[Maa-ameti geoportaal]  
  EST ENG
 Sisukaart  

Otsi
      
oota...

 Maa-amet
 

Aerolaserskaneerimise kõrguspunktid

Sissejuhatus

Aerolaserskaneerimine (ALS)  on meetod, mida kasutatakse õhusõidukilt tehtud LiDAR- mõõdistuste kirjeldamiseks. Aerolaserskaneerimine põhineb aja mõõtmisel, mis kulub laserimpulsil tee läbimiseks laserist maapinnani ja tagasi. Määrates skaneerimise ajal lennuki positsiooni maapealse GNSS-baasjaama suhtes kogu trajektoori vältel, saadakse lennuki täpne asukoht momendil, mil laserimpulss teele lähetati. Teades täpselt lennuki hetke asukohta (GNSS), asendit (IMU), impulsi lähetusnurka, impulsi kestust ja atmosfääri andmeid on võimalik välja arvutada laserpunkti peegelduse asukoht maapinnal. Maapinna peegeldustest moodustatud punktipilv on kõrgusandmestik, mis võimaldab teha topograafilisi, hüdroloogilisi jt analüüse.

 

ALS andmete iseloomustus

ALS on kaugseire meetod, mille puhul saadakse kõrgusandmed reaalselt kohal käimata. Sellest tulenevalt ei ole tulemused alati vigadevabad. Järgnevalt on kirjeldatud tekkida võivaid vigu:

Diskreetsuseset põhjustatud vead

Kasutades matemaatilisi algoritme on võimalik punktipilvest tuvastada eri nähtusi (maapind, taimestik jne). Kui on tegemist tiheda alustaimestikuga alaga, kus tagasipeegeldus ei ole saadud mitte maapinnalt, vaid alustaimestiku pealt, siis võib juhtuda, et alustaimestik lisatakse maapinna osaks.

Taimestikust põhjustatud vigu saab vähendada lennuaja valikuga. See peaks toimuma varakevadel, kui taimestik on tärkamata, või siis sügisel, kui taimestik on juba lamandunud. Praktikas on seda aga ilmastiku tõttu raske saavutada. Sellest lähtuvalt on raiesmikel ja lamandunud taimestiku korral vigade vältimine peaaegu võimatu.

Klassifitseerimise vead

Klassifitseerimisvigadeks saab lugeda klassifitseerimise algoritmidest põhjustatud vigu. Klassifitseerimisalgoritmid sisaldavad alati sisendparameetreid, mille järgi arvutatakse tulemus. Kasutatavad parameetrid on valitud empiiriliselt, mis peaks tagama parima tulemuse kogu ala kohta. Seega on paratamatu, et määratud sisendparameetrite piirväärtuste või neid ületavate väärtuste korral algoritm ei tööta sobivalt. Näiteks on Eesti maapind valdavalt lauge, kuid samas esineb tihti lokaalseid järske ning suhteliselt suuri kõrguse muutusi. Kasutades parameetreid, mis sobivad laugele maapinnale, jäävad lokaalsed järsakud korrektselt maapinnaks klassifitseerimata. Samas kui kasutada liigendatud maapinna parameetrid, võib saada lauge maapinna hulka haaratud ka ebaühtlane taimstik. Klassifitseerimisvigu saab reeglina parandada ainult käsitsi, kaasates lisamaterjali või siis kasutada piiratud alal teisi klassifitseerimisparameetreid. Maa-amet teostab ka punktipilvede manuaal-visuaalset korrigeerimist, kus vajadusel muudetakse automaatse tulemuse klassifikatsiooni. Rõhuasetus on selle käigus suunatud ainult maapinda kujutavate punktide õigele klassifikatsioonile. 

Kuna andmete kasutaja käsutuses on kõik punktid, siis saab kasutaja ise vajadusel iga punkti klassi muuta või valida välja punktid ainult teda huvitavast klassist.

Absoluutne plaaniline täpsus

Punktipilve plaaniline täpsus on otseses seoses lennukõrgusega. Ehkki laser genereerib koherentset signaali, on impulsi kuju siiski mingil määral koonus. Kui näiteks laserimpulss tabab objekti 3000 m kõrguselt, on selle läbimõõt ~ 80 cm. Seega asub registreeritud asukoht alas, mille läbimõõt on 80 cm. Sellest tulenevalt võib olla registreeritud peegelduse täpsus kuni pool peegeldusjälje läbimõõdust, lisanduvad asukoha määrangust põhjustatud vead. Plaanilist täpsust Maa-ameti ALS-i andmete puhul mõõdetud ei ole. Küll on kontrollitud andmete sobivust samaaegselt lennatud aerofotodest toodetud ortofotodega (mida on kasutatud ka värvikoodide lisamiseks). Fotodega võrdluse põhjal võib öelda, et suuri asukohavigu andmetes ei esine.

Absoluutne kõrguslik täpsus

Kõrgusliku komponendi viga saab mõõta kontrollpunktidega. Kontrollpunktide valikul tuleb silmas pidada, et peegelduspind ja mõõdetav pind oleks sama. Kontrolliks sobivad kõva kattega taimestikuta pinnad, mida on võimalik maa pealt mõõta. Kõrguslikud vead tekivad GNSS asukoha määrangust ning punktide asukohast lennuki suhtes. Kõige täpsem tulemus on lennuki nadiiris. Täpsus väheneb lennukist eemaldumisel, sest siis hakkavad mõjuma aina rohkem lennuki asendist ning kauguse mõõtmisest tingitud vead. Et vigu vähendada, leitakse lennuribade ülekattega aladel omavahelised hälbed ning hälbed tasandatakse minimaalseks. Seejärel kontrollitakse tulemust maa peal mõõdistatud kontrollpunktide suhtes. Saadud hälbed on võimalik tasandada kontrollpunktide suhtes minimaalseks.

Kuna kontrollitav maa-ala on väga suur, siis kasutatakse kontrollmõõdistuseks varianti, kus GNSS-seade on paigaldatud auto katusele, eelnevalt on mõõdetud vastuvõtuantenni kõrgus maapinnast. Kasutades Maa-ameti GNSS-püsijaamade võrku ESTPOS, mõõdistatakse sõitva auto asukoht RTK-GNSS-meetodiga. Salvestamine toimub automaatselt valdavalt iga 10 m järel. Auto kiirus hoitakse võimalikult ühtlane, reeglina 60-70 km/h. Salvestatakse ainult asukoht, mille algtundmatutel oli reaalaja lahend (fikseeritud tulemus) ning mille kvaliteedi standardhälve ei ületanud 7 cm. Hilisemasel tasandamisel kasutatakse kontrollpunkte, mille kvaliteedi standardhälve ei ületanud 3 cm. Kontrollmõõdistus teostatakse eelistatult kõva kattega teedel, kuid nende puudumisel kasutatakse ka kruusateid, harvem pinnasteid.

 

Teostatud mõõdistused

Aerolaserskaneerimise mõõdistuslende on teostatud alates 2008. aastast. Tervele Eestile ringi peale tegemiseks kulub 4 aastat (kevadised lennud). Järgnevalt on välja toodud detailsem info iga ringi kohta:

Kolmas ring, (2016)2017-2020

Aerolaserskaneerimise kolmanda ringi ALS-i lendude ajakava. Kevad tähendab kaardistuslendu, suvi metsandusliku otstarbega mõõdistuslendu.

Aerolaserskaneerimise  kolmandat ringi alustati 2016. aastal seadmega Leica ALS50-II. Kuna samal aastal hakkas Maa-amet kasutama uut aerokaamerat Leica ADS 100, siis tõusis ka sellel aastal lennukõrgus senise 2400 m pealt 3000 m peale saavutades 25 cm pikslilise (GSD 25cm) ortofoto. Sellest tulenevat muutus ka üle Eestilise kaardistuse tarbeks kogutav aerolaserskaneerimise punktipilv hõredamaks, sest varem lennati sama LiDAR seadmega madalamalt. Senise keskmise punktitiheduse 0,45 p/m2 asemel saadi 2016. aastal punktitiheduseks 0,15 p/m2.

Uus aerolaserskanner Riegl VQ-1560i

Alates 2017. aastast võttis Maa-amet kasutusele uue aerolaserskanneri Riegl VQ-1560i.  Tegemist on uue põlvkonna ALS-i seadmega, mis parandab tunduvalt punktitihedust ja andmete kvaliteeti.  

Riegl VQ-1560i töövoog  on järgmine :

Seoses uue aerolaserskanneri kasutuselevõtuga on muutunud ka lennuparameetrid. Tiheasustusalade puhul oli eesmärk saavutada aerolaserskaneerimise punktitihedus, mis võimaldaks hakata tegelema 3D mudelitega. Sellest lähtuvalt sai lennukõrguseks valitud 1200 m maapinnast, mis tagab keskmise punktitiheduse 18 p/m2 kohta. Üle-eestilise kaardistuse puhul tuli leida kõrgus, kust oleks optimaalne teha korraga nii aeropildistamist kui ka aerolaserskanneerimist. Antud kõrguseks sai 2600 m maapinnast eelkõige laseri pärast, tagamaks üle-eestilise punktitiheduse 2,1  p/m2  (vana laserskanneriga 0,45 p/m2). Samas kõikide projektide puhul ei ole kõrgusandmed esmaprioriteediga, vaid aeropilt. Näiteks kevadise 2000 m kõrguse lennu ja suvise metsandusliku lennu puhul on laserskanner teisejärguline, kuid kuna seade on niikuinii lennukis, kogub see siiski kõrgusinfot.

 

Lennukõrgus

1200 m

2000 m

2600 m

3100 m

 

(KEVAD)

(KEVAD)

(KEVAD)

(SUVI)

 

Lennu otstarve

Tiheasustusalade kaardistamine

Pildistuse prioriteediga kaardistamine

Üle-eestiline kaardistamine

Metsanduslik
kaardistamine

 
 

Keskmine punktitihedus

18 p/m²

3,5 p/m²

2,1 p/m²

0,8 p/m²

 

Keskmine punktivahe

0,26 m

0,64 m

0,72 m

1,64 m 

 

Impulsisagedus

2×1000 kHz

2×350 kHz

2×350 kHz

2×150 kHz

 

Lennukiirus

203 km/h

241 km/h

278 km/h

278 km/h

 

Laseri võimsus

100%

100%

100%

100%

 

ALS-i lennuprojektide parameetrid uue aerolaserskanneriga Riegl VQ-1560i.

Andmete levitamise formaadid ja kuju muutusid samuti alates 2017. aasta andmetest. Oluliseim muutus toimus klasside numbrites — punktipilvede klassifitseerimisel hakati lähtuma üldtunnustatud American Society for Photogrammetry and Remote Sensing  (ASPRS) LAS failide klassifitseerimise spetsifikatsioonist. Vesi on nüüd klassis 9 (varem  klass 14). Taimestiku esimesed ja keskmised peegeldused on klassis 5. Lisaks klassifitseeritakse maapinnast madalamal ja kõrgemal olevad müra punktid vastavalt klassi 7 või 18. Hõrendatud maapinnapunkte enam eraldi klassi ei panda, vaid lisatakse maapinnapunktile juurde „extra byte“ ehk ekstra bit, mis määrab, et tegu on maapinna iseloomuliku punktiga (keypoint).

Alates 2018. aasta andmetest: Samasuguse ekstra bitiga määratakse ka ülekattuvusala punkt. Tegu on kasutajatele uue asjaga, mida varem pole punktipilvedega kaasa antud. Sisuliselt on tegemist ülekattuvusalasse jääva nn topelt punktiga, mis on valdavalt teise lennuriba poolt juba üles mõõdetud. Samas teatud juhtudel võib antud punktist kasu olla. Näiteks järskude reljeefi muutuste korral lennuriba ääres, kus teatud ala võib jääda n-ö pimedasse nurka. Lisaks saab ülekattuvusala punktide abil hinnata ka lennuribade omavahelist kokkusobitamist ja vajadusel seda ka parandada. Andmete kasutamisel soovitame ülekattuvusala punktid välja jätta!

Lisaks klassifitseerimisele uuendati ka levitatava LAS-i faili formaadi versiooni. Seniselt 1.2 versioonilt mindi üle uuele LAS 1.4 punkti tüüp 8 versioonile. (Levituses on kokkupakitud LAZ formaat!) Muutus toimus osalt uue aerolaskanneri andmete rohkuse tõttu, kuid samas ka sooviga täiendada andmetes sisalduvat metainfot. Uus andmete levitusformaadi versioon  võimaldab muu hulgas ära kirjeldada kasutatud koordinaatsüsteemi (Euroopa kõrgussüsteemi tulekuga oluline info). Iga punkti kohta salvestatakse veel laseri kanali number ja täpne mõõdistuse kellaaeg „Adjusted GPS time“. Tegu on „GPS Standard time“-iga, millest on maha lahutatud 1x109 sekundit. See tähendab, et nüüdsest on kasutajal võimalik täpselt teada saada, millal on andmed mõõdistatud. Varasemalt oli ajana kasutusel „GPS week time“, mis oli mõõdistusnädalat teadmata üsna kasutu, kuna algas igal pühapäeval uuesti nullist. Uuendusena hakatakse aerolaserskaneerimise punktitele külge lisama ka värve. Täpsemalt RGB ja lähiinfrapuna kanaleid, mida hakatakse võtma Leica ADS100 abil toodetud lõplikult ortofotolt.

Seoses üleminekuga uuele Amsterdami nullist sõltuvale kõrgussüsteemile (EH2000), muutusid ka aerolaserskaneerimise andmete kõrgused. Kõik andmed (sh varasemate aastate andmed), on alates 1. jaanuarist 2018 uues kõrgussüsteemis.

Alates 2017. aastast levitatavate ALS-i andmete klassifikatsioon:

Klass

Iseloomustus

1

Klassifitseerimata punktid

2

Maapind

5

Multipeegeldusel tekkinud esimesed ja vahepeegeldused

6

Ehitised1

7

Anomaalsed maapinnast madalamad punktid

9

Veekogud2

17

Mitmetasandiliste ristmike teise tasandi maapinna punktid2

18

Anomaalselt kõrged punktid

keypoint bit

maapinna iseloomulikud punktid (plaaniline kaugus >20 või kõrgusvahemik +/-0,3)

overlap bit

Ülekattuvusala punkt3

1 Ehitised on automaatselt klassifitseeritud ning võib esineda klassifitseerimisvigu. Metsanduslikul lennul on hõreda punktipilve tõttu kasutatud ETAK-i ehitiste kontuure.

2 Klassifitseerimisel on kasutatud ETAK-i veekogude piire. Klassi on viidud ainult maapinna punktid (klass 2).

3 Alates 2018. aasta aerolaserskaneerimise andmetest.

Kolmanda ringi kõrguspunktide asukoht on arvutatud L-EST97 süsteemis. Punkti kõrgused on EH2000 süsteemi arvutatud kasutades geoidi mudelit EST-GEOID2017.

Teine ring, 2012-2015

Teine ring teostati aastatel 2012-2015, kus samuti iga aasta kevadel mõõdistati ligikaudu 13 000 km2. Lisandusid eraldi tiheasustusalade mõõdistuslennud, mille eesmärk oli saavutada suurem punktitihedus selles, et neid alasid paremini kaardistada. ALS-i teostati ka teisel ringil paralleelselt aeropildistamisega ehk samast hetkest on valdavalt olemas nii kõrgusandmed kui ka ortofoto. 

Aerolaserskaneerimise teise ringi mõõdistused on teostatud seadmega Leica ALS50-II.

Lennukõrgus

1300 m

2400 m

3800 m

Lennu otstarve

Tiheasustus alade kaardistamine

Üle Eestiline kaardistamine

Metsanduslik kaardistamine

Keskmine punktitihedus

2,3 p/m²

0,45 p/m²

0,14 p/m²

Maksimaalne punktivahe

1 m

2,5 m

3,9 m

Punkti diameeter maapinnal

0,33 m

0,54 m

0,86 m

 

Laserpunktide asukoht on arvutatud L-EST97 süsteemis. Punkti kõrgused on BK77 süsteemi arvutatud kasutades geoidi mudelit EST-GEOID2011.

Lisatud 01.01.2018: NB! Kuna kõrgussüsteem muutus 01.01.2018, transformeeriti kõrgusväärtused uude EH2000 süsteemi kasutades EST-GEOID2011 vahetust EST-GEOID2017-ga läbi ellipsoidile GRS80 taandamise. Kõik andmed, mis antakse välja peale 1. jaanuari 2018, on uues Euroopa kõrgussüsteemis.

 

Kõik punktipilved läbisid ka automaatse klassifitseerimise, kus algoritmi poolt omistati igale punktile klass, mis näitab, kas tegemist on maapinna või mõne muu nähtusega.

ALS-i teise ringi punktipilved on klassifitseeritud järgmiselt:


1 - klassifitseerimata
2 - maapind, mis ei sisaldu klassis 8
5 - esimesed ja keskmised peegeldused (valdavalt puistud)
6 - Eesti topograafia andmekogu (ETAK) ehitise ruumikujude sisse langevad punktid
7 - müra
8 - maapinna iseloomulikud punktid (plaaniline kaugus >20 või kõrgusvahemik +/-0,3)
9 (14)1- Eesti topograafia andmekogu (ETAK) veekogude ruumikujude sisse langevad algselt maapinnaks klassifitseeritud punktid)

1Seoses uuele, Euroopa kõrgussüsteemile üleminekuga 01.01.2018 viidi ka senine vett sümboliseeriv klass 14 uude klassi 9.

Klass 8 ehk maapinna iseloomulikud punktid on loodud programmide ja rakenduste jaoks, mis ei suuda või ei vaja täistihedaid maapinna punkte.

Tiheasustusalade puhul on klass 6 ehk hooned saadud kasutades nii hoonete klassifitseerimise algoritmi kui ka ETAK-i hoonete kujusid.

Lisaks automaatsele punktipilvede klassifitseerimisele teostati ka punktipilvede manuaal-visuaalset korrigeerimist, kus vajadusel muudeti automaatse tulemuse klassifikatsiooni. Selle käigus keskenduti ainult maapinda kujutavate punktide võimalikult õigele klassifikatsioonile.

  1. aastal klassifitseeriti Loode-Eesti samadel alustel nagu teine ring.

 

Esimene ring, 2008-2011

Aerolaserskaneerimise esimene ring teostati aastatel 2008-2011:

Laserpunktide asukohad on arvutatud L-EST97 süsteemis. Punktikõrgused on BK77 süsteemi arvutatud kasutades geoidi mudelit EST-GEOID2003 ja seda kuni aastani 2010. Aastal 2011 kasutati geoidi mudelit EST-GEOID2010.

Lisatud 01.01.2018: NB! Kuna kõrgussüsteem muutus 01.01.2018, transformeeriti kõrgusväärtused uude, EH2000 süsteemi kasutades EST-GEOID2011 vahetust EST-GEOID2017-ga läbi ellipsoidile GRS80 taandamise. Kõik andmed, mis antakse välja peale 1. jaanuari 2018 on uues, Euroopa kõrgussüsteemis.

 

Lennukõrgus

1300-1500 m

2400 m

3800 m

Lennu otstarve

Tiheasustus alade kaardistamine

Üle Eestiline kaardistamine

Metsanduslik kaardistamine

Keskmine punktitihedus

2,3 p/m²

0,45 p/m²

0,14 p/m²

 

Kõik punktipilved läbisid ka automaatse klassifitseerimise, kus algoritmi poolt omistati igale punktile teatud klass, mis näitab, kas tegemist on maapinna või mõne muu nähtusega. Lennukõrgusel 2400 m on laserpunktid automaatselt välja klassifitseeritud järgmiselt:


1 - klassifitseerimata
2 - maapind, mis ei sisaldu klassis 8
7 - müra
8 - maapinna hõrendatud punktid (plaaniline kaugus >20 või kõrgusvahemik +/-0,3)
9(14)1 - suuremate veekogude pind

1Seoses uue kõrgussüsteemile üleminekuga 01.01.2018 viidi ka seni levitamisel olnud vett sümboliseeriv klass 14 uude klassi 9.

Tiheasustusega aladel, lennukõrgusel 1300-1500 m lisandus klass 6 - ehitised.

 

Andmete levitamine

Alates 01.07.2018 muutusid aerolaserskaneerimise kõrguspunktid avaandmeteks ja on allalaetavad Maa-ameti avaandmete lehelt

Andmete suure mahu tõttu levitatakse andmeid valmislõigatud 1:2000 Eesti põhikaardi lehtede kaupa. Iga selline leht hõlmab ühe ruutkilomeetri suuruse ala. Andmete levitusformaat on LAZ 1.4 ning kõik peale 1. jaanuari 2018 välja antavad kõrguspunktid on uues EH2000 kõrgussüsteemis.

Lisainfo: Erkko Grünthal

 
 
 
 
_