Kvalitetsundersøkelse av laserdata til digitale terrengmodeller

Abstract

The main goal of the thesis is to investigate accuracy, completeness and usability using different methods of laser scanning. These methods are laser scanning from car, airplane and helicopter. Based on the collected data, we will investigate the difference between varying types of vegetation and terrain. Laser data has been collected from four sub areas along the Valebøveien outside of Skien in Telemark. In these areas, we have done measurements with total station, which will be compared with the results from the scanning. Each of the four areas have varying types of vegetation and terrain which will affect the laser’s ability to reach the terrain surface. These methods are compared by looking at height deviation between measurements and the generated TIN-model. Further we did a statistical analysis and calculated mean, standard deviation and RMS. These results are then compared to accuracy requirements in the standards FKB-laser and Geodatakvalitet. The results we have received in the thesis shows that car and helicopter delivers the most precise laser data. Aircraft get slightly worse accuracy, but the results are still satisfying. Car, airplane and helicopter each have their advantages and disadvantages. Car is well suited close to the road, but the point density gets worse further away from the scanner. Airborne laser scanning covers larger areas faster than helicopter and car, but has lower point density since the distance down to the terrain creates a larger footprint. The completeness analysis we performed is giving us a percentage of what the models have covered. Helicopter covers large parts of the areas, and medium and high vegetation doesn’t affect the accuracy of the generated model. Car produces solid models within the range limit of the laser. The Airplane has problems with scattered, medium and high vegetation. This will affect the model to the extent that it does not cover the area as well as the other two methods. Our results show that time of the year affects the accuracy. Aircraft scanning was performed in the summer, while car and helicopter scan was performed out in the fall. This has affected the result, since the summer months consists of closer vegetation than in the fall.

Denne masteroppgaven har som hovedmål å undersøke nøyaktighet, fullstendighet og anvendelighet til data fanget med forskjellig metoder. Disse metodene er laserskanning fra bil, fly og helikopter. Basert på innsamlede data ønsker vi å si noe om forskjeller ved ulike metoder og underlag. Laserdata har blitt samlet fra fire delområder langs Valebøveien utenfor Skien i Telemark. I disse områdene har vi utført en fasitmåling med totalstasjon som skal sammenlignes med resultatene fra skanningene. Hvert av de fire områdene har varierende typer av vegetasjon og terreng som vil påvirke laserens evne til å treffe terrenget. Vi har sammenlignet disse metodene med å se på høydeavviket mellom fasitmålingene og den genererte TIN-modellen for hver metode. Deretter har vi gjort en statistisk analyse og beregnet gjennomsnitt, standardavvik og RMS som vi har sammenlignet mot nøyaktighetskrav i standardene FKB-Laser og Geodatakvalitet. Vi har også gjort en undersøkelse på hvor fullstendig og dekkende modellene er i hvert av de fire områdene for hver metode. Resultatene vi har fått i oppgaven viser oss at bil og helikopter leverer de mest nøyaktige laserdataene. Fly får noe dårligere nøyaktighet, men det er fortsatt gode resultater. Bil, fly og helikopter har hver sine fordeler og ulemper. Bil egner seg godt nærme veien, men punkttettheten blir dårligere når avstanden fra skanneren blir lenger. Fly dekker større områder raskere enn både helikopter og bil, men har lavere punktetthet ettersom avstanden ned til terrenget skaper et større fotavtrykk. Fullstendighetsanalysen vi utførte gir oss en prosentandel av det totale arealet innenfor hvert område som modellene har dekket. Helikopter dekker store deler av områdene, og har ikke store problemer med å treffe terrenget i middels og høy vegetasjon. Bil får heldekkende modeller innenfor rekkevidden sin. Fly har problemer med spredt, middels og høy vegetasjon. Dette gjør at modellen ikke dekker området like godt som de to andre metodene. Resultatene våre viser også at tidspunkt for skanning har noe å si for nøyaktigheten. Flyskanningen ble utført på sommerhalvåret, mens bil og helikopter skanningen ble utført på høsten. Dette har preget resultatet, siden det er tettere vegetasjon på sommeren enn på høsten.