Sn

1
Ing. M. Štroner, PhD., (154LSK_pred_5)
Letecké laserové skenování

• Osnova
• 0. Úvod
• Schéma LSS
• Merení
• Chyby merení
• Zpracování merení
• Aplikace
• Komercne dostupné systémy
• Zhodnocení
• 1 Dolanský, T. Lidary a letecké laserové
  skenování. Universita Jana Evangelisty Purkyne,
  Ústí nad labem, 2004. ISBN 80-7044-575-0.

2
(Letecké laserové skenování)
0. Úvod
- puvodne vojenská technologie je známa 20 let, -
masivní rozvoj probehl až behem posledních peti
let, kdy se letecké laserové skenování dostalo i
na území Ceské a Slovenské republiky.

• - technologie je podobná terestrickému skenování,
  ale
• skener vytvárí pouze profil, další rozmer
  skenování doplnuje letecký prostredek,
• neustálý, nestálý a rychlý pohyb skeneru pridává
  nutnost kontinuálního urcování polohy
  (stanoviska), každý bod má své stanovisko,

3
(Letecké laserové skenování)
0. Úvod
Skener - vysokorychlostní svetelný (laserový)
impulsní dálkomer (nekteré systémy ho používají
v kombinaci s fázovým merením) s pasivním
odrazem, schopný pracovat pri frekvenci rádove
v desítkách kHz, - u vetšiny skeneru lze
zaznamenat i echo (poradové císlo odrazu).
V praxi bývá vyhodnocen první a poslední odraz,
reprezentující bod na DSM (Digital Surface Model)
a DTM (Digital Terrain Model), ale v nekterých
aplikacích se používají i další. Metoda -
umožnuje získávání velkého objemu dat v krátkém
casovém intervalu, ve spojení s pomerne vysokým
stupnem automatizace jejich zpracování pri
vytvárení digitálního modelu terénu a území.
Oproti klasické fotogrammetrii je díky velké
hustote bodu použitelná s dostatecnou presností i
pri získávání polohových údaju o objektech
relativne malých rozmeru, jako jsou stožáry a
vodice elektrických prenosových soustav.
4
(Letecké laserové skenování)
1. Schéma LSS
5
(Letecké laserové skenování)
1. Schéma LSS
Inerciální navigacní systém - využívá obvykle
trí gyroskopu (urcení náklonu) a trí
akcelerometru (urcení zrychlení) pro urcení
rozdílu polohy a natocení. Protože to není
nekonecne presne a v nekonecne krátké dobe,
hromadí se chyba a proto je systém využíván pro
urcení polohy v mezích mezi dvema urceními polohy
GPS (obvykle 0,5 s). Merení vzdálenosti - pro
merení vzdálenosti se obvykle používají jako
zdroje zárení lasery s vlnovou délkou emitovaného
zárení 1100 až 1200 nm. Vyšle se krátký puls
zárení (10 - 15 ns), na základe merení casu
návratu pulsu se urcuje vzdálenost. Díky své
ploše se svazek paprsku odráží od vrstev ci hran
v ruzné výšce, jako napr. vegetace strom,
vegetace kroviny, zemský povrch, a proto skener
získá více odrazu a tedy více vzdáleností.
Nekteré systémy dokáží registrovat až 5 odrazu,
obvykle se používají 3.
6
(Letecké laserové skenování)
1. Schéma LSS
Merení vzdálenosti
7
(Letecké laserové skenování)
2. Merení
Letadlo Vrtulník - pro urcování digitálního
modelu terénu a merení plošných území bývá
laserový systém instalován v letadle, pri merení
objektu, kde je požadována vetší presnost a
hustota bodu je nutné nainstalovat systém do
vrtulníku. Letadlo - létá zpravidla ve výšce
od 200 do 1600 metru rychlostí kolem 200 km/h.
Odstup laserových stop je tedy asi 0,4 m
v podélném, a 2 m v prícném smeru (Toposys).
Absolutní presnost merených bodu se pohybuje
v rozmezí 0,1 0,3 m. Vrtulník - nabízí
možnost letet výrazne pomaleji než letadlo a i ve
velmi malé výšce. Hustota bodu muže tedy být
nekolikanásobne vyšší. - hustota bodu spolu
s presností, která napr. pro systém FLI-MAP
(Fugro) je 4 7 cm, umožnuje využití i
v inženýrské geodézii.
8
(Letecké laserové skenování)
2. Merení
Vyzarovací úhel - Liší se podle jednotlivých
skenovacích systému. V praxi existují systémy
s vyzarovacím úhlem 14 (Toposys), 20 nebo 40
(Saab TopEye), ale také 60 (Fugro).
Prumer stopy svazku paprsku se pohybuje v rozmezí
0,1 až 3,8 m, v závislosti na systému a výšce
letu.
9
(Letecké laserové skenování)
3. Chyby merení
Kalibrace - jedná o velmi složitý systém, je
treba pravidelne provádet kalibraci jednotlivých
komponent i celého systému. - predletová
(hlavne nastavení jednotlivých komponent systému
do správného funkcního stavu), - poletová (hlavne
urcení prostorových vztahu jednotlivých
komponent, resp. možnost zjištení a zpetné
odstranení systematických chyb skeneru). Chyby
merení vnejší - chyby GPS, - chyby INS.
10
(Letecké laserové skenování)
3. Chyby merení
Chyba laseru vyslání pulsu v chybný
cas. Chyba detektoru detekce slabého odrazu
(šum), detekce príliš silného odrazu (saturace,
merí kratší délky), Chyba hodin chyba merení
casu systémovými hodinami, která má obvykle
vzestupnou tendenci, lze ji matematický modelovat
a zavádet do výpoctu, casové zpoždení v rídící
jednotce, jejímž výsledkem je systematická chyba
v poloze. Chyby zrcadla chyba urcení úhlu
zrcadla, torze oscilujícího zrcadla (kroucení
osy vlivem hybnosti setrvacnosti zrcadla).
11
(Letecké laserové skenování)
3. Chyby merení
Chyby integrace chyby rídící a kontrolní
jednotky, hlavne nesplnení toho, že všechna
merení musí být vztažena ke stejné casové ose,
protože každá komponenta má obvykle své
hodiny. Vliv atmosféry dráha svazku paprsku
není prímková, ale jedná se o prostorovou krivku,
tj. merí se delší vzdálenost než je správná,
vliv atmosférické refrakce je nejmenší ve smeru
kolmo k Zemi, nejvetší na okrajích skenovaného
pásu (kulové rozložení teplot, index lomu je
nejvíc závislý na teplote atmosféry),
potlacuje se pomocí modelu.
12
(Letecké laserové skenování)
4. Zpracování merení
Data získaná ze skeneru jsou velmi neprehledná
(mimo jiné 2 a více odrazu) a obsahují chyby ci
šum. Proto je nutné je automaticky predzpracovat.
Jsou-li u pozemních skeneru mracna o velikosti
miliónu bodu, u leteckého skenování mohou být
více než rádove vetší. Podle komplexnosti se
predzpracování delí na Filtraci a
Klasifikaci. Filtrace nalezení bodu jednoho
povrchu. Provádí se napr. za znalosti približného
prubehu terénu a nebo s ohledem na okolní body.
- morfologické filtry, - filtry porovnávající
sklon, - filtr region growing, - lineární
predikce.
13
(Letecké laserové skenování)
4. Zpracování merení
Klasifikace Pro rozsáhlejší práce je vhodné
provést automatickou klasifikaci, tj. rozdelené
bodu do tríd podle druhu objektu, na kterém leží.
Casto se provádí na základe výškových pomeru
okolních bodu, intenzity signálu ci doplnkových
hodnot napr. z kamery nebo RGB skeneru.
Klasifikace probíhá ve více cyklech, kdy se
v jednom cyklu vybírají body jedné trídy. Další
cyklus již probíhá bez již klasifikovaných bodu.
Obvykle se používají trídy - terén, - budovy, -
vegetace, - chyby, dále napr. body pod terénem,
nízká vegetace, vysoká vegetace, komunikace,
výšková vedení, body terénní kostry další podle
úcelu zpracování.
14
(Letecké laserové skenování)
4. Zpracování merení
Klasifikace - príklad neklasifikovaných a
klasifikovaných dat Viditelné trídy -
budovy, - vegetace. - el. vedení.
15
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Tvorba DMT Vytvárí se obvykle z klasifikovaných
bodu trídy povrch.
16
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Tvorba DMT
17
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
3D modely Doplnují se casto texturami fasád,
jsou vhodné pro plánování ve mestech, vedení,
viditelnost, architektonické studie. Probíhá
v soucasné dobe i v Praze v IMIPu (vzhledem
k jeho rušení to ovšem nemá zrejme perspektivu).
18
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
3D modely
19
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování komunikací Pohled na klasifikované
bodové mracno cásti dálnice. Data byla porízena
systémem FLIMAP, hustota skenování je asi 14 bodu
na m2.
20
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování komunikací Rez dálnicním telesem
v míste, kde je premosten lávkou pro chodce a
cyklisty. Body byly porízeny systémem FLIMAP a
klasifikovány v grafickém prostredí TerraScan.
21
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování komunikací Pohled shora na
klasifikovaná data železnicní stanice. Data
pochází ze zkušební kampane organizované
spolecností GEODIS BRNO, s.r.o. a byla porízena
systémem FLIMAP.
22
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování prubehu vedení Pohled na výstup vodicu
z rozvodny
23
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování prubehu vedení Stožár elektrického
vedení v programu FLIP7 mracno bodu
24
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování prubehu vedení
25
(Letecké laserové skenování)
5. Aplikace
Mapování vegetace S výhodou se využívá
nekolikanásobného odrazu v biometrických
analýzách, napr. merení objemu biomasy v lesních
porostech. Urcuje se napr. objem, poškození,
druhové zastoupení, výška porostu nebo dokonce
pocet stromu. Mapování pobreží a v blízkosti
vodních ploch Velmi specifické práce, vetšinou se
mapují nejen pobreží, ale také pobrežní vody
s urcením povrchu dna. Infracervené spektrum je
vodou témer zcela pohlcováno a proto se využívají
jiné vlnové délky, hlavne zelená nebo modrozelená
barva. Casto se merí infracerveným i
alternativním laserem soucasne (DIAL
Differential Absorption Laser), infracervený
mapuje hladinu, alternativní dno. Teoreticky za
vhodných podmínek (klidná hladina, pruzracná
voda) lze mapovat až do hloubky 50 m.
26
(Letecké laserové skenování)
6. Komercne dostupné sytémy
Hardware Leica Geosystems - ALS50 IGI -
LiteMapper 1400, LiteMapper 2800 Optech - ALTM
3100 SHOALS - SHOALS 1000 (duální lidar pro
mapování pobrežních vod) TopoSys - Falcon
II Riegl - LMS-Q140i, LMS-Q280i Software Leica
Geosystems - Socet Set IGI - Las Tool
Geocode TopoSys - ToPIT
27
(Letecké laserové skenování)
7. Zhodnocení
Letecké laserové skenovací systémy prinášejí
dríve nedosažitelné možnosti sberu prostorových
dat v obrovském merítku a také pro obvyklé práce
slušnou míru automatizace. Nevýhodou je opet
vysoká porizovací cena aparatury (v to pocítaje i
letecký prostredek a jeho provoz). Pro nasazení
ve velkých oblastech muže nahradit fotogrammetrii
a napr. v oblasti zamerování elektrických vedení
se prosazuje i u nás (Geodis Brno), prestože
jinak se Ceská republika pro nasazení resp.
zakoupení techto technologií nehodí, není zde
dostatecne rozsáhlý trh a navíc jsou zde
historicky dostupné podklady, které ubírají cást
zákazníku.
28
(Letecké laserové skenování)
KONEC