4 3 Ocena dokładności i porównywalność danych

Ocena dokładności i porównywalność
danych wysokościowych (chmury
punktów) pozyskiwanych z różnych
kolekcji danych
mgr inż. Marcin Brach
dr hab. Jarosław Chormański
Katedra Inżynierii Wodnej
Zakład Hydrologii i Zasobów Wodnych
Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
Life Plus KAMPINOSKIE BAGNA
• Celem projektu jest zapewnienie właściwego
stanu siedlisk mokradłowych obszaru Natura
2000 „Puszcza Kampinoska”.
• Okres realizacji 1.07.2013 – 31.03.2018
• http://www.kampinoskiebagna.pl
• Partnerzy: REC, KPN, SGGW, ITP, WZMiGW w
Warszawie
Akcja A.2: Numeryczne mapy wysokości i pokrycia
terenu
Kampinoski
Narodowy
Park
• Układ
hydrograficzny
parku powstał w wyniku
melioracji w XIX wieku,
których celem było
przekształcenie terenów
bagiennych na rolnicze
• Głównym ciekiem jest
kanał Łasica (długość ok.
35 km),
• Zlewnia ok. 500 km2,
• Wschodnia część parku –
obszar Dolna Łasica
Główne źródło danych
• Numeryczny Model Terenu (NMT) uzyskany na
podstawie danych z lotniczego skaningu
laserowego (z ang. Airborne Laser Scanning –
ALS),
• Dane z zasobów CODGiK (naloty i rejestracje
wykonano w ramach projektu ISOK)
• Dane z nalotu wykonanego 21 października
2014 dla specjalnie dla realizacji projektu
„Kampinoskie Bagna”
Weryfikacja NMT pochodzących z
różnych kolekcji
• Do weryfikacji dokładności danych na terenie KPN
wykonano pomiar punktów referencyjnych za
pomocą technologii GNSS RTK uzyskano sieć 6250
(w tym 2475 w rejonie Dolnej Łasicy)
• W obszarach szczególnego zainteresowania
występowania kęp turzyc wykonano naziemny
skaning laserowy TLS (Terestrial Laser Scanning)
Obszar pokrycia skaningiem laserowym w ramach
projektu ISOK, dostępnych w PZGIK (stan 03.2015)
Parametry nalotów ALS
„Kampinoskie Bagna”
Parametry
Kąt poprzeczny
Gęstość punktów
Zakładana dokładność
wysokościowa producenta
Pokrycie poprzeczne pasów
Wysokość lotu
rejestracja wielokrotnych
odbić („ech”)
termin wykonania nalotów
skanerowych
ISOK
Cały obszar parku
Dolna Łasica
≤ ±25º
(dla obszarów
niezalesionych
dopuszcza się ≤ ±30º)
30o
30o
≥ 4 punkty / m2
≥ 6 punkty / m2
≥ 12 punkty / m2
mh ≤ 0,15 m
mh ≤ 0,15 m
mh ≤ 0,15 m
20 – 30 %
50 %
50 %
900 m
700 m
700 m
4
4
4
od połowy października
do
końca kwietnia (2010 –
2012 rok)
21 października 2014
(niski stan wody)
21 października 2014
(niski stan wody)
Ograniczenia wykorzystania danych
ISOK dla obszaru KPN do celów
projektowych
• Po co skanować ponownie jeśli jest już darmowa baza
danych?
• Rejestracja ISOK wykonywane w różnych terminach, co
w przypadku obszaru podtapianego w różnej skali w
okresach wilgotnych ma istotne znaczenie dla jakości
NMT,
• Gęstość pozyskanej chmury punktów nie pozwala na
wyodrębnienie mikroform rzeźby np. kęp na terenach
turzycowisk,
• Na obszarach o dużej dominacji kęp generowany jest
relatywnie duży błąd NMT ALS
Zakres bloków projektu ISOK na terenie KPN z uwzględnieniem obszarów oddziaływania
Czas pomiaru na terenie obszaru „Dolna Łasica”. Otrzymany na podstawie atrybutu „GPS
Timestamp” z chmury punktów
Klasyfikacja chmury punktów
• Klasyfikacja obydwu produktów opiera się na tym
samym standardowym kluczu, w którym
wyodrębnia się najważniejsze klasy:
• 0 – niesklasyfikowane,
• 1 - punkty przetwarzane, ale niesklasyfikowane,
• 2 – Grunt
• 3, 4, 5 klasy roślinności (niskiej, średniej,
wysokiej)
• 6 – budynki, zabudowa techniczna
Klasyfikacja chmury punktów
• W chmurach punktów z projektu ISOK punkty
z pokrycia poprzecznego są klasyfikowane jako
klasa 12 – overlap (zostają punkty tylko z
jednego szeregu,
• MGGP Aero ze względu na specyfikę autorskiej
metody analizy - punkty z pokrycia uwzględnia
w finalnym produkcie nie wydzielaąc ich jako
odrębnej klasy,
1 - Brach M., Chormański J. Comparison of digital elevation models of riparian wetland generated from
airborne laser scanning of different accuracy. Geomoprhometry 2015, Poznań – Poland.
0,25
0,21
0,20
0,20
0,15
[m]
0,13
0,10
0,10
0,10
AME
ME
0,06
0,05
0,00
ME
„Kampinoskie Bagna” – 12 pkt.
AME
„Kampinoskie Bagna” – 6 pkt.
ME
AME
ISOK – 4pkt.
Liczba punktów: 2475
Porównanie średniego błędu - ME =
AME =
1
𝑛
1
𝑛
𝑍𝐷𝐸𝑀 − 𝑍𝐺𝑁𝑆𝑆 oraz bezwzględnego średniego błędu -
𝑍𝐷𝐸𝑀 − 𝑍𝐺𝑁𝑆𝑆 dla obszaru Dolna Łasica
1200
[częstość]
1000
800
600
400
200
0
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2
0
0,2 0,4 0,6 0,8
1
[m]
1200
1200
1000
1000
800
800
[częstość]
[częstość]
ISOK - 4pkt/m2
600
400
200
600
400
200
0
0
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2
0
0,2 0,4 0,6 0,8
1
[m]
„Kampinoskie Bagna” - 6pkt/m2
-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2
0
0,2 0,4 0,6 0,8
[m]
„Kampinoskie Bagna” -12pkt/m2
1
Projekt Norweski PL0268 - 2009-2011: Development of
the methods of restoring the original water conditions of
the Kampinos National Park in order to stop the
degradation of nature and improve the condition of
biodiversity
0,25
0,12
0,21
0,11
0,22
0,10
[m]
[m]
0,20
0,08
0,07
Średnia różnica
0,15
0,10
Średnia różnica
0,06
Średnia bw. różnica
Średnia bw. różnica
RMSE
0,04
0,05
0,02
0,00
0,00
Dokładność NMTISOK względem GNSS
0,25
Dokładność NMTMGGP Aero względem GNSS
0,14
0,230,23
0,20
[m]
0,10
[m]
0,18
0,15
Średnia różnica
Średnia bw. różnica
0,10
0,11
0,12
0,19
0,10
0,08
0,08
Średnia różnica
0,06
0,06
Średnia bw. różnica
RMSE
0,04
0,05
0,02
0,00
0,00
Zalane: 1136
Niezalane: 879
Dokładność NMTISOK względem GNSS,
uwzględniając strefy zalewów
Zalane: 1136
Niezalane: 879
Dokładność NMTMGGP Aero względem GNSS,
uwzględniając strefy zalewów
Pomiar TLS turzycowisk kępiastych
• Do wykonania pomiarów struktur kępiastych
turzycowisk
wykorzystano
technologię
Naziemnego Skaningu Laserowego (TLS)
• Poletka badawcze o wymiarach ok. 25m2, 5x5)
Pola pomiarowe DL1 – DL3 w okolicach
miejscowości Sianno
Pola pomiarowe DL4 – DL5 w okolicach
miejscowości Famułki
Przekrój przez chmurę punktów ALS ISOK i TLS na obszarze turzycowiska tworzącego kępy
Przekrój przez chmurę punktów ALS „Kampinoskie Bagna” i TLS na obszarze turzycowiska tworzącego
kępy
• Pomiary
wzorowano
na
metodyce
zastosowanej już w górnym basenie Biebrzy,
• Z każdego poletka wykonywane jest pomiar, w
celu uchwycenia całej struktury poletka,
• Dane przetwarzane są z wykorzystaniem
opracowanej metodyki filtracji i interpolacji
zacienionych miejsc1,
1 – Metodyka szerzej opisana w - Brach M., Chormanski J., 2015 Terrestrial Laser Scanning (TLS) as a
detection method of the natural river valley microtopography – case study of the Upper Biebrza. Ann.
Warsaw
Univ. Life Sci.
– SGGW,
Land
Reclam. 46 (4), 267–278
Pole pomiarowe
R5 w
okolicach
miejscowości
Pola pomiarowe R1-R4 (2012) , B1 – B6 (2013) i
Szuszalewo
N1 – N3 (2014) w okolicach miejscowości Nowy
Rogożyn
• Określenie zasięgu turzycowisk kępowych
wymaga przeprowadzenia klasyfikacji pokrycia
terenu z oddzieleniem turzycowisk kępowych i
pozostałych
• Ma sens zwłaszcza dla kolekcji pozyskanych w w
pełni sezonu wegetacyjnego
• Dobre wyniki daje połączenie klasyfikacji
obiektowej oraz Random Forest, co pozwoliło na
uzyskanie mapy o poprawności na poziomie 96%4
Podsumowanie
• Dane wysokościowe z projektu ISOK ze względu na podział
bloków w tym różny czas wykonania poszczególnych
bloków, są obarczone dużym błędem na terenie KPN,
• Dodatkowo problemem jest niejednorodność hydrologiczna
– zmienność stanów wody podczas rejestracji bloków
• Wykonanie dodatkowych rejestracji pozwoliło uzyskać NMT,
o większej dokładności dzięki:
–
–
–
–
Zwiększonej gęstości z 4 do 6 i 12 punktów / m 2
Rejestracji całego obszaru badań w jednym czasie
Wykonania nalotu w okresie suszy hydrologicznej
Inne?