ČESKÝ ÚŘAD ZEMĚMĚŘICKÝ A KATASTRÁLNÍ ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD
PROJEKT TVORBY NOVÉHO VÝŠKOPISU ČESKÉ REPUBLIKY
Mgr. Petr Dušánek ZÚ - zeměměřický odbor Pardubice
1
OBSAH PREZENTACE
• Litemapper 6800 • Stručný popis postupu zpracování • Předletové přípravy
• Preprocessing • Robustní filtrace • Současný stav projektu
• Digitální model reliéfu 4. generace • Digitální model reliéfu 5. generace • Ukázky
2
LITEMAPPER 6800
3
Litemapper 6800 •
AeroControl • GPS (NovaTel) • •
•
IMU – (IGI mbH) • • •
•
frekvence 400 Hz gyroskop (optická vlákna) – úhly roll (ω), pitch (φ) a yaw (κ) akcelerometr - zrychlení
Skener – RIEGL GmbH (LMS Q-680) • full-waveform LiDAR •
• •
měření navracející se energie každou ns
technologie „Multiple Time Arround“ •
paprsek může být vyslán před návratem předchozího
frekvence 80 – 240 kHz • •
•
frekvence 2 Hz dvoupásmová anténa
efektivní měření ¾ nižší frekvence = vyšší energie = delší dosah
Záznamové zařízení
4
Litemapper 6800 záznamové zařízení Aero Control skener LMS Q-680
IMU
5
POPIS POSTUPU ZPRACOVÁNÍ
6
PRACOVNÍ POSTUPY plán letu měření stanic CZEPOS
skenování preprocessing uložení do DB
export pravidelných oblastí Robustní filtrace nejnižší bodu v oblasti 5x5 m
manuální editace
kontrola a editace
Tvorba DMR 5G
Interpolace DMR 4G 7
PŘEDLETOVÉ PŘÍPRAVY
8
Rajonizace území
2010/2011
2009/2010
2011/2012
9
Zpoždění projektu
2010/2011
2009/2010
2013
10
Plánování letů • • • • • • • •
•
SW IGIPlan Určena střední výška terénu (nejčastější hodnota) pro čtverec 10x10 km Spojeny sousední čtverce s podobnými středními výškami terénu Většina bloku ve Z ↔V směru ± 50 % překryt (příčný) Šířka bloků 10 km Délka bloků 20 nebo 30 km (spojovány na 40, 50 a 60 km) Projekt pro střední výšku letu 1400 m nad terénem • 12 podélných os (rozestup cca. 830 m) • 2 příčné osy 2 km od okrajů bloků • využíván v bezvegetačním období • frekvence skeneru 120 kHz Projekt pro střední výšku letu 1200 m nad terénem • 14 podélných os (rozestup cca. 715 m) • 2 příčné osy 2 km od okrajů bloků • využíván ve vegetačním období • frekvence skeneru 80 kHz
11
LLS bloky
12
Plánování letů
13
PREPROCESSING
14
Preprocessing – DGPS oprava • •
•
SW GrafNav Data z palubní GNSS přijímače • frekvence 2 Hz • přesnost v řádu m • Poloha měřená v aktuálním datu GPS Data ze sítě pozemních stanic (CZEPOS) • frekvence 1 Hz • poloha stanice určená v řádu mm • poloha vztažena k elipsoidu GRS 80 (ETRS 89)
15
Preprocessing – spojení DGPS a IMU dat • •
•
•
•
SW AeroOffice GNSS data po diferenční opravě • frekvence 2 Hz • přesnost v řádu cm • poloha vztažena k elipsoidu GRS 80 (ETRS 89) Data z palubní IMU • frekvence 400 Hz • okamžité úhly náklonu letadla (vůči souřadnicovému systému IMU) • data o zrychlení Tzv. Lever Arms • laboratorně změřená (v osách x, y, z souřadnicového systému IMU) vzdálenost projekčního centra skeneru a středu souřadnic IMU • tachymetricky změřená (v osách x, y, z souřadnicového systému IMU) vzdálenost středu GNSS antény a středu souřadnic IMU Výsledek • trajektorie s údaji o poloze a náklonech letadla/skeneru s frekvencí 400 Hz
16
Poloha souřadnicových systémů
zdroj: www.igi-ccns.com
17
Preprocessing – extrakce odrazů z full-waveform dat • •
•
•
•
SW RiProcess Data ve formátu .sdf • záznam o průběhu návratu energie do skeneru digitalizovaná po 1 ns • záznam o GPS čase vyslání/přijetí • záznam o úhlu vyslání paprsku Nalezení lokálních maxim v návratové vlně • určení výšky vlny (amplituda) • určení šířky vlny • odstranění šumu (amplituda pod prahovou hodnotou) Určení polohy bodů v souřadnicovém systému skeneru • vzdálenost odvozena z tranzitního času • směr určen pomocí úhlu vyslání paprsku Výsledek • Data ve formátu .sdc • mračno bodů v souřadnicovém systému skeneru (nezobrazitelné)
18
Full-waveform data
zdroj: Riegl.com
19
Preprocessing – georeferencování dat • • • •
SW RiProcess Data ve formátu .sdc • mračno bodů v souřadnicovém systému skeneru (nezobrazitelné) • každý bod má určen GPS čas Trajektorie ve formátu .pof • záznam o poloze a náklonech letadla/skeneru • k poloze je znám GPS čas Určení polohy bodů v geocentrickém souřadnicovém systému • souřadnice x, y, z • • •
•
osa x v rovině Greenwichského poledníku osa y v rovině poledníku 90° východní délky osa z směřuje ke konvenčnímu (severnímu) pólu Země
Export dat • data v kartézském souřadnicovém systému UTM/GRS 80 (N, E) s elipsoidickou (elipsoid GRS 80) výškou (h). • formát .sdw •
•
archivace dat v „surovém formátu“ s „pseudo“ full-waveform informací
standardizovaný formát .las •
následně transformován do nadmořské výšky Bpv (H) a rovinných souřadnic UTM/WGS84-G873 (N, E) 20
ROBUSTNÍ FILTRACE
21
Robustní filtrace •
SW SCOP++, nutný modul Kernel a LiDAR • původně určený na interpolaci „řidších“ dat • tzv. hybridní DMR – grid + zlomové hrany a terénní hrany, kóty… • interaktivní ovládání „User Unfriendly“ • dávkové ovládání pomocí tzv. „Command Language“ •
• simulace klikání na tlačítka • nejednoznačná a zmatená syntaxe vývoj ukončen
•
Algoritmus robustní filtrace vyvinutý na Technische Universität Wien • iterační zpracování • DMR je postupně méně ovlivňován body mimo terén
•
Kroky robustní filtrace
• • • • • • •
odstranění budov zředění mračna bodů filtrace interpolace roztřídění bodů (jen dvě třídy) vyplnění prázdných míst klasifikace (roztřídění bodů do více tříd) 22
Robustní filtrace
23
Robustní filtrace – odstranění budov
24
Zředění mračna bodů, filtrace, interpolace
25
Zředění mračna bodů, filtrace, interpolace
26
Roztřídění bodů
27
Klasifikace mračna bodů
28
SOUČASNÝ STAV PROJEKTU
29
Současný stav (23.9.2013) – skenování
30
Současný stav (23.9.2012) – DMR4G
31
Současný stav (23.9.2013) – DMR5G
32
Současný stav (23.9.2012) v číslech •
Skenování • Naskenováno • • • • •
•
Nalétáno • • •
•
54 500 km2
DMR 5G •
•
3 310 měřických pásů 105 mld. bodů (všechny odrazy včetně vysokých a nízkých chyb)
DMR 4G •
•
940 letových hodin 640 hodin skenování 333 vzletů
Data (v pásmu východ odhad) • •
•
77 475 km2 98.3 % ČR 100.0 % pásma střed 100.0 % pásma západ 95.3 % pásma východ
34 037 km2
Manuální kontrola •
38 107 km2 33
DIGITÁLNÍ MODEL RELIÉFU 4. GENERACE
34
Digitální model reliéfu 4. generace (DMR 4G) •
• •
•
Tvorba DMR 4G • Výběr nejnižšího bodu v síti 5x5 m • Odstranění bodů nenáležících terénu • Interpolace pravidelné mříže 5x5 m DMR ve formě pravidelné čtvercové sítě 5x5 m Souřadnicové systémy • systém UTM/WGS84-G873 (E, N) a nadmořská výška Bpv (H) • matematický souřadnicový referenční systém JTSK (realizace SJTSK/Krovak East North – EPSG: 5514 (dříve ESRI kód102067), kdy x = -yjtsk a y = -xjtsk) a H ve výškovém referenčním systému Bpv Klad listů • UTM/WGS84-G873 • •
•
oblast 2x2 km, tak že souřadnice rohů jsou dělitelné 2000 pojmenování po levém dolním rohu, pi_E/1000_N/1000_4g.xyz (př. pi_490_5580_4g.xyz) matematický souřadnicový systém S-JTSK • Klad listů SM5 (2,5x2 km) • Příklad pojmenování SOBO00
35
Přesnost DMR 4G – komparační základny •
Systematická chyba:
•
Úplná střední chyba:
•
Metoda určení výšky v DMR 4G: •
•
Bilineární interpolace
Přesnost DMR 4G na komparačních základnách (240 jasně definovaných vodorovných ploch o rozloze minimálně 50 x 50 m) • před odstraněním systematické chyby • •
•
cH = - 0,12 m (maxi -0,28 m) mH = 0,14 m
po odstranění systematické chyby • •
cH = + 0,01 m mH = 0,08 m
36
Přesnost DMR 4G – kategorie povrchu a půdního krytu
Kategorie povrchu a půdního krytu
Systematická chyba [m]
Úplná střední chyba [m]
Maximální chyba [m]
cesty a silnice
-0,25
0,34
0,77
zpevněné plochy v intravilámnu
-0,01
0,07
0,26
parky v intravilánu
-0,09
0,14
0,22
orná půda
-0,01
0,13
0,66
louky a pastviny
-0,09
0,18
0,85
křoviny stromořadí a lesy
-0,02
0,13
0,85
970 bodů ve 25 lokalitách
37
DIGITÁLNÍ MODEL RELIÉFU 5. GENERACE
38
Digitální model reliéfu 5. generace (DMR 5G) •
• •
•
Tvorba DMR 5G • Podrobná manuální kontrola (norma 1h/ km2) • Výběr nejnižšího bodu v síti 1x1 m (odstranění zbytkového šumu) • Ředění mračna bodů (až na 10% původního objemu) DMR ve formě uzlových bodů TINu Souřadnicové systémy • systém UTM/WGS84-G873 (E, N) a nadmořská výška Bpv (H) • matematický souřadnicový referenční systém JTSK (realizace SJTSK/Krovak East North – EPSG: 5514 (dříve ESRI kód102067), kdy x = -yjtsk a y = -xjtsk) a H ve výškovém referenčním systému Bpv Klad listů • UTM/WGS84-G873 • •
•
oblast 2x2 km, tak že souřadnice rohů jsou dělitelné 2000 pojmenování po levém dolním rohu, pi_E/1000_N/1000_4g.xyz (př. pi_490_5580_4g.xyz) matematický souřadnicový systém S-JTSK • Klad listů SM5 (2,5x2 km) • Příklad pojmenování SOBO00
39
Přesnost DMR 5G – komparační základny •
Systematická chyba:
•
Úplná střední chyba:
•
Metoda určení výšky v DMR 5G: •
•
Odečtení výšky referenčního bodu z TINu
Přesnost DMR 5G na komparačních základnách (152 jasně definovaných vodorovných ploch o rozloze minimálně 50 x 50 m) • po odstranění systematické chyby • •
cH = - 0,002 m mH = 0,058 m
40
Přesnost DMR 5G – kategorie povrchu a půdního krytu
Kategorie povrchu a půdního krytu
Systematická chyba [m]
Úplná střední chyba [m]
Maximální chyba [m]
Terénní hrany a komunikace
-0,11
0,18
0,66
zpevněné plochy
-0,09
0,13
0,37
orná půda
-0,07
0,14
0,56
louky a pastviny
-0,03
0,21
0,42
křoviny stromořadí a lesy
-0,06
0,13
0,46
Průměrná hodnota
-0,7
0,14
0,49
970 bodů ve 25 lokalitách
41
UKÁZKY
42
Vyrovnání měřických pásů
43
Mračno bodů – obarvení dle měřických pásů
hráz slapské přehrady
44
Mračno bodů – obarvení dle tříd
Terezín – malá pevnost
45
Mračno bodů – data pořízená 20.4.2010
46
Mračno bodů – data pořízená 4.5.2010
47
Mračno bodů – data pořízená 20.4.2010 vs. 4.5.2010
48
Rozdíl výšek mezi měřickými pásy (24.4. – 4.5.2010)
49
Rozdíl výšek mezi měřickými pásy
Sněžka, Obří důl
50
Hustota mračna bodů
soutok Vltavy a Berounky
51
Rozhraní listnatého a jehličnatého lesa (24.4.2010)
rozhraní katastru Černošic a Vonoklas
52
Intenzita odrazu
Kozí hřbety
53
Stínovaný model
zřícenina Levín
54
Stínovaný model
zřícenina Kozlov
55
ČESKÝ ÚŘAD ZEMĚMĚŘICKÝ A KATASTRÁLNÍ ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD
DĚKUJI ZA POZORNOST Mgr. Petr Dušánek
[email protected]
56
