Stosowanie wybranych metod generowania regularnych modeli terenu z lotniczego skaningu laserowego do badań środowiskowych

The accuracy of models representing the shape of the land surface is important in environmental studies. Accurate model can be used to detect even small changes in the landform and landuse, as well as to develop a spatial model of water and soil pollution. Due to the fact that environmental studies are carried out on diversified areas in terms of landuse, this study indicated the appropriate methods for generating Digital Terrain Model (DTM) and Digital Surface Model (DSM). Both of them can be used in processes and analyzes research. Those analyzes mainly take into account the formation of the Earth’s surface in the context of hydrological, geomorphological and biological modeling. The example of practical use of hydrological modeling is a ISOK project, which goal is to reduce the danger and minimize losses caused by the floods. The main aim of this study was to select the appropriate method of generating regular models from airborne laser scanning. The data on which analysis was performed, were obtained for the area of Cracow city within the project ISOK. To achieve this goal, four methods available in ArcGIS, were selected: nearest neighbour, inverse distance weighted, triangulation with linear interpolation and triangulation with natural neighbour interpolation. Additionally several different sizes of the cell of regular model were selected: 0.125, 0.25, 0.5, 1, 2.5, 5 m. Each generated model has been studied in terms of a accuracy (Gaussian statistical model was used). Firstly the analysis was made for digital terrain model and digital surface model for one archive module of point cloud. For this stage, 48 models were generated. After that, the area of analysis was expanded. Because of similar results obtained by both triangulations methods in the first stage, only the method of triangulation with linear interpolation was studied. In the second stage of research, 54 models were generated for other archive modules of point cloud. The results of the two stages were compatible. It has been noticed that the nearest neighbour method is the most accurate for generating Digital Surface Models.

Dokładność modeli reprezentujących ukształtowanie powierzchni terenu jest istotna w badaniach środowiska. Poprawnie wykonane modele mogą być wykorzystane do wykrywania nawet niewielkich zmian w ukształtowaniu i zagospodarowaniu terenu, a także do opracowania modelu przestrzennego zanieczyszczeń wód oraz gleby. Ze względu na to, że badania nad środowiskiem prowadzone są na obszarach zróżnicowanych pod kątem zagospodarowania terenu, w niniejszej pracy wskazano odpowiednie metody generowania Numerycznych Modeli Terenu (NMT) i Numerycznych Modeli Pokrycia Terenu (NMPT). Dane, na których wykonano analizy, były pozyskane dla obszaru miasta Kraków w ramach projektu ISOK. Aby osiągnąć założony cel, wybrano cztery metody dostępne w oprogramowaniu ArcGIS: najbliższego sąsiada, wagowanej odwrotnej odległości, triangulacji z metodą interpolacji liniowej i naturalnego sąsiada. Wybrano także kilka różnych rozmiarów oczek siatki modelu (0,125 m, 0,25 m, 0,5 m, 1 m, 2,5 m, 5 m). Każdy wykonany model został poddany analizom dokładnościowym - zastosowano model Gaussa. W pierwszym etapie badań wygenerowano 48 modeli dla arkusza chmury punktów zawierającego zróżnicowane klasy pokrycia terenu. W drugim wykonano dodatkowo 54 modele dla pozostałych badanych arkuszy. Wyniki obu etapów prac były ze sobą zgodne. Stwierdzono, że metoda najbliższego sąsiada jest najbardziej dokładna w przypadku generowania modeli NMPT. Natomiast w przypadku NMT badania nie wskazały jednoznacznie najlepszej metody interpolacji danych wysokościowych terenu.