56
1 PROJEKT TVORBY NOVÉHO VÝŠKOPISU ČESKÉ REPUBLIKY Mgr. Petr Dušánek ZÚ - zeměměřický odbor Pardubice ČESKÝ ÚŘAD ZEMĚMĚŘICKÝ A KATASTRÁLNÍ ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD
1
PROJEKT TVORBY NOVÉHO VÝŠKOPISU
ČESKÉ REPUBLIKY
Mgr. Petr Dušánek
ZÚ - zeměměřický odbor Pardubice
ČESKÝ ÚŘAD ZEMĚMĚŘICKÝ A KATASTRÁLNÍ
ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD
2
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
3
LITEMAPPER 6800
4
Litemapper 6800
• AeroControl
• GPS (NovaTel) • frekvence 2 Hz
• dvoupásmová anténa
• 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 • efektivní měření ¾
• nižší frekvence = vyšší energie = delší dosah
• Záznamové zařízení
5
Litemapper 6800
záznamové zařízení
Aero Control
skener LMS Q-680
IMU
6
POPIS POSTUPU ZPRACOVÁNÍ
7
PRACOVNÍ POSTUPY
plán letu
skenování
měření stanic
CZEPOS
preprocessing
uložení do DB
export pravidelných oblastí
Robustní filtrace
nejnižší bodu v oblasti 5x5 m
kontrola a editace
Interpolace DMR 4G
manuální editace
Tvorba DMR 5G
8
PŘEDLETOVÉ PŘÍPRAVY
9
Rajonizace území
2010/2011 2009/2010 2011/2012
10
Zpoždění projektu
2010/2011 2009/2010 2013
11
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
12
LLS bloky
13
Plánování letů
14
PREPROCESSING
15
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)
16
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
17
Poloha souřadnicových systémů
zdroj: www.igi-ccns.com
18
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)
19
Full-waveform data
zdroj: Riegl.com
20
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)
21
ROBUSTNÍ FILTRACE
22
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)
23
Robustní filtrace
Robustní filtrace – odstranění budov
24
Zředění mračna bodů, filtrace, interpolace
25
Zředění mračna bodů, filtrace, interpolace
26
Roztřídění bodů
27
Klasifikace mračna bodů
28
29
SOUČASNÝ STAV PROJEKTU
30
Současný stav (23.9.2013) – skenování
31
Současný stav (23.9.2012) – DMR4G
32
Současný stav (23.9.2013) – DMR5G
33
Současný stav (23.9.2012) v číslech
• Skenování
• Naskenováno • 77 475 km2
• 98.3 % ČR
• 100.0 % pásma střed
• 100.0 % pásma západ
• 95.3 % pásma východ
• Nalétáno • 940 letových hodin
• 640 hodin skenování
• 333 vzletů
• Data (v pásmu východ odhad) • 3 310 měřických pásů
• 105 mld. bodů (všechny odrazy včetně vysokých a nízkých chyb)
• DMR 4G • 54 500 km2
• DMR 5G • 34 037 km2
• Manuální kontrola • 38 107 km2
34
DIGITÁLNÍ MODEL RELIÉFU 4.
GENERACE
35
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 S-
JTSK/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
36
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
37
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
38
DIGITÁLNÍ MODEL RELIÉFU 5.
GENERACE
39
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 S-
JTSK/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
40
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
41
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
42
UKÁZKY
43
Vyrovnání měřických pásů
44
Mračno bodů – obarvení dle měřických pásů
hráz slapské přehrady
45
Mračno bodů – obarvení dle tříd
Terezín – malá pevnost
46
Mračno bodů – data pořízená 20.4.2010
47
Mračno bodů – data pořízená 4.5.2010
48
Mračno bodů – data pořízená 20.4.2010 vs. 4.5.2010
49
Rozdíl výšek mezi měřickými pásy (24.4. – 4.5.2010)
50
Rozdíl výšek mezi měřickými pásy
Sněžka, Obří důl
51
Hustota mračna bodů
soutok Vltavy a Berounky
52
Rozhraní listnatého a jehličnatého lesa (24.4.2010)
rozhraní katastru Černošic a Vonoklas
53
Intenzita odrazu
Kozí hřbety
54
Stínovaný model
zřícenina Levín
55
Stínovaný model
zřícenina Kozlov
56
DĚKUJI ZA POZORNOST
Mgr. Petr Dušánek
ČESKÝ ÚŘAD ZEMĚMĚŘICKÝ A KATASTRÁLNÍ
ZEMĚMĚŘICKÝ ÚŘAD
