Αρχές λειτουργίας εναέριων σαρωτών LiDAR και εφαρμογές τους στην παραγωγή φωτογραμμετρικών προϊόντων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την ενασχόληση με το αντικείμενο των εναέριων σαρωτών LiDAR. Σκοπός της είναι αφενός να επιδείξει την χρησιμότητα των δεδομένων της εναέριας σάρωσης για παραγωγή φωτογραμμετρικών προϊόντων, και αφετέρου να προσθέσει στην ελληνόγλωσση βιβλιογραφία, η οποία αφορά τα συστήματα LiDAR και η οποία είναι ιδιαίτερα περιορισμένη. Αναπτύσσεται η τεχνολογία των συστημάτων LiDAR, καθώς και οι βασικές αρχές που διέπουν την λειτουργία τους, ενώ στη συνέχεια πραγματοποιείται μια επισκόπηση των δεδομένων που παράγουν, του τρόπου ελέγχου τους από τους τελικούς χρήστες, καθώς και του τρόπου εκμετάλλευσής τους. Τελικώς, πραγματοποιούνται και αξιολογούνται μια σειρά από εφαρμογές με τα παράγωγα από τα συστήματα αυτά νέφη σημείων, οι οποίες περιλαμβάνουν:

 Εξαγωγή ψηφιακού μοντέλου επιφανείας (DSM) και φιλτράρισμα του νέφους σημείων για την παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DTM) της περιοχής εργασίας.

 Συνένωση νέφους σημείων με αεροφωτογραφίες, τεχνική που ονομάζεται διεθνώς Data Fusion (ή Data Integration ή Data Merging), για παραγωγή ψηφιακής ορθοφωτογραφίας με φωτοσταθερά σημεία τα οποία εξάγονται από το ψηφιακό μοντέλο επιφανείας και ταυτόχρονη χρήση του για τη διαδικασία της ορθοαναγωγής.

Παράλληλα, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται και στην τυποποίηση των διαδικασιών, μέσα από τις οποίες μπορεί να πραγματοποιείται η αρχική προετοιμασία και επεξεργασία των δεδομένων της σάρωσης, ανεξάρτητα από το τελικό προϊόν που χρειάζεται να παραχθεί. Η διαδικασία αυτή, αφορά τις απαραίτητες, από το χρήστη, ενέργειες οι οποίες ξεκινούν με την παράδοση των δεδομένων από τον παροχέα και αποσκοπούν τόσο στον έλεγχο ακρίβειας των δεδομένων, όσο και στην αποτελεσματική εκμετάλλευση αυτών.

Μέσα από τις παραπάνω εφαρμογές, σκοπός είναι να αναδειχθεί η χρησιμότητα και η ευελιξία που τα νέφη σημείων δύναται να παρέχουν όσον αφορά την παραγωγή προϊόντων, τόσο για την υποστήριξη της φωτογραμμετρικής διαδικασίας, όσο και για την παραγωγή υποβάθρων για ένα μεγάλο εύρος εργασιών, ενώ ταυτόχρονα πραγματοποιείται σημαντική οικονομία χρόνου και μέσων. Έτσι, με τη χρήση των σύγχρονων αυτών δεδομένων, δίνεται η δυνατότητα της αναθεώρησης η και αναδιάρθρωσης των κλασικών φωτογραμμετρικών διαδικασιών από τις οποίες έως σήμερα παράγονται τα διάφορα χαρτογραφικά προϊόντα, ενώ ταυτόχρονα ανοίγεται και ο δρόμος για την παραγωγή νέων ποιο ευέλικτων προϊόντων.

This Diploma Thesis is dealing with the subject of airborne laser scanners LiDAR. Its purpose is to demonstrate the usefulness of the air scan data for the purposes of photogrammetric data production and also add to the Greek language literature concerning LiDAR systems, which is particularly limited. An overview of the technology of LiDAR systems, as well as the basic principles concerning their operation is been given, along with a review of the data they produce as well as the ways that end users can control and manipulate these data. Finally a number of applications, from the derivatives point clouds of these systems, is been developed and assessed which include:

 Export of the digital surface model (DSM), and point cloud filtering in order to produce the digital terrain model (DTM) of the study area.

 Coalescence of point cloud with aerial images, a technique which is known internationally as Data Fusion (or Data Integration or Data Merging), for production of a digital orthophoto with Control Points which are extracted from the digital surface model, as well as use of this surface model for orthorectification. Simultaneously, this work focuses on the standardization of the processes through which the initial preparation and processing of the scan data can be carried out, regardless of the final derivatives that are intended to be produced. This process, is about the necessary actions that need to be performed by the end user, which begin with the delivery of the scan data from the provider, and are intended for the data’s accuracy control, as well as for their exploitation in the most efficient way.

Through these applications, this Thesis aims to highlight the usefulness and flexibility that point clouds may provide in the production of products for supporting the photogrammetric process, as well as for the production of mapping derivatives for use in various project operations, while a significant savings of time and resources is been achieved. Thus, the use of these modern data sets enables the revision and restructuring of the classical photogrammetric procedures, by which various cartographic products currently are been produced, while paving the road for the creation of newer and more flexible products.