Wykorzystanie chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego i produktów jego przetwarzania w gospodarce i administracji

Wykorzystanie chmury punktów z lotniczego skanowania laserowego i produktów jego przetwarzania w gospodarce i administracji 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 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 11

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. 12

Firma QCoherent http://www.qcoherent.com/ 13

Oprogramowanie Qcoherent 14

Rodzaje oprogramowania LP360 15

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. 16

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 17

Demo 18

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 19

Typy legendy Wysokość Klasa Intensywność Linia lotu Progi wysokości RGB 20

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

LiDAR a dane wektorowe 26

LiDAR a dane wektorowe 27

Wykonywanie profili terenowych 28

LiDAR a zobrazowania 29

Narzędzia QA/QC kontrola jakości 30

Narzędzia kontroli wysokościowej 31

Tworzenie statystyk dla chmury punktów 32

Tworzenie statystyk dla chmury punktów 33

LP360 toolbox 34

Digitalizacja linii nieciągłości terenu 35

LiDAR a dane wektorowe 36

Nadawanie pliką SHP trzeciego wymiaru 37

Narzędzia manualnej klasyfikacji 38

Narzędzia manualnej klasyfikacji

Klasyfikacja z użyciem plików SHP

Automatyzacja pracy

Automatyczna klasyfikacja chmury punktów

Generowanie obrysów dla chmury punktów

Demo

Narzędzia eksportu 45

Eksportowane modele powierzchni NMT Nachylenie Intensywność NMPT Ekspozycja Relief 46

Eksportowane obiekty wektorowe Punkty 47

Eksportowane obiekty wektorowe Warstwice 48

Demo 49

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). 50

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. 51

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 52

Style wyświetlania chmury punktów NMT NMPT NMPT zawierający informację o RGB NMPT zawierający informację o intensywności 53

Okno profilu wartości wysokości rzędnej Z linia profilu 54

LiDAR Server w ArcGIS 55

LiDAR Server w ArcGIS http://69.73.17.83/poland2? 56

Modelowanie 3D ALS point cloud Model NMPT 0.5m z zachowaniem lokalnych maksimów Widok 2,5 D Model NMPT 0.5m z zachowaniem maksimów i filtrem wygładzającym Modelowanie 3D Model DSM z zachowaniem maksimów i filtrem wygładzającym 57

Automatyczna Klasyfikacja OBIA Dane ALS (ang. Airborne Laser Scanning) skaner Riegl Q680, gęstość chmury punktów ALS 6 pkt/m 2 Przekrój przez chmurę punktów ALS Automatyczna wektoryzacja budynków _ = DSM = NMPT (Digital Surface Model) DTM = NMT (Digital Terrain Model) ndsm = znmpt (normalized Digital Surface Model) 58

Automatyczna Klasyfikacja OBIA cień na betonie i zabudowie roślinność inicjalna wody place, parkingi zabudowa niska zabudowa wysoka zieleń niska zieleń średniej wysokości zieleń wysoka Wyniki wstępnej klasyfikacji OBIA (bez wykorzystania modelu ndsm) Wyniki końcowej klasyfikacji OBIA (z wykorzystaniem modelu ndsm) 59

Planowanie przestrzenne Chmura punktów ALS z 2004 roku Chmura punktów ALS z 2007 roku Detekcja nowych budynków 60

Planowanie przestrzenne 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 61

Planowanie przestrzenne Analizy lokalizacji infrastruktura transportowa Źródło: Janus, Krężołek,Maślanka, Serwa 2009 62

Planowanie przestrzenne Mapy hałasu Źródło: Joon Hee Ko a, Seo Il Chang a,, Byung Chan Lee bi 2011 63

Kalkulacja podatków Podatek deszczowy 64

Zarządzanie Kryzysowe Określanie obszarów zalewowych + 10 m + 15 m 65

Zarządzanie Kryzysowe Określanie i monitoring obszarów zagrożonych osuwiskami Źródło: wikipedia.pl Źródło: William H. Schulz, 2006 66

Archeologia 67

Telekomunikacja i Energetyka Źródło: A. Kersting, J. Kersting, C. Filho, M. Müller 68

Odnawialne źródła energii Przydatność dachów budynków dla ogniw woltaicznych 69

Odnawialne źródła energii mapa widoczności farm wiatrowych 70

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