Infoblad no 14, Flygburen laserskanning - Lantmäteriet

Ny Nationell HöjdmodellINFOBLAD n:o 14 Flygburen laserskanningBakgrundDetta infoblad är i huvudsak tänkt att kompletterainfoblad n:o 13 ”Ny nationell höjdmodell”.Flygburen laserskanning har visat sig vara ett såväl produktions-som kostnadseffektivt alternativ till traditionellfotogrammetrisk datainsamling av höjdmodeller. Lantmäteriethar därför beslutat att produktionen av en ”nynationell höjdmodell” skall baseras på laserskanning.Tekniken är, i sammanhanget, relativt ny varför svensklitteratur i stort sett är obefintlig. Det finns således skältill en kort introduktion i ämnet flygburen laserskanning.Hur fungerar flygburenlaserskanning?Vid flygburen laserskanning mäts avstånd från flygplaneteller helikoptern till olika objekt på marken. Detta skergenom att skicka ut en puls, en smal stråle ljus, och sedanregistrera tidsintervallet till pulsens retur till sensorn. Dåman känner ljusets hastighet är det möjligt att räkna utavståndet till objekt på marken. För att veta var på markenljuset reflekterades måste man veta varifrån och i vilkenriktning pulsen sändes ut. Detta görs genom attmäta sensorns orientering i luften med hjälp av satellitpositionering(GNSS) och tröghetsnavigering, figur 1.För att sprida mätningarna och täcka ett större områdekan man antingen använda sig av flera sensorer som mäteri olika riktningar eller av en rörlig spegel som spridermätningarna från en sensor.Mätning med laserskanning ger hög precision, d.v.s.lokalt hög noggrannhet. Eftersom flygplanet är i ständigrörelse krävs kontinuerliga mätningar av dess position föratt möjliggöra orientering mot markytan, motsvarandeabsolutorientering inom fotogrammetrin. Flygplanetsposition registreras med jämna intervall m.h.a. GPSutrustning.Dessa diskreta mätningar ger dock bara underlagför bestämning av flygplanets position, därförmåste även förutsättningar för beskrivning av flygplanetsrotation ges. Som komplement till den GPS-mätta positionenanvänds ett tröghetssystem (IMU) för kontinuerligbestämning av rotationerna.Fotpunkt: Fotpunkten är storleken på laserpulsens utbredning,diameter, när den träffar marken. Ju större fotpunktenblir desto svårare blir det att tolka vad mätningenverkligen redovisar. Speciellt känsligt är detta iområden med stora höjdvariationer — t.ex. vegetation ochbyggnader. Diametern påverkas bl.a. av flyghöjden.Öppningsvinkel och svepbredd: Det finns möjligheteratt variera svepbredden. Vissa system ger möjlighet attregistrera med vinklar på ca. ±40º vilka naturligt gerstörre täckning. Även i detta fall finns det dock negativaeffekter. Det blir svårare att uppnå tillräckligt med träffarpå markytan i skogbeklädda områden.Reflektioner: I sensorn bestäms även intensiteten i varjeåterkommande laserpuls. Denna information är till sinnatur det närmaste man kan komma ett ”sant” ortofotoeftersom registreringen sker i tre dimensioner. Dock ärdet inte en optisk registrering som kan användas påmotsvarande sätt som vid traditionell bildtolkning.Registreringen sker endast i ett våglängdsområde, närainfraröd.Den innehåller dock så pass mycket informationatt det lämpar sig att tolka vissa objekt, bl.a. skogsbilvägar.Punkttäthet: Tillsammans med lägesnoggrannheten ärdetta den mest betydande parametern vid flygburenlaserskanning. Svepbredden ± 15º skapar förutsättningarför god ”insyn” mot marken även i skogbeklädda områden.Effekten av varierande punkttäthet visas i figurerna2 och 3. Svepfrekvensen koordineras till svepbredd ochlaserfrekvens för att distributionen av mätningar skall bliså jämnt fördelad som möjligt.Figur 1: Principskiss över flygburen laserskanning.Figur 2: Punkttätheten minskar påtagligt i skogbekläddaområden. Minskad täthet medför sämre förutsättningarför höjdmodellering. Svarta områden representerar ingeneller mycket svag returnerad signal till sensorn.Figur 3: Låg intensitet på lasersignalen inverkar menligtpå antalet registrerade punkter. Den vänstra bilden innehållerdata från 2000 meters flyghöjd. Den högra bildenhar kompletterats med data från 1000 meters flyghöjd, irött.

Vilken bearbetning krävs avlaserdata?Geometrisk korrigering inkluderar metoder för att förbättraorienteringen. Samtidigt är det möjligt att kontrollerakvaliteten i orienteringsdata. Den optimala kvalitetskontrollenär att utvärdera laserdata mot inmättaobjekt på marken. Det är dock inte ekonomiskt försvarbartatt kontrollera varje laserstråk på detta sätt. Iställetkan man mäta avvikelser mellan överlappande stråk föratt bestämma och kompensera för kvarvarande fel. Slutligenkan ett begränsat antal stödpunkter användas föratt passa in blocket till markytan i plan och höjd.Filtrering/Klassificering sker när laserdata är geometrisktkontrollerade och korrigerade för systematiska lägesfel.Vanligast är att laserdata vidarebearbetas till en höjdmodell.Alla objekt som inte anses tillhöra markytan(hus, vegetation m.m.) filtreras bort. De laserpunktersom filtrerats bort kan sedan klassificeras till exempelvishus eller broar, figur 4. Vid markfiltrering utnyttjar manofta det faktum att marken är en kontinuerlig yta somligger under vegetation, hus och andra objekt.SekretessLantmäteriet skall granska laserskannade data utifrån vadsom står i lagen (1993:1742) om skydd för landskapsinformation.Spridning beskrivs i 6§ ”Flygbilder och liknanderegistreringar från luftfartyg ... får inte spridasutan tillstånd av regeringen eller den myndighet somregeringen bestämmer.” Vidare i Förordningen (1993:1745) om skydd för landskapsinformation står det underTillstånd för spridning 9§ ”Försvarsmakten, Lantmäteriverketoch Sjöfartsverket får sprida flygbilder och liknanderegistreringar från luftfartyg ...” Detta innebäralltså att Lantmäteriet måste ha samma hantering somför flygbilder. Eftersom produktionsflödet för laserskannadedata ännu inte fastlagts är det heller inte beslutathur Lantmäteriets granskning, som utförs av Lantmäterietsfunktion för Informationsservice (ILSI), skallgenomföras. Frågan om spridningstillstånd för övrigaproducenter av laserskannade data skall prövas av Försvarsmakten.ReferenserTalts, J., 2003. Test av laserscanning för en ny nationellhöjddatabas.Klang, D. och Burman, H., 2006. En ny svensk höjdmodell— Laserskanning, Testprojekt Falun. LMVrapport2006:3.Mer information kan fås via e-post: hojddata@lm.seFigur 4. Resultat från markfiltrering, där markklassadepunkter är ljusbruna. Laserpulserna klassificeras däreftersom bl.a. vegetation (grön)och byggnader (röd).KvalitetOftast bestäms mätnoggrannheten som medelfel i planoch höjd. Vid framställning av höjdmodeller tillkommerytterligare en aspekt, mätningarnas inbördes avstånd.Produktion av laserdata och höjdmodeller bör såledeskompletteras med en ”lokal” inventering av punkttätheten.I tabell 1 redovisas resultatet från en av Lantmäterietsstudier i Falun, flyghöjd 2000 meter.Tabell 1. Olika komponenters tillskott till det totalamedelfelet (meter) i höjdmodellen. Tätheten och xy harsimulerats med erfarenhet från denna och liknande studier.Typ xy H Täthet TotaltÖppen 0.07 0.09 0.26 0.28Skog 0.07 0.09 0.36 0.38Denna serie av Infoblad avser att ge information medanledning av övergång till enhetligt geodetiskt referenssystem.För ytterligare information: http://www.lantmateriet.se/refsys2009 07 10