Wykorzystanie chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego i produktów jego przetwarzania dla potrzeb zarządzania środowiskiem i ochrony przyrody

Wykorzystanie chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego i produktów jego przetwarzania dla potrzeb zarządzania środowiskiem i ochrony przyrody Mateusz Maślanka QCoherent Product Manager mateusz.maslanka@progea.pl

Spis treści Projekt ISOK Firma QCoherent i jej oprogramowanie Wizualizacja danych LiDAR w LP360 LiDAR a dane wektorowe Klasyfikacja manualna i automatyczna w LP360 Generowanie produktów pochodnych LiDARServer Wykorzystanie danych pochodzących ze skanowania laserowego 2

Projekt ISOK Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami 3

Projekt ISOK 4p/m 2 12p/m 2 4p/m 2 12p/m 2 4p/m 2 191 000 km 2 12p/m 2 4p/m 2 12p/m 2 4p/m 2 12p/m 2 4p/m 2 12p/m 2 4

Główne cele Projekt ISOK zwiększenie bezpieczeństwa obywateli, ograniczenie strat powodziowych. Wykorzystanie pozyskanych danych modelowanie powodziowe, planowanie przestrzenne i urbanistyczne, inwentaryzacja infrastruktury, archeologia, aktualizacja Leśnej Mapy Numerycznej, określanie biomasy i wysokości korony drzew, bezprawne zajęcie nieruchomości, weryfikacja EGiB, modelowanie 3D, lokalizacje farm wiatrowych lub kolektorów słonecznych, i wiele innych Źródło: http://www.emotocykl.pl Dostęp do danych administracja publiczna nieodpłatnie, zastosowanie komercyjne odpłatnie. Źródło: http://www.se.pl/ 5

Projekt ISOK symulacja przerwania wału Źródło: www.youtube.com 6

gęstość pkt gęstość pkt dokładność dokładność Standard I Projekt ISOK Dane LiDAR standard I i II Standard II Produkt 1 Produkt 2 wysokościowa m h 0,15 wysokościowa m h 0,10 sytuacyjna m p 0,50 sytuacyjna m p 0,40 6 pkt/m 2 - obszar priorytetowym 4 pkt/m 2 - pozostałe obszary 12 pkt/m 2 rejestracja minimum czterech odbić (cztery echa ) rejestracja intensywności odbitych sygnałów z georeferencją, po wyrównaniu, po klasyfikacji, z RGB 7

Projekt ISOK Dane LiDAR standard I i II Format zapisu modułu archiwizacji - LAS, wersja 1.2, POINT DATA RECORD FORMAT 3. Zamawiający wymaga pozyskania danych i wypełnienia nimi wszystkich pól POINT DATA RECORD FORMAT 3. Układ współrzędnych płaskich prostokątnych 1992 i układ wysokości normalnych Kronsztadt 86 Podział punktów LIDAR na klasy (wg formatu LAS): 1) punkty przetwarzane, ale niesklasyfikowane 2) punkty leżące na gruncie 3) punkty reprezentujące niską wegetację, tj. w zakresie 0-0.40 m 4) punkty reprezentujące średnią wegetację, tj. w zakresie 0.40-2.00 m 5) punkty reprezentujące wysoką wegetację, tj. w zakresie powyżej 2.00 m 6) punkty reprezentujące budynki budowle oraz obiekty inżynierskie jak mosty, wiadukty, zapory, inne konstrukcje. 7) szum (punkty omyłkowe niskie, tj. pod ziemią, wysokie, tj. ponad budynkami i wegetacją) 8) punkty reprezentujące obszary pod wodami (cieki, jeziora, stawy) 8

Projekt ISOK Dane LiDAR standard I i II 4p/m 2 Standard I 12p/m 2 Standard II 9

Projekt ISOK Dane NMT i NMPT Charakterystyka danych NMT struktura GRID, model bazujący na punktach gruntu pochodzących ze skanowania laserowego, rozmiar piksela 1m, pliki zapisane w formacie ASCII (*.xyz) oraz Esri GRID (*.asc), godło arkusza w skali 1:10 000 w układzie 1992. Charakterystyka danych NMPT standard I i II struktura GRID, model bazujący na punktach pokrycia terenu pochodzących ze skanowania laserowego, rozmiar piksela 1m (standard I) lub 0,5 (standard II) pliki zapisane w formacie ASCII (*.xyz) oraz Esri GRID (*.asc) godło arkusza w skali 1:10 000 w układzie 1992. 10

Projekt ISOK a Parki Narodowe Nazwa pokrycie LiDAR [%] Babiogórski PN 11 Białowieski PN 99 Biebrzański PN 99 Bieszczadzki PN 100 Drawieński PN 77 Gorczański PN 100 Kampinoski PN 44 Karkonoski PN 100 Magurski PN 100 Narwiański PN 100 Ojcowski PN 40 Pieniński PN 100 PN Bory Tucholske 100 PN Gór Stołowych 100 PN Ujście Warty 100 Poleski PN 0 Roztoczański PN 77 Słowiński PN 100 Świętokrzyski PN 0 Tatrzański PN 100 Wielkopolski PN 100 Wigierski PN 0 Woliński PN 100 11

Projekt ISOK Z czego korzystać? ~2200 m ~550 m Koszt zakupu jednego modułu archiwizacji wynosi = 20 zł Koszt zakupu danych LiDAR dla sąsiedniego obszaru = 320 zł Koszt zakupu danych LiDAR dla obszaru Wrocławia = 27 840 zł Koszt zakupu danych LiDAR dla obszaru Polski = 3 745 920 zł Koszt wykonania programu ISOK w zakresie ALS = 17 mln Dlaczego dane LiDAR a nie NMT lub NMPT? nie tylko zawierają wartość wysokości możliwość uzyskania większej ilości informacji duża dokładność danych dane nie zmienione, nie poddane aproksymacji większa elastyczność wykorzystania danych możliwość dopasowania parametrów do generowania modeli ŹródłoUM Wrocław Moduł archiwizacji danych typu NMT lub NMPT Moduł archiwizacji danych LiDAR Standard 2 Moduł archiwizacji danych LiDAR Standard 1 12

Firma Qcoherent innowacyjny dostawca narzędzi do przetwarzania chmury punktów LiDAR, bogate doświadczenie związane z technologią skaningu laserowego w środowisku ArcGIS, pierwsze rozszerzenie LP360 dla ArcGIS zostało wydane w 2006 roku. Kto jest klientem QCoherent? firmy zajmujące się pozyskiwaniem i przetwarzaniem danych LiDAR, agencje federalne i rządowe, samorząd lokalny i jego instytucje, firmy środowiskowe i inżynieryjne, firmy konsultingowe, jednostki badawczo rozwojowe. 13

Firma QCoherent http://www.qcoherent.com/ 14

Oprogramowanie Qcoherent 15

Rodzaje oprogramowania LP360 16

ArcGIS a oprogramowanie LP360 uruchomienie aplikacji poprzez włączenie jej w oknie Extension, dodatkowe paski narzędziowe w oprogramowaniu ArcGIS, nowe zakładki w menu kontekstowym, nie wymaga wyższej licencji zaawansowania oprogramowania ArcGIS a niżeli Basic. 17

Poziomy zaawansowania licencji LP360 import eksport dane LiDAR punkty LAS ASCII (XYZ+) MG4(.sid) ASCII LAS SHP DGN DXF warstwice SHP powierzchnie ASCII Raster Binary Raster Esri GRID ASCII XYZ IMG 18

Demo 19

Przeglądanie danych LiDAR indeksowanie i tworzenie piramid dla plików LAS w celu szybszej wizualizacji i nawigacji po obszarze roboczym, możliwość podglądnięcia informacji o pliku, dane mogą być wizualizowane jako punkty, model TIN oraz ich warianty, dane mogą posiadać różne typy legendy (klasyfikacja, RGB, Intensywność itp.). informacja o pliku chmura punktów model TIN 20

Typy legendy Wysokość Klasa Intensywność Linia lotu Progi wysokości RGB

Okno główne oprogramowania

Wyświetlanie okna profilu i okna 3D

Okno profilu i jego narzędzia możliwość zmiany wyświetlania typu legendy, dane widocznie wertykalnie, możliwość ustawienia głębokości profilu, synchronizacja widoku z oknem głównym, możliwość obrotu profilu wokół jego środka, wyświetlanie w widoku okna plików SHP3D.

Okno widoku 3D i jego narzędzia nawigacja po chmurze punktów (przesuwanie i rotacja), drapowanie na chmurę punktów plików rastrowych lub wektorowych, wyświetlanie w widoku okna plików SHP3D.

LiDAR a dane wektorowe 26

LiDAR a dane wektorowe 27

LiDAR a dane wektorowe 28

Wykonywanie profili terenowych 29

LiDAR a zobrazowania

Narzędzia QA/QC kontrola jakości 31

Narzędzia kontroli wysokościowej 32

Tworzenie statystyk dla chmury punktów 33

Tworzenie statystyk dla chmury punktów 34

LP360 toolbox 35

Digitalizacja linii nieciągłości terenu 36

LiDAR a dane wektorowe 37

Nadawanie pliką SHP trzeciego wymiaru 38

Narzędzia manualnej klasyfikacji

Narzędzia manualnej klasyfikacji

Klasyfikacja z użyciem plików SHP

Automatyzacja pracy

Automatyczna klasyfikacja chmury punktów

Generowanie obrysów dla chmury punktów

Demo 45

Narzędzia eksportu 46

Eksportowane modele powierzchni NMT Nachylenie Intensywność NMPT Ekspozycja Relief 47

Eksportowane obiekty wektorowe Punkty 48

Eksportowane obiekty wektorowe Warstwice 49

Demo 50

Poziomy zaawansowania licencji LP360 generowanie i eksport modeli wysokościowych (np. NMT NMPT) z użyciem linii nieciągłości terenu do formatów ASCII, Binary, Esri GRID, generowanie i eksport rastrowej mapy intensywności, nachylenia, ekspozycji, reliefu cieniowanego, generowanie i eksport warstwic wraz z opisami do pliku shp, dgn i dxf, opcja GIS Fusion drapowanie obrazów rastrowych na chmurę punktów i model TIN, tworzenie statystyk dla całej chmury punktów lub w zdefiniowanym poligonie, korzystanie z Toolbox LP360 (nadawanie układów współrzędnych, transformacja między układami, przesuwanie, przeskalowywanie chmury punktów), wykonywania seryjnych profili terenowych wzdłuż pollinii, kontrola wysokościowa i jakościowa chmury punktów, przetwarzanie wsadowe danych LiDAR (import i eksport chmury punktów, nadawanie numeru linii lotu, rozrzedzanie chmury punktów, tworzenie rastra gęstości chmury punktów, eksport statystyk). 51

Poziomy zaawansowania licencji LP360 Zawiera wszystkie dostępne narzędzia w oprogramowaniu LP360 Basic, a ponadto: interaktywna klasyfikacja chmury punktów, wektoryzacja linii nieciągłości terenu, klasyfikacja z użyciem warstw i obiektów GIS oraz nadawanie dwuwymiarowym plikom shp (x,y) trzeciego wymiaru (z) w oprogramowaniu, narzędzie przeklasyfikowywania chmury punktów. Zawiera wszystkie dostępne narzędzia w oprogramowaniu LP360 Standard, a ponadto: automatyczna klasyfikacja chmury punktów: - low point - szumy - grunt - klasyfikacja po wysokości - budynki, generowanie obrysów obiektów(domy, obszary leśne itp.), tworzenie makropoleceń ułatwiających automatyczne przetwarzanie chmury punktów, interaktywne okno podglądu ułatwiające decyzję odnośnie ustawień i parametrów zaplanowanego zadania. 52

LiDAR Server podstawowe informacje geoportal dla danych LiDAR pobieranie chmur punktów w formacie LAS generowanie NMT oraz warstwic zarządzanie terabajtami danych LiDAR wizualizacja chmury punktów LiDAR generowanie profili zgodność ze standardami OGC w zakresie usługi WMS narzędzie łatwe do wdrożenia 53

Style wyświetlania chmury punktów NMT NMPT NMPT zawierający informację o RGB NMPT zawierający informację o intensywności 54

Okno profilu wartości wysokości rzędnej Z linia profilu 55

LiDAR Server w ArcGIS 56

LiDAR Server w ArcGIS http://69.73.17.83/poland2? 57

Określanie obszarów zalewowych + 10 m + 15 m 58

Ile jest drzew w lesie? Detekcja drzew ndsm (0.5m) 59

After deleting of crowns with area < 7 sqm Ile jest drzew w lesie? Detekcja drzew 60

Klasyfikacja obiektowa (OBIA) zobrazowania satelitarne ndsm z danych LiDAR klasyfikacja 61

Klasyfikacja obiektowa (OBIA) przed poprawą granic lasu iglaste dojrzałe 15,9% łęgowe młode 0,8% łęgowe dojrzewające 1,2% łęgowe dojrzałe 0,4% po poprawie granic lasu z użyciem ndsm iglaste dojrzewające 53,4% liściaste dojrzewające 16,4% liściaste młode 3,5% liściaste dojrzałe 2,4% iglaste młode 6,4% 62

Klasyfikacja obiektowa (OBIA) D-stan liściasty D-stan iglasty 63

Modele struktury pionowej drzewostanu W y s o k o ś ć 25 22 19 16 13 10 7 4 1 0 50000 100000 150000 200000 250000 Liczba punktów 64

Analizy cech roślinności Procent przestrzeni wypełnionej przez rośliność (tzw. Filing ratio) Wskaźnik objętości wegetacji do powierzchni zajmowanej przez nią (tzw. Volume to Area) Objętości roślinności średniej i wysokiej do łącznej objętości zieleni i objętości zabudowy (Vegetation Volume to Built-up Volume) Źródło: Tompalski 2012 65

Analizy procesów geomorfologicznych Źródło: Stephen A. White, Yong Wang (2002) 66

Analizy terenu Topnienie Lodowców oraz zjawiska masowe Źródło: William H. Schulz, 2006 67

Odnawialne źródła energii Przydatność dachów budynków dla ogniw woltaicznych 68

Odnawialne źródła energii mapa widoczności farm wiatrowych 69

Dziękuję za uwagę Mateusz Maślanka QCoherent Product Manager mateusz.maslanka@progea.pl ProGea Consulting ul. Pachońskiego 9 31-223 Kraków tel.: 12 415 06 41 office@progea.pl www.progea.pl facebook.com/progea