Šumarski list, Vol. 142 No. 11-12, 2018.
Izvorni znanstveni članak
https://doi.org/10.31298/sl.142.11-12.1
Nova automatska metoda za poboljšanje točnosti fotogrametrijskog DTM-a u šumama
Mateo Gašparović
; University of Zagreb, Faculty of Geodesy
Anita Simic Milas
; Bowling Green State University, School of Earth, Environment and Society, USA
Ante Seletković
; Faculty of Forestry University of Zagreb
Ivan Balenović
orcid.org/0000-0001-7422-753X
; Faculty of Forestry University of Zagreb
Sažetak
Digitalni model reljefa (DTM, engl. Digital Terrain Model) ima široku i važnu primjenu u mnogim djelatnostima, uključujući i šumarstvo. Međutim, precizno modeliranje terena, odnosno izrada DTM-a u šumama, bilo korištenjem terenskih metoda ili metoda daljinskih istraživanja, izazovan je i vrlo zahtjevan zadatak. U većini razvijenih zemalja svijeta, zračno lasersko skeniranje (ALS, engl. Airborne Laser Scanning) bazirano na LiDAR (engl. Light Detection and Ranging) tehnologiji trenutno predstavlja glavnu metodu za izradu DTM-a. Uslijed mogućnosti laserskog zračenja da penetrira kroz krošnje drveća, LiDAR tehnologija se pokazala kao efektivna i brza metoda za izradu DTM-a u šumskim područjima s vrlo velikom točnošću. Međutim, u mnogim zemljama svijeta, uključujući i Hrvatsku, zračno lasersko skeniranje nije u potpunosti provedeno, tj. samo su manji dijelovi zemlje pokriveni s podacima zračnog laserskog skeniranja. U tim slučajevima, DTM temeljen na stereo-fotogrametrijskoj izmjeri aerosnimaka potpomognut s terenskim podacima najčešće predstavlja glavni izvor informacija za izradu DTM-a. Poznato je da tako izrađen DTM u šumskim predjelima ima manju točnost od DTM-a dobivenog na temelju zračnog laserskog skeniranja zbog pokrivenosti terena vegetacijom. Također, u okviru nedavno provedenog istraživanja (Balenović i dr., 2018) utvrđeno je da takvi službeni fotogrametrijski digitalni podaci terena u šumskim predjelima sadrže određen broj tzv. grubih grešaka, koje mogu značajno utjecati na točnost izrađenog DTM-a. Nakon vizualnog detektiranja i manualnog uklanjanja tih pogrešaka, Balenović i dr. (2018) utvrdili su značajno poboljšanje točnosti fotogrametrijskog DTM-a.
Stoga je glavni cilj ovoga rada razviti automatsku metodu za detekciju i eliminaciju vertikalnih pogrešaka u fotogrametrijskim digitalnim podacima terena te na taj način poboljšati točnost fotogrametrijskog DTM-a u nizinskim šumskim područjima Hrvatske. Ideja je razviti brzu, jednostavnu i učinkovitu metodu koja će biti primjenjiva i za druga šumska područja sličnih karakteristika, a za koja ne postoje DTM dobiven zračnim laserskim skeniranjem.
Istraživanje je provedeno u nizinskim šumama na području gospodarske jedinice Jastrebarski lugovi, u neposrednoj blizini Jastrebarskog (Slika 1). Istraživanjem je obuhvaćena površina od 2.005,74 ha, na kojoj su u najvećoj mjeri zastupljene jednodobne sastojine hrasta lužnjaka (Quercus robur L.), a u manjoj mjeri jednodobne sastojine poljskog jasena (Fraxinus angustifolia L.) te jednodobne sastojine običnoga graba (Carpinus betulus L.). Nadmorska visina područja istraživanja kreće se u rasponu od 105 do 121 m.
Fotogrametrijski DTM (DTMPHM) je izrađen iz digitalnih vektorskih podataka terena (prijelomnice, linije oblika, markantne točke terena i pravokutne mreže visinskih točaka) nabavljenih iz Državne geodetske uprave (Slika 2). Ti podaci predstavljaju nacionalni standard i jedini su dostupni podaci za izradu DTM-a u Hrvatskoj. Detaljan opis vektorskih podataka dan je u radu Balenović i dr. (2018). Prvo je iz digitalnih terenskih podataka izrađena nepravilna mreža trokuta, koja je potom linearnom interpolacijom pretvorena u rasterski DTMPHM prostorne rezolucije (veličine piksela) 0,5 m. Automatska metoda za detekciju i eliminaciju vertikalnih pogrešaka fotogrametrijskog DTM-a u nizinskim šumskim područjima razvijena je u slobodnom programskom paketu Grass GIS (Slika 3). Kombinacijom vrijednosti nagiba i tangencijalne zakrivljenosti terena rasterskog DTMPHM (Slika 4), automatskom metodom su detektirane 91 grube greške (engl. outliers). Drugim riječima, utvrđeno je da 91 točkasti vektorski objekt pogrešno prikazuje stvarnu visinu terena. Navedeni broj čini 3,2 % od ukupnog broja točkastih objekata korištenih za izradu DTMPHM-a. Nakon eliminacije detektiranih pogrešaka izrađen je novi, korigirani fotogrametrijski DTM (DTMPHMc).
Za ocjenu vertikalne točnosti izvornog (DTMPHM) i korigiranog DTM-a (DTMPHMc) korišten je visoko precizni DTM dobiven zračnim laserskim skeniranjem (DTMLiD). U tu svrhu su izrađeni rasteri razlika između DTMPHM i DTMLiD, te između DTMPHMc i DTMLiD. Kako je preliminarnom analizom utvrđeno da vertikalne razlike između DTMPHM i DTMLiD nisu normalno distribuirane (Slika 5), za ocjenu točnosti su uz normalne mjere točnosti korištene i tzv. robusne mjere točnosti (Tablica 2). Dobiveni rezultati ukazuju na poboljšanje vertikalne točnosti fotogrametrijskog DTM-a primjenom razvijene automatske metode. To je posebice uočljivo na podpodručjima 2 i 3 (Slika 6 i 7) u kojima se nakon uklanjanja detektiranih grešaka, korijen srednje kvadratne pogreške (RMSE, engl. root mean square error) smanjio za 8 % odnosno 50 % (Tablica 2).
Na temelju dobivenih rezultata i usporedbe s DTMLiD, može se zaključiti da predložena metoda uspješno detektira i eliminira vertikalne pogreške fotogrametrijskog DTM-a u nizinskim šumskim područjima, te slijedom toga poboljšava njegovu vertikalnu točnost.
Ključne riječi
digitalni model reljefa (DTM); vertikalna točnost; LiDAR; nizinska šumska područja
Hrčak ID:
212745
URI
Datum izdavanja:
31.12.2018.
Posjeta: 2.511 *