09 0,08-0,04-0,04 0,29 0,36 0,23 0,33 0,32 0,45 0,28 0,34 0,21 0,32 0,32 0,45 DTM10 FKB ,5-0,23 0,26 0,12 DTM100 FKB ,9-0,28 0,33 0,17 Side 7 av 26

8 For hvert område er det laget skjermbilder som illustrerer fordelingene av avvik. Under er eksempel fra område 2. I vedlegg A finnes tilsvarende skjermbilder for alle områdene. For område 2 kan man for eksempel se at avvikene er små i områder med dyrket mark, mens de er noe større der det er vegetasjon. Legg også merke til at det er store avvik i det sør vestre hjørnet (rosa punkter i kanten av et steinbrudd). I dette områder kan det synes som punktene fra DTM100-dataene ikke har klart å fange opp knekklinjene i terrenget like godt som punktene fra DTM10-dataene. Side 8 av 26

9 3.2 Vurdering av resultat Kontroll mot landmålte punkter i kontrollflate Ikke overraskende er stedfestingsnøyaktigheten til punktene fra DTM10-dataene i kontrollflaten meget god. Dette skyldes at kontrollflatene er benyttet for å kalibrere høyde på laserpunktene. Selv om DTM100-punktene ikke er korrigert mot en kontrollflate, har de også meget god stedfestingsnøyaktighet. Resultatet fra denne kontrollen tilsier at stedfestingsnøyaktighet for DTM100 på harde veldefinerte terrengoverflater er 12 cm (standardavvik) Kontroll av DTM100 mot DTM10 Beregnet standardavvik for DTM100-punktene mot TIN-modellen etablert fra DTM10- dataene, varierer noe fra område til område (fra 21 cm til 36 cm). Det er også beregnet avvik for DTM10-punktene mot TIN-modellen etablert fra DTM100- dataene. Resultatet fra denne beregningen er noe dårligere (fra 23 til 45 cm). Årsaken til dette er at man fanger opp at DTM100-dataene mangler enkelte terrengformasjoner (TIN-modellen er mer generalisert). I FKB-spesifikasjonen er toleransen for absolutt stedfestingsnøyaktighet for DTM cm (standardavvik).resultatet fra testen tilsier at punktene har en vesentlig bedre stedfestingsnøyaktighet enn 100 (bedre enn 50 cm). Dersom man ser på kartbildene i Vedlegg A er det en entydig tendens at det er små avvik mellom DTM10 og DTM100 i åpent terreng med lite vegetasjon. For områder med markante terrengformasjoner (for eksempel søkk) kan man se at terrengmodellen fra DTM100-punktene ikke alltid fanger opp disse. Dette er ikke uventet da det er lengre avstand mellom laserpunktene. En annen tendens er at avvikene mellom DTM10 og DTM100 varierer en god del i områder med vegetasjon. Selv om laserskanningen er gjennomført på ulike tidspunkt, skal ikke dette ha betydning. En sannsynlig forklaring til disse store avvikene er at det er forholdsvis få DTM100-punkter som treffer bakken, og at terrengmodellen dermed ikke fanger opp terrengformasjonene like godt som punktene fra DTM10-dataene Kontroll mot FKB-data I testen er det avdekket et mulig systematisk avvik i FKB-dataene (ca. 25 cm). Dersom man korrigere for systematiske avvik stemmer FKB-dataene og laserdataene meget godt (standardavvik innenfor 17 cm Oppsummering Resultatene fra testen tilsier at hvert enkelt punkt i DTM100-prosjektet har en stedfestingsnøyaktighet som er vesentlig bedre enn toleransen spesifisert i FKBspesifikasjonen. Det er avdekket at terrengmodellen som lages fra DTM100-punktene ikke fanger opp terrengdetaljene like godt i områder med tett vegetasjon som i områder uten vegetasjon. I prosjektet er det imidlertid ikke tallfestet hvor stor andel markante terrengformasjoner man ikke har klart å fange opp. En mulig utvidelse av testprosjektet er å undersøke hvilken punktetthet man bør skanne med for å kunne tilfredsstille kravene til fullstendighet av markante terrengformasjoner i områder med ulik vegetasjon. Side 9 av 26

10 Det bør også vurderes på nytt hvilke kvalitetskrav man ønsker skal gjelde for DTM100- standarden. Muligens er det aktuelt å skanne med litt større punkttetthet enn i dette testprosjektet (for eksempel 0,5 pkt pr. m 2 ) og dermed omdefinere DTM100-standarden til en DTM50-standard. 4 Kontroll av genererte høydekurver 4.1 Resultat Det er kun gjennomført en visuell sammenligning av høydekurver generert fra DTM10- og DTM100-dataene. Ekvidistanse på høydekurvene er 5 meter. Under er et eksempel fra område 2. Røde høydekurver kommer fra DTM10 og blå kurver kommer fra DTM100. I vedlegg B finnes tilsvarende skjermbilder for alle områdene. Side 10 av 26

11 4.2 Vurdering av resultat Kontroll av DTM100 i Selbu En visuell betraktning av genererte høydekurver tilsier at kurvene fra DTM10- og DTM100- dataene er ganske sammenfallende. Kurvene fra DTM10-dataene er litt mer detaljerte og fanger opp mindre terrengformasjoner (for eksempel søkk) på en bedre måte enn kurvene fra DTM100-dataene. Ulikhetene er imidlertid ikke store, og det synes som om data fra DTM100-standarden er tilstrekkelig for å generere detaljerte og nøyaktige høydekurver med ekvidistanse 5 meter. 5 Oppsummering Testprosjektet i Selbu har vist at stedfestingsnøyaktigheten for punktene som er laserskannet etter DTM100-standarden har en vesentlig bedre stedfestingsnøyaktighet enn kvalitetskravet i FKB-spesifikasjonen. Testen har avdekket at nøyaktigheten til terrengmodellen fra DTM100- dataene i områder med tett vegetasjon ikke fanger opp alle terrengformasjoner. Det er ikke beregnet hvor store disse manglene er. Genererte høydekurver fra DTM10- og DTM100-dataene er sammenlignet visuelt. Dette er en subjektiv kontroll, men det synes som om ulikhetene er så små at DTM100-dataene er godt egnet som grunnlag for å generere detaljerte og nøyaktige høydekurver med ekvidistanse 5 meter. En mulig utvidelse av testprosjektet er å undersøke hvilken punktetthet man bør skanne med for å kunne tilfredsstille kravene til fullstendighet av markante terrengformasjoner i ulike områdetyper. Det bør også vurderes på nytt hvilke kvalitetskrav man ønsker skal gjelde for DTM100- standarden. Muligens er det aktuelt å skanne med litt større punkttetthet enn i dette testprosjektet (for eksempel 0,5 pkt pr. m 2 ) og dermed omdefinere DTM100-standarden til en DTM50-standard. Side 11 av 26

12 Vedlegg A Avvik i terrengmodellene I dette vedlegget er avvikene fra beregningene visualisert. Dette slik at man kan få et inntrykk av hvilke områdetyper DTM100-dataene passer sammen med DTM10-dataene. Tegnforklaring Side 12 av 26

13 Område 1 - Flatt område med lite vegetasjon. Noen bygninger og en del veger Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 13 av 26

14 Område 2 - Skrått område med lite vegetasjon. Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 14 av 26

15 Område 3 - Hogstfelt med lite vegetasjon. Småkuppert. Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 15 av 26

16 Område 4 - Flatt skogkledd område Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 16 av 26

17 Område 5 - Flatt område med mye bebyggelse. Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 17 av 26

18 Område 6 - Bratt terreng med tett vegetasjon. Avvik mellom DTM100-punkter og TIN-modell etablert fra DTM10-punkter Avvik mellom DTM10-punkter og TIN-modell etablert fra DTM100-punkter Side 18 av 26