Jak pozyskać dane LIDAR do przygotowania map do imprez na orientację

Przykładowe przetworzenie danych LIDAR

Nie jestem uczonym geodetą, kartografem i nie jestem również żadną inną postacią, które profesjonalnie zajmują się odwzorowywaniem terenu. Dlatego niniejszy materiał nie ma ambicji uczenia kogokolwiek czegokolwiek, ani tym bardziej pouczania… Po prostu od jakiegoś czasu wykorzystuję możliwość pozyskania za niewielką opłatą bardzo interesujących danych na potrzeby przygotowywania map do marszów na orientację. A to, że wykorzystaliśmy takie mapy na naszej rundzie Pucharu Polski w Marszach na Orientację (7 Tropy Żubra), stanowi dodatkowy impuls dla mnie do napisania, a dla Ciebie do uważnego przeczytania tego materiału. Ważne jest również to, że w mojej propozycji, poza płatnymi materiałami fotogrametrycznymi, reszta użytkowanego przeze mnie oprogramowania, o którym będę pisał, nie wymaga uiszczania żadnych opłat. Zdaję sobie sprawę, że są z pewnością lepsze programy do obróbki tego typu danych, ale mnie na nie z pewnością nie stać. Oczywiście, jeśli ktoś chciałby podzielić się swoimi doświadczeniami w zakresie pozyskiwania, obrabiania i wykorzystania danych fotogrametrycznych w orientacji – to zapraszam do opublikowania tych informacji (kontakt: admin@pucharino.slask.pl).
________________________________________
Pozyskanie danych LIDAR.
________________________________________
Wprowadzenie
Muszę zacząć od przedstawienie kilku istotnych definicji. LIDAR (Light Detection and Ranging) – jest techniką laserową umożliwiającą, najogólniej rzecz ujmując, numeryczne odwzorowanie elementów w przestrzeni trójwymiarowej. Technika LIDAR jest też wykorzystywana do sporządzania numerycznego modelu terenu. W skrócie wygląda to tak, że wyposażony w odpowiednie urządzenia laserowe samolot przelatuje nad skanowanym obszarem, mierząc różnicę między laserowym sygnałem wysyłam i odbiciem tego sygnału. Namiar satelitarny rejestruje bardzo dokładnie pozycję samolotu. W efekcie, po odpowiednim przeliczeniu danych pomiarowych, uzyskujemy dane o dokładnych współrzędnych punktów tzw. „canopy” (baldachimu - górnej warstwy roślinności), punktów zlokalizowanych na powierzchni terenu oraz szereg innych danych, które też można wykorzystać dla naszych celów, których nie będę opisywał, życząc wszystkim dobrej zabawy w ich odkrywaniu.
Reasumując, gdy mamy w planach przeprowadzenie marszów na orientację, to po prostu zamawiamy odpowiednio wyposażony samolot, który wykona dla nas skaning laserowy interesującego terenu, i już.
Powyższe wydaje się możliwe, ma tylko jedną wadę – cena. Ponieważ nie próbowałem tego robić w opisany powyżej sposób, to nie wiem, jaka ta cena faktycznie jest. Jedno o niej wiem z pewnością – jest nie do przyjęcia dla skromnych budżetów naszej niszowej zabawy.
________________________________________
Pozyskiwanie danych numerycznych
Naprzeciw naszym oczekiwaniom – dobre dane za niewielką opłatą – wychodzi Informatyczny System Osłony Kraju (ISOK). System ten został powołany do życia w celu zapewnienia organizatorom różnego rodzaju zawodów na orientację materiałów kartograficznych o wysokiej dokładności. Poza wymienionym głównym celem istnienia projektu ISOK, ma on dodatkowo zapewnić efektywny systemu osłony kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami oraz ich skutkami ekonomicznymi oraz społecznymi. W tym zakresie szczególne znaczenie ma poprawa skuteczności zarządzania ryzykiem powodziowym. W ramach ISOK około 2/3 obszaru kraju zostało pokryte skaningiem laserowym. Dane pochodzące z ISOK dostępne są w zasobach Centralnego Ośrodku Dokumentacji Kartograficznej i Geodezyjnej, i z tego miejsca można je pozyskać.
W ogóle w zasobach CODKiG dostępny jest szereg interesujących nas danych: Numeryczny Model Terenu (NMT), Numeryczny Model Pokrycia Terenu (NMPT) oraz Dane Pomiarowe NMT i NMPT. Dane te wykonana są na podstawie zdjęć lotniczych, skaningu lotniczego oraz map topograficznych. Nawet gdyby to nic Ci w tej chwili nie mówiło, to bardzo istotna jest informacja, że wszystkie dane wysokościowe przygotowane są w układzie współrzędnych płaskich prostokątnych „1992”. Pośród całkiem sporej liczby możliwych formatów danych dla nas najistotniejszy będzie format (.LAS) zawierający dane chmury punktów pochodzącą z lotniczego skaningu laserowego (LIDAR), zapisane zgodnie ze standardem 1.2 opublikowanym w 2008 roku przez ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing).
Poza podstawowymi współrzędnymi określającymi położenie (x, y, z) dane obejmują również informacje o klasie danego punktu, o intensywności odbicia w trzech zakresach widzialnej części promieniowania elektromagnetycznego, odpowiadających barwom niebieskiej, zielonej i czerwonej (wartości RGB), pozyskanych ze zdjęć lotniczych. Poniżej dla informacji (i późniejszego wykorzystania) klasy punktów zgodnie z przyjętym formatem 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;
7. szum,
8. punkty reprezentujące obszary pod wodami.
Lotniczy skaning laserowy wykonany został w ramach ISOK w dwóch standardach: Standard II dla obszarów miejskich oraz Standard I dla pozostałych obszarów.
Poniżej podaję sposób na samodzielne sprawdzenie oraz określenie godła mapy dla interesujących nas obszarów. Korzystamy z geoportalu ale z jego starszej wersji. Wybieramy interesujący nas obszar. Ja zazwyczaj stosuję w tym celu widok rastra w skali 1:20000. Po wybraniu obszaru definiujemy źródło danych o dostępnych obszarach ISOK za pomocą przycisk Zdefiniuj źródło danych (w górnym menu).
Następnie klikamy przycisk WMS (bo o tego typu dane nam chodzi w tej chwili) i przewijamy dostępne źródła danych o charakterze rastrowym do interesującej nas pozycji.


Po wybraniu „Geoportal – ISOK – zasięg produktów” naciskamy przycisk „Rejestruj”. W bocznym polu po chwili pojawi się nowa pozycja, która po rozwinięciu pokaże nam różne dostępne opcje prezentacji danych.

Niestety, jak zapewnie zauważyłeś, teraz zmieniła się też zawartość głównego ekranu. Znajdują się tam co prawda godła interesujących nas fragmentów map, ale nie widać, które fragmenty terenu obejmują. Proponuję zapisać dokładnie te godła, a następnie poprawić komfort oglądania, ustawiając odpowiednio opcje przezroczystości i włączając/wyłączając prezentację rodzajów danych w warstwie „Zasięg produktów ISOK”.

Godła mapy podane są dla skali 1:5000. Jak wcześniej wspomniałem, dane numeryczne wykonane są w dwóch standardach. W Standardzie 1 gęstość punktów pomiarowych wynosi 4 na 1 m2. Arkusze danych numerycznych przygotowanych w tym standardzie są w skali 1:2500, natomiast dla Standardu II gęstość punktów pomiarowych wynosi 12 na 1 m2, godło odpowiada skali 1:1250. Należy o tym pamiętać przy zamawianiu materiałów w CODKiG.

Gdy mamy już przygotowane dane do zamówienia należy przejść na stronę Centralnego Ośrodku Dokumentacji Kartograficznej i Geodezyjnej, pobrać i wypełnić znajdujący się tam formularz o wydanie materiałów fotogrametrycznych. W 2013 roku żeby uruchomić proces realizacji zamówienia można było przesłać skan wypełnionego i podpisanego formularza. Od stycznia 2014 się poprawiło, w związku z tym należy przesłać oryginał formularza (chyba że ktoś posiada zarejestrowany podpis elektroniczny). Z CODKiG po pewnym czasie otrzymamy fakturę proforma na adres e-mail podany w formularzu. Po dokonaniu zapłaty zostanie wysłany nośnik z danymi. W REALU czas od zamówienia do otrzymania materiałów to 2 tygodnie. Można go skrócić, składając pismo osobiście w CODKiG, odbierając materiały osobiście lub korzystając z kuriera. Ponieważ tych wariantów nie przerabiałem osobiście, więc ich nie opisuję.
Średnia wielkość pojedynczych plików z danymi .LAS w standardzie II wynosi ok. 200MB, a w standardzie I ok. 400MB. Koszt jednego pliku to 20 PLN. Do tego dojdą jeszcze koszty przygotowania nośnika z danymi oraz koszty przesyłki – nie są one jednak wysokie (za płytę ok. 4zł, wysyłka ok. 7zł). W kolejnej części pokażę metody obróbki i możliwości wykorzystania laserowej chmury punktów.
Kategoria:

Komentarze

Czas szybko płynie i wiele rzeczy się zmienia. Nie zawsze na lepsze... W tzw. międzyczasie starsza wersja geoportalu została wyłączona, a w nowej, dostępnej, sporo się zmieniło, jeśli chodzi o wygląd i obsługe dostępnych opcji. Pracuję nad aktualizacją artykułu w zakresie sposobu sprawdzania godła interesującego nas fragmentu LIDAR. Mam nadzieję, że wkrótce zamieszczę szczegółową instrukcję, jak poradzić sobie w nowym geoportalu.