LiDAR på 60 minutter. Fagdag Laser og Skråfoto Geoforum Sørlandet og Kartverket Kristiansand 8 September Christian Malmquist Kartverket Bodø

Transkript

1 LiDAR på 60 minutter Kartverket Fagdag Laser og Skråfoto Geoforum Sørlandet og Kartverket Kristiansand 8 September 2015 Christian Malmquist Kartverket Bodø

2 Ramme for foredraget Gi en introduksjon til Flybåren LiDAR: Teknologien Rådata (LAS) Avledede produkter Informere om styringsdokumenter for kartleggingsprosjekt Informere om rutiner for mottakskontroll Begrepsklarering Laserskaninng LiDAR LAS Punktsky

3 Plan for foredraget LiDAR System LAS format Bestillerprosess Geovekst Prosjektgang Standarden Produksjon av Basis Geodata Produktspesifikasjonen FKB-Laser Mottakskontroll Utfordringer Klassifisering Utfordringer Kotegenerering TIN Generering Geodesi NTM vs UTM / NN1954 vs NN2000 Sjødata Ny Forvaltningsløsning for Høydedata Pilotprosjekt ny Detaljert Nasjonal Høydemodell Ideer Brukereksempel

4 LiDAR System - Sensorplatform LiDAR = Laserskanning LiDAR = Light Detection and Ranging ØNH = GNSS (E,N,H) + INS (Pitch,Roll,Heading) + LiDAR (Angle, Distance, Return)

5 LiDAR System LiDAR Avstandsmåling med Laser 1. Laserpuls skytes og klokken startes 2. Lyset reflekteres 3. Instrumentet registrerer tiden for innkommende ekko 4. Avstand = (Lyshastighet x dt) / 2 5. [dx,dy,dz] = funksjon (avstand og speilvinkel)

6 LiDAR System LiDAR Forskjellige konfigurasjoner 1. En Lyskjegle (Single Channel) 2. En Lyskjegle som splittes i to speil (Split Beam System) 3. To Lyskjegler (Dual Channel) «Beam divergence» Laserlyset vil spres og vil få et sirkulært fottavtrykk. Dette kan affektere oppløsning. «Skanneråpning» = FOV (Field of View) = 2 x åpningsvinkel fra nadir Bestiller max/min 20grader

7 LiDAR System GNSS GNSS = Global Navigation Satellite System Gir plattformens koordinater i global referanseramme GNSS begrepet samler alle systemer i bruk GPS GLONASS GALILEO BEIDO Absolutt posisjon styrkes ved hjelp av etterprosessering mot eksakte baneparametre og/eller støtte i loggedata fra faste stasjoner på bakken (Kartverket SATREF)

8 LiDAR System GNSS

9 LiDAR System GNSS

10 LiDAR System IMU IMU = Inertial Measurement Unit Består av 3xAkselerometer og 3xGyro Gir plattformens bevegelse i global referanseramme Pitch (nese opp / ned) Roll (vinge opp / ned) Heading / Yaw (nordretning) Utfordringer med god bestemmelse av heading (høye breddegrader) løses ved integrering mot 2 stk GNSS receivere.

11 LiDAR System INS INS= Inertial Navigation System Klok matematikk kombinerer GNSS og IMU data til å gi endelig posisjon og bevegelse. Navigasjonslinkningene settes opp slik at sensorene styrker hverandre. Alle rådata sankes av INS systemet og man etterprosesserer løsningen sammen med evt. andre støttedata som eksakte baneparametre for satelitter og data fra faste GNSS receivere i området.

12 LiDAR System Plattformer Fly Lavere punkttetthet, store områder Helikopter Høy punkttetthet, mindre områder Topografisk LiDAR Bathymetrisk LiDAR Multispektral LiDAR

13 LiDAR System System i Norge Leica ALS70 Split beam system i bruk av alle leverandører. Utfordring med punktdistribusjon Firma må avstand mellom punkt i flyretning og tvers av flyretning i flyplan

14 LiDAR System System i Norge Riegl LMS-Q1560 Blom 2015 Dual Channel To skannere i en Vinklet både i grunnplan, samt «frem / bak»

15 LiDAR System System i Norge Optech Titan Terratec

16 LiDAR System Prosesseringsflyt 1. Kvalitetskontroll av loggedata i felt 2. GNSS / INS prosessering 3. XYZ prosessering 4. Kalibrering (instrument og installasjon) 5. Stripejustering 6. Justering mot kontrollflater (vertikaldomene) 7. Kvalitetskontroll 8. Klassifisering 9. Kotegenerering 10. Sluttkontroll

17 LiDAR System - LAS LiDAR datasett leveres på LAS format. LAS formatet defineres av ASPRS «The Imaging and Geospatial Information Society. V1.2 er gjeldende format for FKB-Laser 2.0 V1.3 & V1.4 utvidet til bl.a. å innebefatte full-waveform data. LAZ er en defacto standard for lossless komprimering av LAS Benyttes i dag for leveranse til kartverket. zlas er ESRI sin standard for komprimering av LAS Fordrer LAZ til LAS til zlas konvertering. LAS formatet inneholder en mengde informasjon i tillegg til XYZ

18 LiDAR System - LAS

19 Laserkartlegging Bestillerprosess 2012 / 2013 / 2014

20 Laserkartlegging - Prosjektgang Laserprosjekter finansieres via Geovekst 1. Parter kommer med ønsker 2. Kartverket justerer områdeavgrensning 3. Geovekstavtale til høring 4. Kartlegging ut på anbud 5. Datafangst VINTER/VÅR SOMMER

21 Laserkartlegging - Prosjektgang 6. Prosessering 7. Leveranse LAS 8. Leveranse Høydekurver 9. Mottakskontroll 10. Data til Parter per USB/FTP 11. Innlegging Høydekurver i QMS 12. Oppdaterte produkter i Norge Digitalt HØST VINTER

22 Produksjon av Basis Geodata (PaBG) Rammeverk for kartlegging i regi av Kartverket Omhandler kartlegging med: Geodetiske metoder Fotogrammetri Flybåren laserskanning Krav til produksjonsprosessene dokumentasjon rapportering Utarbeidet i samarbeid med kartleggingsfirma

23 FKB-Laser 2.0 Produktspesifikasjon FKB-Laser v2.0 av Formål: Kvalitetssikre etableringen og forvaltningen av Laserdata Gi brukeren detaljkunnskap om innholdet i produktet Standarden PaBG detaljerer gjennomføring og rapportering. FKB-Laser spesifiserer produktet.

24 FKB-Laser 2.0 Definerer DTM10 vs DTM20 vs DTM50 Definerer standard klassifiseringsklasser (1/2/7/10) Definerer mulige opsjoner (3/4/5/6/9/11) Definerer Referansesystem Definerer krav til punkttetthet Definerer krav til nøyaktighet Definerer leveranseformat og type produkt

25 FKB-Laser 2.0

26 FKB-Laser 2.0

27 FKB-Laser 2.0 Leveranse i.h.t. Kap 11.2 Andre foldere: NTM konverterte datasett XYZ datasett Høydekurver

28 FKB-Laser 3.0! En revisjon av FKB-Laser 2.0 er ønsket - ny forvaltningsløsning for høydedata Desember teknologien utvikles og viktig at våre standarder er begrensende Annen gruppering enn DTM10, DTM20 og DTM50 Ny klasse for snø Revidert sett med metadata område og flystripe Stramme inn krav til klassifisering Innspill fra parter og brukere ønskes

29 Mottakskontroll Innfrir datasettet til våre forventninger? (PaBG & FKB-Laser) Sjekke nøyaktigheten i horisontal og vertikaldomene samt klassifisering fylas verktøy automatiserer følgende: Sjekk av dekning Sjekk av punkttetthet Sjekk av skannevinkel Sjekk av vertikal nøyaktighet fylas genererer raster for visualisering (hillshade, høyde, intensitet ) Basert på LAStools / rapidlasso.com

30 Mottakskontroll - Metadata Sjekk at prosjektet utført og levert i henhold til krav satt i Produksjon av Basis Geodata, FKB-Laser og evt. prosjektspesifikke krav.

31 Mottakskontroll - Dekning

32 Mottakskontroll - Dekning

33 Mottakskontroll - Tetthet Interval Punkt pr. m2 Antall ruter % av alle aktive ruter OK, over kravet >= 5, ,93 % 90-99% av kravet >= 4,50 og < 5, ,03 % 75-89% av kravet >= 3,75 og < 4, ,01 % 50-74% av kravet >= 2,50 og < 3, ,01 % Under 50% av kravet < 2, ,02 % Sum

34 Mottakskontroll Nøyaktighet Grundig kontroll av vertikalnøyaktighet: LAS vs Kontrollflater LAS vs LAS LAS vs egnede Fastmerker Horisonalnøyaktighet LAS vs Kontrollprofiler LAS vs gode FKB data LAS vs Ortofoto LAS vs Stereomodell i DFA

35 Mottakskontroll Nordland 2012 Ca 1000km2 (iht kartfirma vårt mest komplekse prosjekt ) 4 leveransetidspunkt for delområder (iht prioritet frå Vegvesenet) 138 bestillingspolygoner 17 flydager 3 forskjellige instrumenter 2 platformer (fly og helikopter) 131 kontrollflater Stort sett korridorskanning langsmed veg, kraftlinjer eller bane Stor geografisk utstrekning

36 Mottakskontroll - Eksempler LAS2011 dh=26cm KF93 dh=32cm PP107 dh=26cm PP108 dh=21cm

37 Mottakskontroll - Eksempler

38 Mottakskontroll - Eksempler

39 Mottakskontroll - Eksempler

40 Utfordringer - Klassifisering Klassifisering er vanskelig Ren matematisk gjennomgang etterfulgt av manuell kvalitetskontroll Prosesserer kan støtte klassifisering med FKB-data. Finske Terrasolid er markedsleder

41 Utfordringer - Klassifisering Kartverket foretok høsten 2012 en analyse av klassifiseringsresultat fra Blom Geomatics, COWI, Mercator Kart, Rambøll og Terratec. Samme grunnlag og vidt forskjellig resultat:

42 Utfordringer - Klassifisering Konklusjon: Store forskjeller i sluttprodukt Viser at vi må tydeliggjøre våre forventninger og utarbeide eksplisitte krav til klassifisering. Link til rapport: rosjekter-i-regi-av-geovekst-forum/

43 Utfordringer - Klassifisering

44 Utfordringer - Klassifisering

45 Utfordringer - Kotegenerering Evig/Evindelig diskusjon: -> Formriktighet -> Nøyaktighet -> Estetikk -> Kartografi og lesbarhet -> ØK/Fotogrammetri

46 Utfordringer - Kotegenerering

47 Utfordringer - Kotegenerering

48 Utfordringer - Kotegenerering

49 TIN Generering TIN er ikke en opsjon i et Laserskanningsprosjekt Fornemmer at TIN er et ønsket produkt Kartverket Bodø foretok et testprosjekt i 2013 hvor Terratec genererte et TIN for RV80 inn til Bodø Undersøkte hvorvidt eksisterende FKB data var av tilstrekkelig kvalitet til å støtte LASdata i genereringen.

50 TIN - Generering SVV-kravspesifikasjon sier at det ikke er tillat å benytte FKB-data direkte. Terratec støtter denne avgjørelsen. TIN krever god klassifisering. Store LAS prosjekter kan ha lokale svakheter. For å fremskaffe høyst mulig nøyaktighet må klassifisering etterkontrolleres.

51 TIN - Generering

52 Geodesi NTM vs UTM EUREF89 UTM ble i 2009 innført som offisielt datum i hele Norge. UTM har en målestokksfaktor på i sentralmeridian (400ppm) En skalafeil på tilsvarer 4cm per 100m avhengig av avstand til sentralmeridian.

53 Geodesi NTM vs UTM Worst Case 1. Planlegger henter datasett i UTM (skala ) 2. Planlegger importerer datasett til AutoCAD (skala 1) 3. Planlegger utfører konstruksjon 4. Konstruksjonsdata klar for utstikking 5. Landmåler må etablere lokalt UTM skala 1 FM nett Tyngdepunkt midt i prosjektet 6. All stikking må ta utgangspunkt i FM med skala1 koordinat Eksempel: Bruk av prefabrikerte elementer Gardemoenutbyggingen Travbane

54 Geodesi NTM vs UTM Løsningen = EUREF89 NTM 1 grads sonebredde 25 soner Sentralmeridian hver halve grad Maksimal målestokksfeil er 11ppm i Syd og 5ppm i Nord Langt innenfor målenøyaktighet

55 NN2000 NN1954 vs NN2000 NN1954 samsvarer ikke lenger med de fysiske forhold. Et homogent vertikaldatum for hele Norge Knytte vertikaldatum sammen med Europeisk Datum (EVRF2007) Et vertikaldatum som gjør det mulig å utnytte moderne GNSS måleutstyr.

56 NN2000 Eksempel Bodø NN1954 = 180cm MSL = 164cm NN1954 > 16cm > MSL

57 NN2000 Overgang

58 Sjødata Vi setter strenge krav til punktdata over land. Bør sette samme krav til punktdata i sjø. KV Sjø sin kravspesifikasjon har fokus på navigasjon og er ikke så egnet som spesifikasjon for anleggsarbeid. SVV bestiller sjøkartlegging og bør sette spesifikke krav: Punkttetthet / Dekningsgrad Vertikal nøyaktighet Horisontal nøyaktighet

59 Sjødata Multibeam Sonar

60 Sjødata Multibeam Sonar

61 Forvaltningsløsning Høydedata Arbeid med online forvaltningsløsning igangsatt Nær spesifikasjon til Nye Norge i Bilder Forventet online Desember 2015 Primærlager for LAZ punktskyer Eksporttjeneste for grid på valgfri oppløsning Eksporttjeneste for punktskyer Servere WMS tjenester for høydedata Løsningen automatiserer noen av mottakskontrollene Firma legger data rett inn i løsningen Løsningen finansieres av Geovekst og driftes av Kartverket

62 Nasjonal Detaljert Høydemodell Samfunnet etterspør et nasjonalt og heldekkende detaljert høydedatasett. Kartverket, Kommunal og Moderniseringsdepartementet og andre fagetater gjennomfører i 2015 et pilotprosjekt hvor 5 større områder skannes i 2pkt/m2 Gjenbruk Geovekst (fra 2010) Bildematching i egnede områder Ny laserskanning (2pkt/m2) km km km2

63 Ideer BathyLiDAR LiDAR og Foto i samme prosjekt True Ortofoto LiDAR som støtte under produksjon av FKB data FKB-data som støtte under produksjon av LiDAR LiDAR sky tilegnet RGB verdier «best line of sight» Bestille faktisk dekning av skanning

64 Svarer på alle spørsmål!