Aspects of Accuracy, Scanning Angle Optimization, and Intensity Calibration Related to Nationwide Laser Scanning

Osajulkaisut: Publication 1: Ahokas, E., Kaartinen, H., Hyyppä, J. 2004. A quality assessment of repeated airborne laser scanner observations. The International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Istanbul, Turkey, Vol. XXXV, part B3, pp. 237-242. ISSN 1682-1750. Publication 2: Ahokas, E., Hyyppä, J., Kaartinen, H., Kukko, A., Kaasalainen, S., Krooks, A. 2010. The effect of biomass and scanning angle on laser beam transmittance. International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vienna, Austria, Vol. XXXVIII(7A), pp. 1-6. ISSN 1682-1777. http://www.isprs.org/proceedings/XXXVIII/part7/a/pdf/1_XXXVIII-part7A.pdf Publication 3: Ahokas, E., Hyyppä, J., Yu, X., Holopainen, M. 2011. Transmittance of Airborne Laser Scanning Pulses for Boreal Forest Elevation Modeling. Remote Sensing. 3, 1365-1379. ISSN 2072-4292. http://www.mdpi.com/2072-4292/3/7/1365/ Publication 4: Kaasalainen, S., Ahokas, E., Hyyppä, J., Suomalainen, J. 2005. Study of surface brightness from backscattered laser intensity: Calibration of laser data. IEEE Geoscience and remote sensing letters, Vol. 2, No. 3, pp. 255-259, ISSN 1545-598X. Publication 5: Ahokas, E., Kaasalainen, S., Hyyppä, J., Suomalainen, J. 2006. Calibration of the Optech ALTM 3100 laser scanner intensity data using brightness targets. ISPRS Commission I Symposium, Paris Marne-la-Vallee, 4-6 July 2006, ISPRS Volume XXXVI Part 1/A. pp. 14-20. CD-ROM publication. Also in Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection, No. 182, (2006-2), pp. 10-16. Publication 6: Honkavaara, E., Peltoniemi J., Ahokas, E., Kuittinen R., Hyyppä, J., Jaakkola, J., Kaartinen, H., Markelin, L., Nurminen, K., Suomalainen, J. 2008. A Permanent Test Field for Digital Photogrammetric Systems. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. Vol. 74, No. 1, pp. 95-106.Airborne laser scanning is a technique that produces three-dimensional coordinates of the Earth’s surface as well as generating intensity values. Nationwide airborne laser scanning was launched in Finland in 2008 and some 180 000 km2 had been scanned by the end of 2012. While the main goal in this endeavour is to produce an accurate digital elevation/terrain model (2 x 2 m2 grid size) of the whole of the country, other applications, e.g. forestry, will benefit from the data as well. This study deals with the accuracy of airborne laser scanning, the optimization of the scanning angle, and the calibration of intensity. Accuracy assessments of airborne laser scanning have shown that the geometric accuracy of the method can fulfill the accuracy requirements for producing a nationwide digital elevation model with a grid of 2 x 2 m2. When studying the effect of scanning angle and biomass on elevation modeling capability, it was found that it would be possible to increase the scanning angle applied in Finland’s nationwide laser scanning. Even though the accuracy of the elevation model in the conditions prevailing in Finland allows increasing of the scanning angle, other applications would most probably not benefit from this. For example, these same data are sometimes used in nationwide forest inventory in Finland. A method for relative and absolute calibration of airborne laser scanning intensity was developed. The portable reference targets have proved their usefulness for calibration purposes. An intensity correction method should be used in pre-processing the airborne laser data. As a result of this, the usability of the intensity values may increase in practical applications, such as in classification. The studies constituting this dissertation have already impacted on the practical aspects of the nationwide airborne laser scanning dealing with accuracy assessment, the work done in the field of intensity calibration, and scanning angle analysis may have a further impact on nationwide laser scanning in the coming years. The optimization of airborne laser scanning flight parameters for multi-use nationwide laser scanning is a topic deserving further research.Ilmasta tehtävä laserkeilaus tuottaa 3D-koordinaatteja maan pinnalta sekä intensiteettiarvoja. Suomen valtakunnallinen laserkeilaus aloitettiin vuonna 2008 ja noin 180000 km2 oli keilattu vuoden 2012 loppuun mennessä. Vaikka päätarkoituksena on tuottaa tarkka digitaalinen korkeus/maastomalli (2 x 2 m2 ruutukoko) koko maasta, muutkin sovellukset, kuten metsätalous, hyötyvät tästä aineistosta. Tämä tutkimus käsittelee ilmasta tehtävän laserkeilauksen tarkkuutta, keilauskulman optimointia sekä intensiteetin kalibrointia. Laserkeilauksen tarkkuusarviointi on osoittanut, että menetelmän geometrinen tarkkuus täyttää valtakunnallisen digitaalisen korkeusmallin tuottamisen tarkkuusvaatimukset. Kun tutkittiin keilauskulman ja biomassan vaikutusta korkeusmallin tuottamiseen, huomattiin että olisi mahdollista kasvattaa valtakunnallisen laserkeilauksen havaintokulmaa. Vaikka korkeusmallin tarkkuus mahdollistaisi Suomen oloissa keilauskulman kasvattamisen, muut sovellukset eivät luultavasti hyötyisi tästä. Esimerkiksi tätä samaa aineistoa käytetään Suomen valtakunnallisessa metsien inventoinnissa. Laserkeilauksen intensiteetin suhteellista ja absoluuttista kalibrointia varten kehitettiin menetelmä. Siirrettävät referenssikohteet osoittivat käyttökelpoisuutensa intensiteetin kalibroinnissa. Intensiteetin kalibrointimenetelmää tulisi käyttää laserkeilausaineiston esikäsittelyssä. Tämän tuloksena intensiteettiarvojen käyttökelpoisuus kasvaisi käytännön sovelluksissa, kuten luokittelussa. Tämän väitöskirjan muodostaneet tutkimukset ovat jo käytännössä vaikuttaneet valtakunnallisen laserkeilauksen tarkkuusarvioinnissa. Intensiteetin kalibrointityö ja keilauskulman analysointi vaikuttanevat valtakunnalliseen laserkeilaukseen tulevina vuosina. Lisätutkimusta tarvitaan ilmasta tehtävän laserkeilauksen lentoparametrien optimoimiseksi monikäyttöistä valtakunnallista laserkeilausta varten

Calibration of laser scanning intensity data using brightness targets

The paper examines a radiometric calibration method used at the Finnish Geodetic Institute (FGI). The brightness calibration targets and calibration scheme of airborne laser scanner intensity data is observed. For calibrating laser scanner intensity data, FGI has developed a system that contains portable brightness targets (tarps) with nominal reflectance from 5% to 70%. Also commercially available gravels and sands were tested for the use of calibration. A laboratory system was set up to measure intensity values under controlled conditions. The paper introduces a concept of calibrating ALS intensity data developed at FGI. Article in English Lazerinio skenavimo intensyvumo duomenų kalibravimas taikant šviesos taikinius Santrauka. Aprašomas Suomijos geodezijos institute taikomas radijometrinis kalibravimo metodas. Analizuojama stebėtų kalibravimo taikinių šviesumas ir lazerinio skenavimo intensyvumo duomenys. Lazerinio skenavimo intensyvumui kalibruoti institute sukurta sistema, kurią sudaro kilnojami šviesos taikiniai su nominaliniu atspindžiu nuo 5 % iki 70 %. Kalibravimo tikslams taip pat išbandyti taikiniai iš įprastinių žvyrų ir smėlių. Intensyvumo reikšmėms išmatuoti kontroliuojamose sąlygose buvo įkurta speciali laboratorija.

Transmittance of Airborne Laser Scanning Pulses for Boreal Forest Elevation Modeling

Peer reviewe

Remote Sensing methods for power line corridor surveys

AbstractTo secure uninterrupted distribution of electricity, effective monitoring and maintenance of power lines are needed. This literature review article aims to give a wide overview of the possibilities provided by modern remote sensing sensors in power line corridor surveys and to discuss the potential and limitations of different approaches. Monitoring of both power line components and vegetation around them is included. Remotely sensed data sources discussed in the review include synthetic aperture radar (SAR) images, optical satellite and aerial images, thermal images, airborne laser scanner (ALS) data, land-based mobile mapping data, and unmanned aerial vehicle (UAV) data. The review shows that most previous studies have concentrated on the mapping and analysis of network components. In particular, automated extraction of power line conductors has achieved much attention, and promising results have been reported. For example, accuracy levels above 90% have been presented for the extraction of conductors from ALS data or aerial images. However, in many studies datasets have been small and numerical quality analyses have been omitted. Mapping of vegetation near power lines has been a less common research topic than mapping of the components, but several studies have also been carried out in this field, especially using optical aerial and satellite images. Based on the review we conclude that in future research more attention should be given to an integrated use of various data sources to benefit from the various techniques in an optimal way. Knowledge in related fields, such as vegetation monitoring from ALS, SAR and optical image data should be better exploited to develop useful monitoring approaches. Special attention should be given to rapidly developing remote sensing techniques such as UAVs and laser scanning from airborne and land-based platforms. To demonstrate and verify the capabilities of automated monitoring approaches, large tests in various environments and practical monitoring conditions are needed. These should include careful quality analyses and comparisons between different data sources, methods and individual algorithms

Review on Active and Passive Remote Sensing Techniques for Road Extraction

Digital maps of road networks are a vital part of digital cities and intelligent transportation. In this paper, we provide a comprehensive review on road extraction based on various remote sensing data sources, including high-resolution images, hyperspectral images, synthetic aperture radar images, and light detection and ranging. This review is divided into three parts. Part 1 provides an overview of the existing data acquisition techniques for road extraction, including data acquisition methods, typical sensors, application status, and prospects. Part 2 underlines the main road extraction methods based on four data sources. In this section, road extraction methods based on different data sources are described and analysed in detail. Part 3 presents the combined application of multisource data for road extraction. Evidently, different data acquisition techniques have unique advantages, and the combination of multiple sources can improve the accuracy of road extraction. The main aim of this review is to provide a comprehensive reference for research on existing road extraction technologies.Peer reviewe

Tarkkuuden, keilauskulman optimoinnin ja intensiteetin kalibroinnin näkökulmia valtakunnallisen laserkeilauksen kannalta

Airborne laser scanning is a technique that produces three-dimensional coordinates of the Earth’s surface as well as generating intensity values. Nationwide airborne laser scanning was launched in Finland in 2008 and some 180 000 km2 had been scanned by the end of 2012. While the main goal in this endeavour is to produce an accurate digital elevation/terrain model (2 x 2 m2 grid size) of the whole of the country, other applications, e.g. forestry, will benefit from the data as well. This study deals with the accuracy of airborne laser scanning, the optimization of the scanning angle, and the calibration of intensity. Accuracy assessments of airborne laser scanning have shown that the geometric accuracy of the method can fulfill the accuracy requirements for producing a nationwide digital elevation model with a grid of 2 x 2 m2. When studying the effect of scanning angle and biomass on elevation modeling capability, it was found that it would be possible to increase the scanning angle applied in Finland’s nationwide laser scanning. Even though the accuracy of the elevation model in the conditions prevailing in Finland allows increasing of the scanning angle, other applications would most probably not benefit from this. For example, these same data are sometimes used in nationwide forest inventory in Finland. A method for relative and absolute calibration of airborne laser scanning intensity was developed. The portable reference targets have proved their usefulness for calibration purposes. An intensity correction method should be used in pre-processing the airborne laser data. As a result of this, the usability of the intensity values may increase in practical applications, such as in classification. The studies constituting this dissertation have already impacted on the practical aspects of the nationwide airborne laser scanning dealing with accuracy assessment, the work done in the field of intensity calibration, and scanning angle analysis may have a further impact on nationwide laser scanning in the coming years. The optimization of airborne laser scanning flight parameters for multi-use nationwide laser scanning is a topic deserving further research.Ilmasta tehtävä laserkeilaus tuottaa 3D-koordinaatteja maan pinnalta sekä intensiteettiarvoja. Suomen valtakunnallinen laserkeilaus aloitettiin vuonna 2008 ja noin 180000 km2 oli keilattu vuoden 2012 loppuun mennessä. Vaikka päätarkoituksena on tuottaa tarkka digitaalinen korkeus/maastomalli (2 x 2 m2 ruutukoko) koko maasta, muutkin sovellukset, kuten metsätalous, hyötyvät tästä aineistosta. Tämä tutkimus käsittelee ilmasta tehtävän laserkeilauksen tarkkuutta, keilauskulman optimointia sekä intensiteetin kalibrointia. Laserkeilauksen tarkkuusarviointi on osoittanut, että menetelmän geometrinen tarkkuus täyttää valtakunnallisen digitaalisen korkeusmallin tuottamisen tarkkuusvaatimukset. Kun tutkittiin keilauskulman ja biomassan vaikutusta korkeusmallin tuottamiseen, huomattiin että olisi mahdollista kasvattaa valtakunnallisen laserkeilauksen havaintokulmaa. Vaikka korkeusmallin tarkkuus mahdollistaisi Suomen oloissa keilauskulman kasvattamisen, muut sovellukset eivät luultavasti hyötyisi tästä. Esimerkiksi tätä samaa aineistoa käytetään Suomen valtakunnallisessa metsien inventoinnissa. Laserkeilauksen intensiteetin suhteellista ja absoluuttista kalibrointia varten kehitettiin menetelmä. Siirrettävät referenssikohteet osoittivat käyttökelpoisuutensa intensiteetin kalibroinnissa. Intensiteetin kalibrointimenetelmää tulisi käyttää laserkeilausaineiston esikäsittelyssä. Tämän tuloksena intensiteettiarvojen käyttökelpoisuus kasvaisi käytännön sovelluksissa, kuten luokittelussa. Tämän väitöskirjan muodostaneet tutkimukset ovat jo käytännössä vaikuttaneet valtakunnallisen laserkeilauksen tarkkuusarvioinnissa. Intensiteetin kalibrointityö ja keilauskulman analysointi vaikuttanevat valtakunnalliseen laserkeilaukseen tulevina vuosina. Lisätutkimusta tarvitaan ilmasta tehtävän laserkeilauksen lentoparametrien optimoimiseksi monikäyttöistä valtakunnallista laserkeilausta varten