EVALUATION AND CALIBRATION OF FIXED-WING UAV MOBILE MAPPING SYSTEM EQUIPPED WITH LIDAR AND OPTICAL SENSORS

In this paper, a mobile mapping system mounted on the UAV is presented and evaluated. The NEO3 UAV platform is an 11 kg fixed-wing designed by the MSP company. The UAV is equipped with a Riegl miniVUX-1UAV laser scanner, which is integrated with the GNSS/INS system of Applanix APX-15 UAV and two Sony Alfa 6000 cameras collecting images in the following spectrum: visible for the first camera and near-infrared for the second camera. The UAV mobile system presented is dedicated to the acquisition of multisource data for levee monitoring using active and passive remote sensing data. In this paper, the effectiveness of the ultralight laser scanner, which has not been mounted on the fixed-wing platforms so far, was verified in the experiment with respect to data density and accuracy. The example analyses were conducted using ground control points and surfaces measured with a terrestrial laser scanner and visible in point clouds obtained with a dense image matching algorithm. Analyses showed that the achieved accuracy is much related to trajectory accuracy. The final DTM created from the data collected during the float status of the GNSS measurements of the trajectory provided twice less accurate data than during fixed status (vertical error approximately 20 cm and 10 cm respectively)

Stan obrazowania lotniczego i satelitarnego w świetle XX Kongresu MTFIT W Istambule – 2004 r.

Referat prezentuje ocenę stanu obecnego i perspektywy rozwoju obrazowania lotniczego i satelitarnego, sformułowaną na podstawie przebiegu XX Kongresu Międzynarodowego Towarzystwa Fotogrametrii i Teledetekcji (MTFiT), który odbył się w lipcu 2004 r w Istambule. Ta problematyka jest w centrum zainteresowania I Komisji Technicznej MTFiT: „Systemy obrazowania, platformy i obrazy.

Methodology of accuracy assessment and merging of multisource digital terrain model

Kraj pokryty jest danymi wysokościowymi w kilku standardach. Pojawiają się nowe produkty, o lepszych parametrach. Użytkownik coraz częściej staje wobec problemu oceny dokładności wieloźródłowych produktów i ich scalenia na interesującym obszarze. W pracy podaje się charakterystykę głównych typów NMT występujących na obszarze kraju. W dalszej kolejności dyskutowana jest metodyka oceny dokładności wysokościowej NMT. W zagadnieniu łączenia dwóch modeli podjęto problem „płynnego” przejścia wysokości na granicy łączenia. W części eksperymentalnej poddano ocenie dokładności cztery różne NMT występujące na tym samym obszarze. Produkty były oceniane na profilach kontrolnych oraz powierzchniowo, poprzez generowanie różnicowych modeli. Wykorzystano zaproponowane wcześniej wskaźniki oceny dokładności. Eksperyment pokazał, że jakość NMT LPIS i DTED-2 jest lepsza niż to się powszechnie przyjmuje. Dane SRTM są obarczone znacznym, ale stałym błędem. Po usunięciu składnika systematycznego, dla terenów odkrytych, można uzyskać dokładność na poziomie 1 m, co jest zaskakująco dobrym wynikiem. W pracach eksperymentalnych wykazano wysoką użyteczność oprogramowania SCOP++ do generowania, oceny dokładności i łączenia różnych NMT.W pracach eksperymentalnych wykazano wysoką użyteczność oprogramowania SCOP++ do generowania, oceny dokładności i łączenia różnych NMT. The surface of Poland is visualized by height data collected and presented according to several standards. DTMs that are available for various areas are constantly improved by application of new products which feature better parameters. Consequently, a “mosaic” of various data emerges; it is expected that the differentiation will increase with time. As a result, the user is increasingly frequently faced with a problem of assessing the accuracy of multisource products and their merging for an area of interest. The paper provides a characteristics of the major DTM types applied to the same areas in Poland. The methodology of the DTM accuracy assessment is discussed in detail. Random and systematic errors are distinguished and the consistently absolute and relative accuracies are assessed. The paper points out to the lack of homogenous, standardized DTM quality indices. Often, the grid size is assumed to be such an index, which may lead to confusion and misunderstanding. Relationships between the grid size, height accuracy, and the form of the terrain are presented and technological relations between those parameters are described. In the context of merging two different DTMs, the problem of a “smooth” passage of the height at the boundary between them is discussed. The experimental part of the paper deals with the accuracy of four different DTMs covering the same area: a DTM obtained within the Flood Recovery Project, a DTM arrived at within the LPIS project (DTM LPIS), a DTM in the DTED-2 format, and a DTM resulting from the SRTM mission. The products (DTMs) were evaluated – by generation of differential models - with respect to terrain profiles and the area covered. The DTM quality indices, proposed earlier, were used. The experiment showed the quality of DTM LPIS and DTED-2 to be better than usually assumed. The SRTM data are burdened with a considerable, but constant, error of 3.3 m. The afforest areas showed a consistent effect of tree height. Those data belong to the digital surface model (DSM) rather than to the DTM category. After removal of the systematic component, the accuracy on the order of 1 m, a surprisingly good result, is obtained. The experimental part showed a high utility of the SCOP++ software in the generation, accuracy assessment, and merging of various DTMs

Modernizacja ewidencji gruntów i budynków na terenach gdzie funkcjonują mapy ewidencyjne w skali 1:2880 z wykorzystaniem metod fotogrametrii cyfrowej

Referat prezentuje wyniki prac pilotowych podjętych na zlecenie GUGiK, dotyczących modernizacji ewidencji gruntów i budynków metodami fotogrametrycznymi

Image data acquisition in the light of the 21st ISPRS Congress in Beijing - 2008

Referat prezentuje ocenę stanu obecnego i perspektywy rozwoju obrazowania lotniczego i satelitarnego, sformułowaną na podstawie przebiegu XXI Kongresu Międzynarodowego Towarzystwa Fotogrametrii i Teledetekcji (MTFiT), który odbył się w lipcu 2008 r. w Pekinie. Omawiana problematyka jest przedmiotem zainteresowania I Komisji Technicznej MTFiT: „Pozyskiwanie danych obrazowych –sensory i platformy”

Flood hazard maps and flood risk maps and floods directive

W 2007 roku weszła w życie tzw. Dyrektywa Powodziowa nakładająca obowiązek opracowania map zagrożenia i map ryzyka powodziowego do końca 2013 roku. Metodykę opracowania takich map w Polsce określa Rozporządzenie Ministra Środowiska, Ministra Infrastruktury oraz Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie opracowania map zagrożenia powodziowego oraz map ryzyka powodziowego. Mapy takie opierają się na aktualnych danych geodezyjnych i kartograficznych, a wśród nich na precyzyjnym numerycznym modelu terenu opracowanym z danych lotniczego skaningu laserowego. Powstał „Projekt Informatyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami”, określany skrótem ISOK, w ramach którego GUGiK przygotowuje takie dane. Artykuł przybliża metodykę opracowania map oraz zakres Projektu ISOK i poddaje analizie przyjęte założenia techniczne.In 2007 came into force so called Floods Directive imposing an obligation to draw up hazard maps and flood risk maps by the end of 2013. Methodology of developing such maps in Poland determines the Decree of the Minister of the Environment, the Minister for Infrastructure and Minister of the Interior and Administration on the development of flood hazard maps and flood risk maps. Methodology defines, among others, content range of maps, the quality of source data and the timetable for their implementation and publication. Such maps are based on current geodetic and cartographic data, including the precise digital terrain model developed from airborne laser scanning data. The project was created, "The Computer System of the National Guards against exceptional risks", abbreviated ISOK under which GUGiK is preparing such data. The territorial scope of the development includes more than 60% of the country threatened by floods. Work on developing the digital terrain model runs until the end of 2013. As part of the Project, in addition to digital terrain model, digital high resolution orthophotomap for more than 200 cities with 0.10 m terrain pixel size, and elements of Data Base of Topographic Objects will be produced. The article introduces a methodology of development of flood maps, the scope of the ISOK Project and examines the technical assumptions

Technical, organisational and economical impact of introduction of digital aerial camera into production

Wejście kamer cyfrowych do produkcji stało sie faktem. Nadal jednak to przejście jest dla firm wyzwaniem nie tylko finansowym, ale równie_ technicznym i organizacyjnym. Referat jest przeglądem ostatnich doniesień na ten temat. W przypadku kamer kadrowych, dla zwiększenia ich rozdzielczości, zdjęcia w zakresie panchromatycznym wykonuje sie 4 głowicami optycznymi (czterema sprzężonymi kamerami). Oceniając właściwości pomiarowe kadrowej kamery cyfrowej należy zwrócić uwagę na prostokątny kształt kadru, krótsza jego strona jest zwrócona w kierunku lotu. Oznacza to zwiększony zasięg poprzeczny zdjęć ale i mniejszy stosunek bazowy w porównaniu z kamerami tradycyjnymi, skutkujący gorsza wyznaczalnością wysokości. Dość bogate już doświadczenie opracowania bloków aerotriangulacji pokazuje, że osiągniecie dokładności na poziomie wyższym niż 2÷3 μm napotyka na trudności. Analiza szczątkowych błędów w obrębie pojedynczego zdjęcia wykazuje pozostałość systematycznych deformacji spowodowanych błędami dopasowania poszczególnych składowych zdjęcia (4 dla kamery DMC i 9 dla kamery UltraCAM-D). Szczątkowe błędy zdjęć można wyeliminować poprzez włączenie do procesu aerotriangulacji parametrów dodatkowych (tzw. samokalibracja), różnych dla kamer DMC i UltraCAM-D. Badania jednoznacznie dowodzą, że przestrzenna zdolność rozdzielcza zdjęć wykonanych kamerami cyfrowymi jest około 1,5-2 razy wyższa od zdjęć analogowych skanowanych z pikselem 15 μm.The introduction of digital cameras into production environment become a fact, but for companies, to switch over to digital camera is still not only the financial but also technical and organisational challenge. In case of frame cameras, for the resolution improvement, photos in panchromatic range are taken by 4 optical heads (4 coupled cameras). While assessing the measurement capabilities of digital frame cameras, attention should be drawn to the rectangular shape of a virtual image, with shorter side oriented in flight direction. That means greater coverage, but smaller base to high ratio in comparison to analog cameras, leading to worse high measurement capabilities. Broad experiences in aerotriangulation show that it is difficult to achieve accuracy above 2÷3 μm. An analysis of residuals within a single photo proves indicates systematic deformations caused by the disagreement between the components of a virtual image (4 for DMC camera and 9 for UltraCAM-D camera). This residuals can be removed by introducing in the aerotriangulation adjustment so called “additional parameters”, individual for DMC and UltraCAM-D. Investigation of spatial resolution clearly shows that the resolution of digital pictures is 1.5-2 times higher than that of the analog ones scanned with 15 μm pixel

SAFEDAM - advanced technologies in the prevention of flood hazard

Artykuł prezentuje trendy panujące w nieinwazyjnym monitorowaniu wałów przeciwpowodziowych z wykorzystaniem różnorodnych technologii fotogrametrycznych i teledetekcyjnych pozyskujących dane z różnego pułapu lotniczego. Na tym tle zaprezentowano projekt SAFEDAM, którego celem jest stworzenie systemu monitorującego wały przeciwpowodziowe z użyciem nieinwazyjnej, latającej bezzałogowej platformy pomiarowej - skanującej z niskiego pułapu lotu i wykorzystaniu zobrazowań lotniczych i satelitarnych. System będzie wykorzystywał wieloźródłowe dane fotogrametryczne. SAFEDAM umożliwi wykorzystanie z pułapu satelitarnego zarówno danych optycznych (z zakresu światła widzialnego i bliskiej podczerwieni) jak i danych radarowych. W odniesieniu do technik lotniczych wykorzystanie mają dane fotogrametryczne z pzgik zasobu jak i dane pozyskane z platformy BSP (UAV) dedykowanej projektowi SAFEDAM. Wśród danych niskopułapowych wykorzystane są dane z lekkiego skanera lotniczego, obrazowe dane wielospektralne, a także dane termalne. Wieloźródłowe dane pozwalają na przeprowadzenie oceny stan wałów przeciwpowodziowych, jak również umożliwić będą wykrycie ewentualnych zmian, które mogą zaistnieć zarówno w prewencyjnej jak i interwencyjnej konfiguracji systemu. W założeniach system umożliwiać będzie ekspercką ocenę wałów przeciwpowodziowych, która potrzebna jest w pracy specjalistów od zarządzania infrastrukturą przeciwpowodziową, a także organom bezpieczeństwa kryzysowego. Kompleksowy system IT będzie gromadził dane i automatycznie je analizował i wizualizował dostarczając informacji o stanie zagrożenia dla służb hydrologicznych i specjalistów zarządzania kryzysowego. Całość systemu będzie uzupełnieniem dotychczasowych projektów ochrony przeciwpowodziowej kraju (np. ISOK). Projekt SAFEDAM realizujący te założenia finansowany jest ze środków Narodowego Centrum Badania i Rozwoju w programie Bezpieczeństwo i ObronnośćThe article presents the trends in non-invasive monitoring of flood levees using a variety of photogrammetry and remote sensing technologies. Referring to those solutions of the SAFEDAM project is introduced in this article. The aim of the SAFEDAM project is the creation of system for levees monitoring using unmanned aerial vehicles (equipped with light LiDAR unit, multispectral and/or thermal camera), optical and radar satellite imagery and archival aerial imagery. Multi-sourced and multi-temporal data allow to evalute the levees condition. A comprehensive IT system enables the collection, automatic data analysis and visualization for hydrological services and crisis management professionals. Its implementation will ensure effective management of flood risk. SAFADAM complements the already implemented projects of flood protection in Poland such as ISOK. The project is financed by National Centre for Research and Development in Defense, Security Programme [grant number DOB-BIO7/06/01/2015]

Very high resolution satellite images as a source for preparation of vectorial data in TDB standard

W Polsce rozpoczęto opracowanie Bazy Danych Topograficznych (TBD) o dokładności i zasobie treści odpowiadającej tradycyjnej mapie topograficznej w skali 1:10 000. Bazę taką tworzy się w oparciu o ortofotomapę z pikselem 0.5 m wytworzoną ze zdjęć lotniczych w skali 1:26 000. Tempo opracowania tej bazy nie jest satysfakcjonujące, a koszty są duże, szczególnie dotyczy to b.d. wektorowych. Rozpatruje się możliwość opracowania b.d. wektorowych TBD o zubożonej treści na bazie obrazów satelitarnych VHRS. Sprzyja takiemu pomysłowi uruchomione Centrum Operacji Regionalnych (ROC) dla odbioru i przetwarzania danych Ikonos. We współpracy GUGiK i Politechniki Warszawskiej zrealizowany został projekt badawczy dotyczący oceny możliwości opracowania wektorowej b.d. topograficznych w oparciu o dane satelitarne. Część eksperymentalna została poprzedzona analizą potencjału kartograficznego obrazów satelitarnych, rozumianego jako suma potencjału pomiarowego i interpretacyjnego. W kontekście możliwości opracowania baz danych topograficznych krytycznym okazuje się ograniczony zasób treści obrazów satelitarnych a dopiero w drugiej kolejności ich możliwości pomiarowe. LITERATURa przedmiotu obfituje w liczne przykłady badania geometrii takich obrazów, zadecydowanie mniej jest doniesień o wiarygodnych badaniach zasobu ich treści. Na trzech obszarach testowych pokrytych obrazami QuickBird, Ikonos i EROS wygenerowano ortofotomapy satelitarne. Na ich bazie pozyskano dane wektorowe w strukturze TBD. Wyniki tych opracowań poddano analizie pod kątem zawartości treści i jej zgodności z TBD. Stwierdzono, że dla większości klas obiektów b.d. TBD obrazy QuickBird i Ikonos nie ustępują, lub niewiele ustępują tradycyjnym zdjęciom lotniczym w skali 1:26 000. Obrazy EROS nie są przydatne do tego celu. W rezultacie badań powstał nowy standard (TBD II), o nieco zubożonej treści, ale przy zachowaniu wymaganej dokładności lokalizacyjnej, możliwy do opracowania z obrazów VHRS. Może on znaleźć zastosowanie w obszarach mniej zurbanizowanych. Ocenia się, że pozwoli to przyśpieszyć i obniżyć koszty opracowania TBD. Zaproponowany standard w formie wdrożenia został sprawdzony w warunkach produkcyjnych. Analiza techniczna i ekonomiczna zrealizowanych prac wdrożeniowych potwierdziła przydatność obrazów satelitarnych do zakładania b.d. wektorowych TBD.In Poland, a Topographic Data Base (TBD) has been constructed with the accuracy and contents equivalent to a traditional 1:10 000 scale topographic map. Such a database was based on an orthophotomap with 0.5 m pixels prepared from aerial photographs on a scale of 1:26 000. The pace of development of this database is insufficient and the costs are substantial. This is especially true in the case of vectorial data bases. An option to create vectorial data bases TBD of reduced contents based upon VHRS satellite images is under consideration. The Regional Operations Center (ROC) opened for receipt and processing of Ikonos data is in favor of this option. In collaboration with GUGiK and Warsaw Technical University, a research project regarding evaluation of an opportunity to prepare a vectorial topographic database based on satellite data has been undertaken. Its experimental part was preceded by analysis of the cartographic potential of satellite images understood as the sum of the measurement and interpretational potential. In the context of the opportunity to create topographic databases, limited contents of satellite images is absolutely critical, and only then can their measurement potential be assessed. Professional literature offers numerous examples of studies of the geometry of such images, but it says much less about reliable research of their contents. In three testing areas covered by satellite images from QuickBird, Ikonos and EROS, satellite orthophotomaps were generated. Based on these maps, vectorial data in TBD structure was produced. The data were analyzed in terms of their content and conformity with TBD. It was found that in the majority of object classes of the TBD database, QuickBird and Ikonos images are almost equivalent to, or just slightly worse than, traditional 1:26 000 scale aerial photographs. EROS images are not useful for this particular purpose. As a result of these investigations, a new standard (TBD II) was established, which is of slightly poorer contents but which satisfies the required location accuracy, thus enabling it for VHRS images. It may also be applied to less urbanized areas. One estimates that this standard will facilitate elaboration of the TBD by making it much faster and less expensive. At the implementation stage, the suggested standard was tested in a production environment. Technical and economic analyses of the executed implementation works showed that the satellite images are very useful for establishment of TBD vectorial data bases

Właściwości pomiarowe zdjęć niskopułapowych pozyskiwanych kamerą typu rolling shutter

Remotely-controlled aircraft, together with acquisition of photographs from such platforms as well as generation and processing of acquired products, are all becoming more popular. These techniques are also more frequently and widely applied. Thus, "low-altitude photogrammetry" is becoming a rapidly-developing field. This popularity results from the wide accessibility of such platforms and from the availability of light and inexpensive photographic cameras and the computer software required for processing the photographs and generating useful products, among other things. The majority of photographic cameras use the CMOS type of sensors with electronic shutters of the rolling shutter type. Photographs from these cameras are geometrically distorted by shutter effect. The distortions may be modelled and corrected when the photographs are processed. This paper looks at distortions associated with rolling shutters. In the experimental part, 11 blocks of photographs from two test sites were adjusted; the photographs were acquired from the following UAS platforms: Quadcopter DJI Phantom 3 Professional and Quadcopter DJI Inspire One. Both platforms are equipped with Sony EXMOR cameras with electronic shutters. Blocks of photographs are characterized by different altitudes for data acquisition, overlap of photographs and the number of ground control. Using the Pix4Dmapper software tools the multi-variant block adjustment was performed, both with linear modelling of the rolling shutter effect and without such modelling. The obtained results are analysed. The validity and effectiveness of the linear modelling of the rolling shutter effect is discussed. The very high metric potential of low-altitude photographs is also presented.Rośnie popularność zdalnie pilotowanych statków powietrznych oraz fotografowania z takich platform dla tworzenia produktów pochodnych z ich opracowania zdjęć. Znajdują one coraz powszechniejsze zastosowania. Rodzi się „fotogrametria z niskiego pułapu”. Ta popularność bierze się między innymi z łatwej dostępności do samych platform, lekkich i tanich kamer fotograficznych oraz programów komputerowych do opracowania zdjęć i wytwarzania z nich użytecznych produktów. Większość z używanych kamer fotograficznych oparte jest na przetwornikach obrazowych typu CMOS z migawkami elektronicznymi typu „Rolling Shutter”. Zdjęcia takie obarczone są zniekształceniami geometrycznymi. Zniekształcenia te można modelować i uwzględniać w procesie opracowania. W artykule przybliża się charakter zniekształceń typu rolling shutter. W części eksperymentalnej poddano wyrównaniu 11 bloków zdjęć nad dwoma obszarami testowymi, pozyskanych z platform UAS: Quadrokopter DJI Phantom 3 Professional i Quadrokopter DJI Inspire One, obie wyposażone w kamery Sony EXMOR z migawką elektroniczną. Bloki różniły się wysokością fotografowania, pokryciami zdjęć i polową osnową fotogrametryczną. Wykorzystując oprogramowanie Pix4DMapper dokonano wielowariantowego wyrównania bloków z liniowym modelowaniem efektu rolling shutter i bez takiego modelowania. Wyniki poddano analizie. Stwierdzono zasadność i skuteczność liniowego modelowania efektu Rolling Shutter. Wykazano bardzo duży potencjał pomiarowy zdjęć niskopułapowych