Celem pracy jest uzyskanie jednolitej, wysokiej dokładności

Celem pracy jest uzyskanie jednolitej, wysokiej dokładności

2014-02-03
Sprawozdanie z projektu finansowanego z dotacji celowej na prowadzenie
badań naukowych lub prac rozwojowych oraz zadań
z nimi związanych służących rozwojowi młodych naukowców oraz
uczestników studiów doktoranckich
NR REJ. BM 4339 /KG/2013
Celem pracy jest uzyskanie jednolitej, wysokiej dokładności
Numerycznego Modelu Terenu na całym badanym
obszarze ok. 0.20 - 0.25m (strefa zalewowa, w mieście) oraz
0.1-0.05m przy Numerycznym Modelu Pokrycia Terenu –
infrastruktura rzeczna: wały, mosty, śluzy itp.
mgr inż. Artur Warchoł
Katedra Geodezji
Wydział Inżynierii Środowiska i Geodezji
Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie
Obszar badań obejmował dwukilometrowy fragment rzeki Wisły w Krakowie,
pomiędzy mostem Grunwaldzkim, poprzez zakole Wisły pod Wawelem, aż do ujścia
rzeki Rudawy. Całość terenu pokryto danymi z trzech projektów: lotniczego (ALS),
naziemnego (TLS) i mobilnego (MLS). Każdy z projektów wykonywany był w innym
czasie, co stanowiło dodatkowe utrudnienie podczas dalszych analiz. Dodatkowo do
wyznaczania części wspólnych wykorzystano fragment zaznaczony na żółto.
Dane z pułapu lotniczego otrzymano z Biura
Planowania Przestrzennego Urzędu Miasta
Krakowa, które w roku 2006 zamówiło nalot
dla obszaru całego miasta Krakowa. Chmurę
punktów pozyskano przy użyciu systemu
FLI-MAP 400, przy średniej wysokości lotu
ok. 350m, co przełożyło się na gęstość chmury
pomiędzy 11, a 30 pkt/m2. Współrzędne X,Y
obliczono w Lokalnym Układzie Krakowskim
(LUK), a współrzędną Z w układzie
Amsterdam. Każdemu punktowi nadano
również wartości RGB z wykonanych podczas
nalotu zdjęć. Całość zapisano w postaci pliku
ASCII (X Y Z R G B).
1
2014-02-03
Chmurę do zbioru „naziemnego” zarejestrowano przy użyciu impulsowego skanera
laserowego firmy Riegl VZ-400 wraz ze skalibrowanym aparatem fotograficznym
Nikon D700. Cały obszar badań zeskanowano w dwóch sesjach pomiarowych (czerwiec
i październik 2010), na które składało się 31 stanowisk skanera. Zamontowany na
skanerze aparat wykorzystano m.in. do kolorowania chmury punktów oraz
„czyszczenia” skanów. Położenie poszczególnych stanowisk skanera zamierzono
tachimetrycznie na osnowę w układzie „2000”, a następnie wszystkie stanowiska złożono
w jedną chmurę przy użyciu algorytmu ICP, zaimplementowanego w oprogramowaniu
RiSCAN PRO. Całość projektu została złożona z błędem nieprzekraczającym 0.006m dla
sąsiednich stanowisk.
Pomiar zestawem mobilnym firmy RIEGL VMX-250 przeprowadzono w czerwcu
2011r. pozyskując ok.300 mln punktów na odcinku 2km. Chmurę zarejestrowano
bezpośrednio w układzie „2000”, dzięki czemu nie wymagała żadnych transformacji.
(X, Y, Z)TLS - (X, Y, Z)ta ch
Aby można było porównać położenie przestrzenne chmur należało doprowadzić
wszystkie zbiory do jednego układu współrzędnych. Zdecydowano się na obecnie
obowiązujący układ „2000”, gdyż przeliczeniu podlegałaby wówczas tylko chmura
ALS. Współrzędne X,Y poddano transformacji konforemnej II stopnia zgodnie
z (Banasik, 2010), natomiast współrzędne Z przeliczono z układu Amsterdam do
Kronsztadt 86 zgodnie ze wskazaniami (Serwis dla geodety UMK).
Analizy dokładności geometrycznej dokonano na 26-ciu punktach, które
udało się jednoznacznie zidentyfikować na wszystkich trzech chmurach punktów
(ALS, MLS, oraz TLS), a dodatkowo posiadały one również współrzędne
referencyjne z pomiaru tachimetrycznego.
nr_pkt
dX
dY
dZ
(X, Y, Z)MLS - (X, Y, Z)ta ch
odl_3d
dX
dY
dZ
(X, Y, Z)ALS_2006 - (X, Y, Z)ta ch
odl_3d
dX
dY
dZ
odl_3d
1
0.049
0.003
-0.207
0.213
1.759
0.883
-0.919
2.172
0.035
-0.196
0.389
0.437
2
0.037
0.024
-0.200
0.205
1.737
0.865
-1.000
2.183
0.117
0.048
0.117
0.172
3
0.011
0.013
-0.189
0.190
1.708
0.843
-0.942
2.125
0.163
0.033
0.243
0.294
4
0.034
0.029
-0.177
0.183
1.719
0.853
-0.945
2.139
0.057
0.200
0.271
0.342
5
0.046
0.013
-0.204
0.210
1.753
0.873
-0.998
2.198
0.169
0.072
0.478
0.512
6
0.022
0.088
-0.202
0.221
1.700
0.909
-1.008
2.175
0.085
0.495
-0.018
0.503
7
0.043
0.031
-0.240
0.246
1.730
0.851
-0.989
2.167
0.170
0.193
0.902
0.938
8
0.003
0.006
-0.016
0.017
1.711
0.862
-1.127
2.223
0.168
0.197
-0.293
0.391
9
0.024
0.027
-0.239
0.242
1.739
0.877
-0.979
2.180
0.182
0.167
0.567
0.618
10
0.011
-0.049
-0.123
0.133
1.719
0.815
-0.939
2.122
0.118
-0.275
0.465
0.553
11
0.080
-0.011
-0.103
0.131
1.767
0.852
-0.846
2.136
-0.050
0.267
0.340
0.435
12
0.015
0.004
-0.108
0.109
1.729
0.852
-0.898
2.126
0.155
0.217
0.418
0.496
13
-0.036
-0.045
0.041
0.071
1.702
0.873
-1.067
2.190
0.079
0.280
0.610
0.676
14
-0.092
-0.013
-0.040
0.101
1.611
0.925
-1.012
2.115
-0.182
0.321
-0.325
0.492
15
-0.056
-0.053
0.000
0.077
1.677
0.835
-0.978
2.113
-0.096
0.214
0.274
0.361
-0.084
-0.011
0.094
1.697
0.779
-0.990
2.113
0.185
-0.234
0.277
0.407
0.113
0.348
0.431
16
-0.041
17
-0.061
0.012
-0.086
0.106
1.669
0.875
-0.975
2.122
0.227
18
-0.061
-0.022
-0.014
0.066
1.675
0.844
-1.005
2.128
-0.327
-0.244
0.319
0.518
19
-0.175
0.227
0.059
0.293
1.514
1.101
-0.939
2.094
-0.226
0.586
0.463
0.780
20
-0.019
-0.014
-0.049
0.054
1.593
0.806
-1.045
2.069
0.018
-0.076
0.027
0.083
21
-0.142
-0.085
-0.111
0.199
1.509
0.771
-1.039
1.988
-0.433
-0.362
0.051
22
-0.075
-0.115
-0.104
0.172
1.559
0.807
-1.045
2.043
-0.050
-0.096
0.022
0.110
23
-0.088
-0.087
-0.111
0.166
1.629
0.802
-1.106
2.126
0.072
-0.008
0.003
0.073
24
-0.017
-0.089
-0.091
0.128
1.636
0.768
-1.077
2.104
0.165
-0.104
0.035
0.198
0.463
0.567
25
0.051
-0.018
0.243
0.249
1.737
0.840
-0.827
2.099
-0.166
0.337
0.270
26
0.029
0.006
0.242
0.244
1.746
0.787
-0.807
2.078
-0.419
0.249
0.378
0.617
min
-0.175
-0.115
-0.240
0.017
1.509
0.768
-1.127
1.988
-0.433
-0.362
-0.325
0.073
max
0.080
0.227
0.243
0.293
1.767
1.101
-0.807
2.223
0.227
0.586
0.902
0.938
średnia
-0.016
-0.008
-0.078
0.158
1.682
0.852
-0.981
2.128
0.008
0.092
0.255
0.441
0.073
0.073
0.065
0.079
0.051
0.207
1.683
0.8542
0.9839
odch.
0.063
0.067
0.127
RMS
0.0642
0.0664
0.1471
0.193
0.240
0.272
0.1891
0.2527
0.3691
2
2014-02-03
Chmury punktów przed wyznaczeniem obszarów wspólnych kolor zielony dane ALS, kolor czerwony MLS, kolor pomarańczowy TLS
Następnie przy jednakowych parametrach
wejściowych wygenerowano obrysy dla
każdej z chmur, co przedstawiono na
rysunku po lewej. Kolor zielony przedstawia
obrys danych ALS, kolor czerwony danych
MLS, natomiast kolor niebieski danych TLS.
Jak można zauważyć dane TLS i ALS charakteryzują się bardzo małym błędem
systematycznym po wszystkich współrzędnych (X, Y, Z), a ich odchylenia
standardowe są zgodne z literaturą. Natomiast chmura MLS obarczona jest
znacznym błędem systematycznym zarówno po współrzędnych X, Y jak i po Z.
Niezależenie od tego dane MLS zachowują wewnętrzną zgodność
geometryczną. Pozwala to na usunięcie składowej systematycznej i dalsze
wykorzystywanie tej chmury MLS. Wysokie wartości błędu systematycznego po
wszystkich współrzędnych są najprawdopodobniej spowodowane brakiem
nawiązania pomiaru MLS do osnowy państwowej oraz nieużyciem podczas
procesu wyrównania terenowych punktów kontrolnych zmierzonych
w układzie „2000”.
Wygenerowana część wspólna wszystkich
trzech zakresów danych - kolor biały.
Chmury punktów “przycięte” obszarem
wspólnym - kolor zielony ALS, czerwony
MLS, pomarańczowy TLS
3