Update urban basemap by using the LiDAR mobile mapping system : the case of Abu Dhabi municipal system

Basemaps are the main resource used in urban planning and in building and infrastructure asset management. These maps are used by citizens and by private and public stakeholders. Therefore, accurate, up-to-date geoinformation of reference are needed to provide a good service. In general, basemaps have been updated by aerial photogrammetry or field surveying, but these methods are not always possible and alternatives need to be sought. Current limitations and challenges that face traditional field surveys include areas with extreme weather, deserts or artic environments, and flight restrictions due to proximity with other countries if there is not an agreement. In such cases, alternatives for large-scale are required. This thesis proposes the use of a mobile mapping system (MMS) to update urban basemaps. Most urban features can be extracted from point cloud using commercial software or open libraries. However, there are some exceptions: manhole covers, or hidden elements even with captures from defferent perspective, the most common building corners. Therefore, the main objective of this study was to establish a methodology for extracting manholes automatically and for completing hidden corners of buildings, so that urban basemaps can be updated. The algorithm developed to extract manholes is based on time, intensity and shape detection parameters, whereas additional information from satellite images is used to complete buildings. Each municipality knows the materials and dimensions of its manholes. Taking advantage of this knowledge, the point cloud is filtered to classify points according to the set of intensity values associated with the manhole material. From the classified points, the minimum bounding rectangles (MBR) are obtained and finally the shape is adjusted and drawn. We use satellite imagery to automatically digitize the layout of building footprints with automated software tools. Then, the visible corners of buildings from the LiDAR point cloud are imported and a fitting process is performed by comparing them with the corners of the building from the satellite image. Two methods are evaluated to establish which is the most suitable for adjustment in these conditions. In the first method, the differences in X and Y directions are measured in the corners, where LiDAR and satellite data are available, and is often computed as the average of the offsets. In the second method, a Helmert 2D transformation is applied. MMS involves Global Navigation Satellite Systems (GNSS) and Inertial Measurement Units (IMU) to georeference point clouds. Their accuracy depends on the acquisition environment. In this study, the influence of the urban pattern is analysed in three zones with varied urban characteristics: different height buildings, open areas, and areas with a low and high level of urbanization. To evaluate the efficiency of the proposed algorithms, three areas were chosen with varying urban patterns in Abu Dhabi. In these areas, 3D urban elements (light poles, street signs, etc) were automatically extracted using commercial software. The proposed algorithms were applied to the manholes and buildings. The completeness and correctness ratio, and geometric accuracy were calculated for all urban elements in the three areas. The best success rates (>70%) were for light poles, street signs and road curbs, regardless of the height of the buildings. The worst rate was obtained for the same features in peri-urban areas, due to high vegetation. In contrast, the best results for trees were found in theses areas. Our methodology demonstrates the great potential and efficiency of mobile LiDAR technology in updating basemaps; a process that is required to achieve standard accuracy in large scale maps. The cost of the entire process and the time required for the proposed methodology was calculated and compared with the traditional method. It was found that mobile LiDAR could be a standard cost-efficient procedure for updating maps.La cartografía de referencia es la principal herramienta en planificación urbanística, y gestión de infraestructuras y edificios, al servicio de ciudadanos, empresas y administración. Por esta razón, debe estar actualizada y ser lo más precisa posible. Tradicionalmente, la cartografía se actualiza mediante fotogrametría aérea o levantamientos terrestres. No obstante, deben buscarse alternativas válidas para escalas grandes, porque no siempre es posible emplear estas técnicas debido a las limitaciones y retos actuales a los que se enfrenta la medición tradicional en algunas zonas del planeta, con meteorología extrema o restricciones de vuelo por la proximidad a la frontera con otros países. Esta tesis propone el uso del sistema Mobile Mapping System (MMS) para actualizar la cartografía urbana de referencia. La mayoría de los elementos pueden extraerse empleando software comercial o librerías abiertas, excepto los registros de servicios. Los elementos ocultos son otro de los inconvenientes encontrados en el proceso de creación o actualización de la cartografía, incluso si se dispone de capturas desde diferentes puntos de vista. El caso más común es el de las esquinas de edificios. Por ello, el principal objetivo de este estudio es establecer una metodología de extracción automática de los registros y completar las esquinas ocultas de los edificios para actualizar cartografía urbana. El algoritmo desarrollado para la detección y extracción de registros se basa en parámetros como el tiempo, la intensidad de la señal laser y la forma de los registros, mientras que para completar los edificios se emplea información adicional de imágenes satélite. Aprovechando el conocimiento del material y dimensión de los registros, en disposición de los gestores municipales, el algoritmo propuesto filtra y clasifica los puntos de acuerdo a los valores de intensidad. De aquellos clasificados como registros se calcula el mínimo rectángulo que los contiene (Minimum Bounding Rectangle) y finalmente se ajusta la forma y se dibuja. Las imágenes de satélite son empleadas para obtener automáticamente la huella de los edificios. Posteriormente, se importan las esquinas visibles de los edificios obtenidas desde la nube de puntos y se realiza el ajuste comparándolas con las obtenidas desde satélite. Para llevar a cabo este ajuste se han evaluado dos métodos, el primero de ellos considera las diferencias entre las coordenadas XY, desplazándose el promedio. En el segundo, se aplica una transformación Helmert2D. MMS emplea sistemas de navegación global por satélite (Global Navigation Satellite Systems, GNSS) e inerciales (Inertial Measurement Unit, IMU) para georreferenciar la nube de puntos. La precisión de estos sistemas de posicionamiento depende del entorno de adquisición. Por ello, en este estudio se han seleccionado tres áreas con distintas características urbanas (altura de edificios, nivel de urbanización y áreas abiertas) de Abu Dhabi con el fin de analizar su influencia, tanto en la captura, como en la extracción de los elementos. En el caso de farolas, señales viales, árboles y aceras se ha realizado con software comercial, y para registros y edificios con los algoritmos propuestos. Las ratios de corrección y completitud, y la precisión geométrica se han calculado en las diferentes áreas urbanas. Los mejores resultados se han conseguido para las farolas, señales y bordillos, independientemente de la altura de los edificios. La peor ratio se obtuvo para los mismos elementos en áreas peri-urbanas, debido a la vegetación. Resultados opuestos se han conseguido en la detección de árboles. El coste económico y en tiempo de la metodología propuesta resulta inferior al de métodos tradicionales. Lo cual demuestra el gran potencial y eficiencia de la tecnología LiDAR móvil para la actualización cartografía de referenciaPostprint (published version

Proceedings of the European Conference on Agricultural Engineering AgEng2021

This proceedings book results from the AgEng2021 Agricultural Engineering Conference under auspices of the European Society of Agricultural Engineers, held in an online format based on the University of Évora, Portugal, from 4 to 8 July 2021. This book contains the full papers of a selection of abstracts that were the base for the oral presentations and posters presented at the conference. Presentations were distributed in eleven thematic areas: Artificial Intelligence, data processing and management; Automation, robotics and sensor technology; Circular Economy; Education and Rural development; Energy and bioenergy; Integrated and sustainable Farming systems; New application technologies and mechanisation; Post-harvest technologies; Smart farming / Precision agriculture; Soil, land and water engineering; Sustainable production in Farm buildings

Contribution à la localisation de véhicules intelligents à partir de marquage routier

Autonomous Vehicles (AV) applications and Advanced Driving Assistance Systems (ADAS) relay in scene understanding processes allowing high level systems to carry out decision marking. For such systems, the localization of a vehicle evolving in a structured dynamic environment constitutes a complex problem of crucial importance. Our research addresses scene structure detection, localization and error modeling. Taking into account the large functional spectrum of vision systems, the accessibility of Open Geographical Information Systems (GIS) and the widely presence of Global Positioning Systems (GPS) onboard vehicles, we study the performance and the reliability of a vehicle localization method combining such information sources. Monocular vision–based lane marking detection provides key information about the scene structure. Using an enhanced multi-kernel framework with hierarchical weights, the proposed parametric method performs, in real time, the detection and tracking of the ego-lane marking. A self-assessment indicator quantifies the confidence of this information source. We conduct our investigations in a localization system which tightly couples GPS, GIS and lane makings in the probabilistic framework of Particle Filter (PF). To this end, it is proposed the use of lane markings not only during the map-matching process but also to model the expected ego-vehicle motion. The reliability of the localization system, in presence of unusual errors from the different information sources, is enhanced by taking into account different confidence indicators. Such a mechanism is later employed to identify error sources. This research concludes with an experimental validation in real driving situations of the proposed methods. They were tested and its performance was quantified using an experimental vehicle and publicly available datasets.Les applications pour véhicules autonomes et les systèmes d’aide avancée à la conduite (Advanced Driving Assistance Systems - ADAS) mettent en oeuvre des processus permettant à des systèmes haut niveau de réaliser une prise de décision. Pour de tels systèmes, la connaissance du positionnement précis (ou localisation) du véhicule dans son environnement est un pré-requis nécessaire. Cette thèse s’intéresse à la détection de la structure de scène, au processus de localisation ainsi qu’à la modélisation d’erreurs. A partir d’un large spectre fonctionnel de systèmes de vision, de l’accessibilité d’un système de cartographie ouvert (Open Geographical Information Systems - GIS) et de la large diffusion des systèmes de positionnement dans les véhicules (Global Positioning System - GPS), cette thèse étudie la performance et la fiabilité d’une méthode de localisation utilisant ces différentes sources. La détection de marquage sur la route réalisée par caméra monoculaire est le point de départ permettant de connaître la structure de la scène. En utilisant, une détection multi-noyau avec pondération hiérarchique, la méthode paramétrique proposée effectue la détection et le suivi des marquages sur la voie du véhicule en temps réel. La confiance en cette source d’information a été quantifiée par un indicateur de vraisemblance. Nous proposons ensuite un système de localisation qui fusionne des informations de positionnement (GPS), la carte (GIS) et les marquages détectés précédemment dans un cadre probabiliste basé sur un filtre particulaire. Pour ce faire, nous proposons d’utiliser les marquages détectés non seulement dans l’étape de mise en correspondance des cartes mais aussi dans la modélisation de la trajectoire attendue du véhicule. La fiabilité du système de localisation, en présence d’erreurs inhabituelles dans les différentes sources d’information, est améliorée par la prise en compte de différents indicateurs de confiance. Ce mécanisme est par la suite utilisé pour identifier les sources d’erreur. Cette thèse se conclut par une validation expérimentale des méthodes proposées dans des situations réelles de conduite. Leurs performances ont été quantifiées en utilisant un véhicule expérimental et des données en libre accès sur internet