LiDAR data for increasing the informational potential of topographical database in case of “tree” features

Celem artykułu jest przedstawienie możliwości aktualizacji Bazy Danych Obiektów Topograficznych (BDOT10k) oraz zaprezentowanie koncepcji pozyskania dodatkowych danych w celu zasilenia, a tym samym zwiększenia potencjału informacyjnego bazy danych. Koncepcja aktualizacji, jak i pozyskania dodatkowych danych polega na wykorzystaniu chmury punktów pozyskanej za pomocą lotniczego skanowania laserowego. Dokonano przeglądu literatury z zakresu aktualizacji baz danych, głównie BDOT10k, a także z zakresu systemu LiDAR i metod ekstrakcji obiektów z chmury punktów. W badaniach przeprowadzono detekcję pojedynczych drzew metodą automatyczną w oprogramowaniu ENVI LiDAR wraz z oceną dokładności. Obiekty będące wynikiem ekstrakcji w ENVI LiDAR porównano z drzewami występującymi na badanym obszarze testowym. Problemem przy identyfikacji drzew było określenie optymalnego parametru minimalnej wartości promienia korony drzewa. Przedstawiono możliwość edycji w celu wyeliminowania błędów i przygotowania klasy obiektów „drzewo” oraz jej atrybutów do zasilenia BDOT10k. W artykule przedstawiono również możliwości aktualizacji wybranych obiektów bazy na podstawie chmury punktów, a także podjęto dyskusję na temat potrzeby zasilenia bazy obiektami typu „pojedyncze drzewo”. Badania będące przedmiotem artykułu mają znaczenie dla późniejszej możliwości konwersji tak bogatej informacyjnie bazy do postaci 3D, w celu stworzenia trójwymiarowych modeli miast. Uzyskane wyniki potwierdzają przydatność danych LiDARowych do aktualizacji i pozyskiwania dodatkowych obiektów z dobrą skutecznością. Napotkane problemy i wyniki automatycznej detekcji udowadniają, że obiekty pozyskane zaproponowaną metodą wymagają manualnej edycji. W ramach badań, oprócz detekcji i ekstrakcji obiektów, zaproponowano modyfikację schematu aplikacyjnego dla klasy obiektów „obiekty inne”, w przypadku zasilenia jej pojedynczymi drzewami.The subject of this paper is to present the possibility of updating of selected object class in topographical database (BDOT10k) and to present the concept of obtaining additional data in order to supply and thereby increase the potential of the database in case of “tree” features. The object “tree” detection and extraction are based on the point cloud set obtained by airborne laser scanning (LiDAR). A literature review in the field of topographical database updating, mainly BDOT10k, and the methods of object extraction from the point cloud was performed. The extraction of individual trees was carried out by an automated method in ENVI LiDAR software. The accuracy assessment of tree objects extraction was made based on actual state of trees (field measurement). The main problem with trees extracting was determination of the optimum parameter of tree crowns radius. In order to eliminate errors and to prepare layers and attributes, the possibility of editing and detection improvement was presented. The discussion of database updating possibility and necessity based on point cloud in case of “tree” features was presented. The research undertaken is important for the subsequent conversion of such information-rich database to 3D in order to create three-dimensional models of cities. The obtained results confirm the usefulness of LiDAR data for updating and obtaining “tree” objects with good efficiency. However, problems that were encountered and results of extraction prove that objects which are obtained by proposed automatic method require manual intervention. As part of the research, it was proposed to modify the application scheme for the „other objects” features in case of individual trees

Spatial statistics in analyzing the use of EU funds in Poland

W artykule opisano próbę zastosowania narzędzi statystyki przestrzennej do oceny wykorzystywania środków unijnych w Polsce. W tym celu zaproponowano trzy podejścia opierające się o możliwości analityczne oprogramowania GIS. Pierwsze z nich zakłada utworzenie matematycznego współczynnika wpływu środków unijnych na wskaźniki realizacji NSRO, drugie – wykorzystanie statystyki przestrzennej do badania autokorelacji danych wejściowych, a trzecie – interpolację przestrzenną za pomocą metod geostatystycznych. Wspólnym mianownikiem wszystkich analiz jest posiadanie wiedzy dotyczącej badanego zjawiska oraz poprawna interpretacja wyników, poprzedzona znajomością podstaw teoretycznych wykorzystanych algorytmów wraz z oceną poziomu zaufania i dokładności otrzymanych rezultatów.This paper describes an attempt to apply spatial analysis and geostatical tools for evaluation of the use of EU funds in Poland. For this aim, three approaches based on the analytical capabilities of GIS software were proposed. First of them involves creation of a mathematical ratio of the impact of EU funds on the indicators of implementation of the NSRF, second - the use of spatial statistics for examination of the input data autocorrelation, and third - the spatial interpolation using geostatistical methods. The common factor of all these analyzes is knowledge regarding the phenomenon studied and correct interpretation of the results, preceded by knowledge of the theoretical foundations and the algorithms used

Spatial databases to analyse the use of EU funds in Poland

W artykule opisano zadanie polegające na stworzeniu koncepcji bazy danych przestrzennych zawierającej dane opisowe dotyczące projektów unijnych, przypisane do jednostek podziału administracyjnego Polski. Utworzona baza danych przestrzennych ma umożliwić prowadzenie analiz przestrzennych do oceny wykorzystania środków unijnych w Polsce. Dzięki zastosowaniu optymalnego modelu danych możliwa jest ocena realizacji założeń Narodowych Strategicznych Ram Odniesienia 2007-2013 w kontekście przestrzennym. W koncepcji struktury bazodanowej przeanalizowano i zharmonizowano dane źródłowe, w tym PRG, BDO, TERYT, Bank Danych Lokalnych, Bazę Danych Kodów Pocztowych oraz bank danych o projektach unijnych z SIMIK. Ostatecznie zaprojektowaną bazę danych przetestowano pod względem funkcjonalnym i wykorzystano do dalszych analiz przestrzennych.The paper describes the concept and implementation of spatial database containing descriptive data on EU projects assigned to the administrative division units. Established spatial database is intended to enable spatial analyzes for evaluation of the use of EU funds in Poland. By applying optimal structure of the data model, it is possible to evaluate realization of the objectives of National Strategic Reference Framework 2007-2013 in the spatial context. Within the concept of database structures, spatial and non-spatial data sources were analyzed and harmonized. Finally, the designed database was realized and its operation was tested

Development of a spatial database for the archeological research of the Planinica region cultural landscape in Montenegro

W artykule przedstawiono opracowanie bazy danych, która ma na celu wspomóc archeologiczne prace badawcze nad krajobrazem kulturowym regionu Malesija. Opracowanie spójnej struktury bazy danych ma uporządkować i ułatwić dostęp do danych przestrzennych pozyskiwanych w trakcie prac terenowych (m.in. pomiary GPS, ortofotomapy), danych kartograficznych i bazodanowych pozyskanych z dostępnych źródeł oraz danych nie przestrzennych (takich jak opisy wydarzeń historycznych, rozmowy, dokumentacja fotograficzna, itp.). Odpowiednio zaprojektowana i skonstruowana baza danych pozwala na integrowanie danych przestrzennych i nie przestrzennych, a także wspomaga wizualizacje, prezentacje przestrzenne, ale przede wszystkim stanowi podstawę konstruowania narzędzi analitycznych. Dla potrzeb archeologicznych badań krajobrazu kulturowego prowadzonych w Czarnogórze na obszarze Planinicy, najistotniejsze są analizy przestrzenne, w celu poszukiwania i budowania relacji przestrzennych pomiędzy obiektami, artefaktami, zdarzeniami oraz osobami je opisującymi.The presented spatial database is needed for supporting archaeological research work concerning the cultural landscape in Malesija region. The development of a coherent database aims to store spatial data obtained from different existing sources or during the field work, and non-spatial data such as descriptions of historical events, interviews, photographic documentation, etc. Properly designed and constructed database integrates spatial and non-spatial data, and also supports the narrative visualization and spatial presentations. Developed spatial database and analytical tools help to build a narrative and reconstruction of the events that constitute the culture of the investigated community group. The Planinica Hill in Montenegro was selected for which spatial database was implemented and prepared for testing during next archaeological field work seasons. Provided spatial database of cultural landscape is aimed at supporting archaeological research wor

The spatial database in the research of Archaeological Museum in Biskupin

Celem artykułu jest zaprezentowanie modelu bazy danych przestrzennych wraz z przygotowaniem środowiska GIS zorientowanego na dane źródłowe różnego pochodzenia i formatu (dane wektorowe, rastrowe, modele 3D). Badania objęły opracowanie, testowanie i wskazanie rozwiązań technologicznych GIS w zakresie budowy i funkcjonalności bazy danych dla potrzeb badań archeologicznych prowadzonych przez Muzeum Archeologiczne w Biskupinie (MAB). Prace podjęte nad opracowaniem bazy danych są wynikiem zadań w projekcie realizowanym w latach 2016-2017 przez MAB pt: „Opracowanie zabudowy grodu kultury łużyckiej na stanowisku 4 w Biskupinie. Badania przedwojenne”. W artykule opisano etapy tworzenia modelu konceptualnego i logicznego oraz jego fizyczną implementację. Przedstawiono kolejne fazy projektowania, w tym istotny etap importu danych źródłowych typu CAD opracowanych przez archeologów do oprogramowania GIS, składający się z odpowiedniego przygotowania warstw, transferu i przekształceń danych oraz kontroli za pomocą narzędzi wykorzystujących mechanizmy topologiczne. Zostały szczegółowo omówione zaprojektowane klasy obiektów, relacje występujące między nimi, ograniczenia i procedury wyzwalane założone w bazie danych. Zaprezentowano również dodatkowe rozwiązanie technologiczne w oprogramowaniu QGIS umożliwiające wyświetlanie modeli fotogrametrycznych i archiwalnych zdjęć lotniczych. Na podstawie zrealizowanych prac zostały sformułowane wnioski dotyczące danych źródłowych, problemów wynikających ze specyfiki danych archeologicznych, przydatności oprogramowania „open source” oraz wybranego podejścia do zarządzania danymi przestrzennymi dla potrzeb badań archeologicznych zabudowy grodu kultury łużyckiej prowadzonych na stanowisku 4 Muzeum Archeologicznego w Biskupinie.The aim of this paper is to present the spatial database model within the GIS environment oriented to source data of different origins and formats (vector, raster data, 3D models). Further research has included testing and indication of GIS technological solutions in the field of the database structure and functionality for the needs of archaeological research conducted by the Archaeological Museum in Biskupin (MAB). Works undertaken on the development of the database result from tasks performer in the project: „Development of the fortified settlement of Lusatian culture in Biskupin. Pre-war study” conducted by the MAB in 2016-2017. The paper describes the stages of creating a conceptual and logical model and its technical implementation. Next, the phases of database design were presented, including an important stage of CAD data import to GIS software, consisting of appropriate preparation of layers, transformation of data, and control with the use of topological mechanisms. The designed classes of objects, the relations between them, constraints and triggers established in the database have been discussed in details. An additional technological solution in QGIS software, enabling the display of photogrammetric models and archival aerial photographs, was also presented. Based on this work, conclusions regarding source data, problems resulting from the specifics of archaeological data, the suitability of „open source” software and a selected approach to spatial data management for the archaeological research at Archaeological Museum in Biskupin were formulated

AUTOMATIC APPROACH TO VHR SATELLITE IMAGE CLASSIFICATION

In this paper, we present a proposition of a fully automatic classification of VHR satellite images. Unlike the most widespread approaches: supervised classification, which requires prior defining of class signatures, or unsupervised classification, which must be followed by an interpretation of its results, the proposed method requires no human intervention except for the setting of the initial parameters. The presented approach bases on both spectral and textural analysis of the image and consists of 3 steps. The first step, the analysis of spectral data, relies on NDVI values. Its purpose is to distinguish between basic classes, such as water, vegetation and non-vegetation, which all differ significantly spectrally, thus they can be easily extracted basing on spectral analysis. The second step relies on granulometric maps. These are the product of local granulometric analysis of an image and present information on the texture of each pixel neighbourhood, depending on the texture grain. The purpose of texture analysis is to distinguish between different classes, spectrally similar, but yet of different texture, e.g. bare soil from a built-up area, or low vegetation from a wooded area. Due to the use of granulometric analysis, based on mathematical morphology opening and closing, the results are resistant to the border effect (qualifying borders of objects in an image as spaces of high texture), which affect other methods of texture analysis like GLCM statistics or fractal analysis. Therefore, the effectiveness of the analysis is relatively high. Several indices based on values of different granulometric maps have been developed to simplify the extraction of classes of different texture. The third and final step of the process relies on a vegetation index, based on near infrared and blue bands. Its purpose is to correct partially misclassified pixels. All the indices used in the classification model developed relate to reflectance values, so the preliminary step of recalculation of pixel DNs to reflectance is required. Thanks to this, the proposed approach is in theory universal, and might be applied to different satellite system images of different acquisition dates. The test data consists of 3 Pleiades images captured on different dates. Research allowed to determine optimal indices values. Using the same parameters, we obtained a very good accuracy of extraction of 5 land cover/use classes: water, low vegetation, bare soil, wooded area and built-up area in all the test images (kappa from 87% to 96%). What constitutes important, even significant changes in parameter values, did not cause a significant declination of classification accuracy, which demonstrates how robust the proposed method is

Capabilities of remote sensing in control of good agricultural and environmental conditions

Within the framework of the Common Agricultural Policy of the European Union applicants farmers receive subsidies for agricultural production. From 1 January 2009 all farmers receiving payments are required to fulfill the standards adopted by Poland in the framework of crosscompliance. Each member state sets minimum standards for good agricultural and environmental condition (GAEC) on the basis of Council Regulation (EC) No 73/2009. Compliance with these standards is monitored during the annual control campaigns conducted by ARMA in the selected areas. Control campaign mainly includes verification of applications in terms of agricultural area declared by the farmer as eligible for subsidies, as well as control of GAEC requirements. One method of control is a remote sensing method, which is based on interpretation of agricultural parcels on satellite or aerial images and it is mainly used to measure the areas to be subsidies. During this process one may also verify compliance with GAEC. The paper presents an analysis of which of the standards to maintain land in good agricultural condition can be controlled with remote sensing and provides examples of processing supporting the interpretation of satellite images for selected GAEC standards.W ramach wspólnej polityki rolnej Unii Europejskiej wnioskujący rolnicy otrzymują dopłaty do produkcji rolnej. Od 1 stycznia 2009 r. wszyscy rolnicy otrzymujący dopłaty zobowiązani są do wypełniania norm przyjętych przez Polskę w ramach tzw. wymagań wzajemnej zgodności (cross-compliance). Każdy kraj członkowski określa minimalne normy w zakresie dobrej kultury rolnej zgodnej z ochroną środowiska na podstawie Rozporządzenia Rady (WE) nr 73/2009. Spełnienie tych norm jest kontrolowane podczas corocznych kampanii kontrolnych prowadzonych przez ARiMR na wybranych obszarach. Kampania kontrolna obejmuje przede wszystkim zweryfikowanie wniosków pod względem zgodności powierzchni gruntów rolnych deklarowanych przez rolnika jako uprawnionych do dopłat, a także kontrolę spełnienia wymagań GAEC. Jedną z metod kontroli jest metoda teledetekcyjna, która polega na fotointerpretacji działek rolnych na zdjęciach satelitarnych lub lotniczych i jest ona stosowana głównie do wydzielania obszarów podlegających dopłatom. W trakcie tego procesu można również zweryfikować spełnienie warunków dobrej kultury rolnej. W artykule przedstawiono analizę, które z norm utrzymania gruntów w dobrej kulturze rolnej, mogą być kontrolowane za pomocą teledetekcji oraz przedstawiono przykłady przetworzeń zdjęć satelitarnych wspomagających interpretację wybranych norm GAEC

Evaluation of needs and possibilities to use the basic model of a spatial database of agricultural and aquaculture facilities (AF)

Artykuł powstał w wyniku badań przeprowadzonych dla Agencji Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa związanych z próbą stworzenia opracowaniem modelu bazy danych dla jednego z tematów danych przestrzennych INSPIRE z załącznika numer 3 – Obiekty rolnicze i akwakultury. Prace badawcze zostały przeprowadzone na podstawie specyfikacji danych INSPIRE D2.8.III.9 „Data Specification on Agricultural and Aquaculture Facilities – Technical Guidelines”, która stanowi podstawę budowy modelu bazy danych. Celem artykułu jest przedstawienie możliwości wykorzystania baz danych przestrzennych z zasobów ARiMR oraz innych baz danych referencyjnych do utworzenia bazy danych o obiektach rolniczych i akwakultury w modelu podstawowym zgodnie ze Specyfikacją D2.8.III.9. W ramach realizacji powyższego celu omówiono wymagania stawiane budowanej bazie danych przez specyfikację, przeanalizowano potrzeby wykorzystania tworzonej bazy danych przez jednostki samorządowe i inne instytucje pożytku publicznego oraz przedstawiono przykładowe możliwości wizualizacji danych i analiz przestrzennych. Ostatecznie sformułowano zalecenia dotyczące budowy bazy danych obiektów rolniczych i akwakultury w aspekcie technicznym i organizacyjnym.This paper has been written as a result of surveys connected with elaboration of a database model created for “Agricultural and Aquaculture Facilities” – one of the INSPIRE spatial topics. Those surveys were carried out for the Agency for Restructuring and Modernisation of Agriculture (ARMA). „Data Specification on Agricultural and Aquaculture Facilities – Technical Guidelines” were the organizational and technical foundation for building the database model. The aim of the paper is to discuss the possibilities of using spatial databases owned by ARMA and other reference databases to create the basic database model for Agricultural and Aquaculture Facilities. To realize the assumed target, specified requirements were discussed, needs to use the developed database by local government units and other public benefit institutions were analyzed, and possible examples of data visualization and spatial analysis were shown. Finally, technical and organization recommendations for creating the database for Agricultural and Aquaculture Facilities were formulated

Determining the spatial resolution of multispectral satellite images optimal to detect dead trees in forest areas

The mainstream of remotely sensed methodology for identifying the tree stand condition is based on spectral responses registered by a multispectral sensor as a digital image. The changes in spectral properties are caused by dying leaves, needles or whole trees. In further steps, the relationship between the spectral values (radiometry) registered in a multispectral satellite image and the health condition of trees should be determined. The most frequent situation includes the one whem dying stand (sensu single tree) occupies the area of <5 m². Therefore the remotely sensed data for determining sanitary conditions of trees must be of a very high spatial resolution (e.g. WorldView2 or 3, GeoEye−1, Pleiades) on one hand and at the same time favourable for the vegetation studies, i.e. utilizing suitable spectral bands and be of low acquisition cost (e.g. RapidEye, LANDSAT−7, ETM +, LANDSAT−8 OLI). Thus a compromise between spatial and spectral resolution should be found to answer the question at what resolution it is possible to clearly separate the damaged tree. The scope of the research included testing of selected methods of satellite image processing and analysis in terms of defining the optimal spatial resolution, which was performed on simulated images obtained for the area of the Beskidy Mountains (S Poland). Pixel size on simulated images was downgraded to the size corresponding to the currently functioning satellite systems. Consequently the obtained material for comparison was free from influence of external factors such as the differences in: time and weather conditions, the geometry of satellite image acquisition, light at the surface of the treetops and phenological vegetation. For each image we used vegetation indices (NDVI and GDVI) and supervised classification. These tests and the obtained results allowed to draw conclusions about the optimal satellite image resolution that can be used to detect damaged or dead stands

The technology of georeference data base for Odra river basin soils

Georeferencyjna baza danych dla gleb zlewni Odry powstaje w ramach programu koordynowanego przez Space Applications Institute /Joint Research Centre w Isprze, którego celem jest opracowanie modelu zagrożenia powodziowego w zlewni Odry. Stanowić ona będzie jedną z kilku dostępnych już, lub opracowywanych baz danych dla tego terenu. Dokładność geometryczna danych ma odpowiadać mapie w skali 1:250 000. Koordynatorem prac ze strony polskiej jest Instytut Fotogrametrii i Kartografii Politechniki Warszawskiej. Proponowana technologia, dostosowana do metodyki Europejskiej Georeferencyjnej Bazy Danych o Glebach w skali 1:250 000 i do istniejących materiałów źródłowych, wykorzystuje na każdym etapie możliwe do zastosowania metody cyfrowe, zarówno w odniesieniu do fazy przygotowywania podkładu i materiałów pomocniczych do wyznaczenia konturów jednostek krajobrazowych jak również do finalnej fazy tworzenia bazy danych