1
Laserové skenování České
republiky
Státní mapová díla (11)
Rapant, P. (2010), http://www.cuzk.cz
Brázdil, K. (2012), Nový výškopis ČR
Projekt tvorby nového výškopisu
území České republiky
 letecké laserové technologie nahrazují
dosavadní metody tvorby 3D dat
 není oficiálně (tj. ve vyhlášce) deklarováno
jako státní mapové dílo
 nejnovější, nejrychlejší a nejnákladnější
technologie
 výškopisné databáze jsou potřebné v
systémech veřejné správy a také pro další
státní mapová díla
Další aplikace výškopisu
 plánování a projektování výstavby
pozemních, dopravních a
vodohospodářských staveb
 řízení opatření na úseku ochrany ŽP
 plánování a organizování zemědělské výroby
 koncepční plánování a projektování rozvoje
obcí
 šíření signálu např. u mobilních operátorů
 tvorba 3D modelů, krizové řízení, vojenské
operace, použití letecké záchranné služby
 atd.
Proč nová výškopisná data
 současná data jsou místy zastaralá (zejména
v určitých územích typech)
 svou přesnosti a kvalitou limituji rozvoj
geoinformačních a řídících systémů
 proto vznikl projekt noveho mapovani
vyškopisu ČR
 umožní tvorbu DTM i DSM (resp. DMP)
 současný stav výškopisných DB je na
následujícím snímku
Současný stav výškopisných DB v
ČR
Název
databáze
Obsah Střední chyba výšky (σz)
ZABAGED® –
výškopis
Vektorizované vrstevnice ZM 10 uložené jako
3D objekty ve formátu DGN.
0,7–1,5 m v odkrytém terénu
1–2 m v intravilánech
2–5 m v zalesněných územích
ZABAGED® –
zdokonalený
výškopis
aktualizované a zpřesněné vrstevnice ZM 10,
doplněné o terénní hrany náspů,
výkopů, břehů, nádrží apod.
0,7–1,5 m v odkrytém terénu
1–2 m v intravilánech
2–5 m v zalesněných územích
ZABAGED® –
mříž 10 × 10
m
Odvozený model z databáze ZABAGED® –
zdokonalený výškopis do formy mříže
(GRID) 10 × 10 m
0,7–1,5 m v odkrytém terénu
1–2 m v intravilánech
2–5 m v zalesněných územích
ZABAGED® –
mříž 10 × 10
m
Výškový model ve formě mříže (GRID) 100 ×
100 m
3–5 m v odkrytém terénu
5–8 m v intravilánech
10–15 m v zalesněných územích
DMR 3.
generace
Výškový model ve formě nepravidelné sítě TIN
získaný stereofotogrammetrickou
metodou
1–2 m v odkrytém terénu
1–2 m v intravilánech
3–7 m v zalesněných územích
Stručné zhodnocení stavu
 DMR 3. generace vytvořilo MO ČR
stereofotogrammetrickým mapováním v letech
2003 až 2008
 všechny ostatní v tabulce uvedené výškopisné
databáze vycházejí z :
 z vojenského topografického mapování ČSSR
prováděného v letech 1952 až 1957 pro vojenskou
topografickou mapu v měřítku 1:25000
 následně z mapování pro topografickou mapu v
měřítku 1:10000 vytvářenou společně civilní i
vojenskou zeměměřickou službou ČSSR v letech
1957 až 1971
2
Stručné zhodnocení stavu
 i přes následné aktualizace a modifikace se však
nepodařilo udržet homogenitu a aktuálnost
uvedených výškopisných databází
 jedním z hlavních nedostatků současných
digitálních modelů reliéfu je jejich nedostatečná
přesnost a vysoká míra generalizace
 ta neumožňuje s požadovanou přesností
interpretovat objekty mikroreliéfu ani prostorově
lokalizovat jiné geografické objekty v
třídimenzionálních geografických informačních
systémech
Stručné zhodnocení stavu
 dosud postrádaným produktem je digitální
model povrchu (DMP)
 již delší dobu je požadován zejména v
resortech MO ČR, Ministerstva vnitra ČR a
Ministerstva dopravy ČR k zajištění tvorby
mezinárodních databází standardů ICAO
(International Civil Aviation Organization) pro
účely řízení letecké dopravy na území ČR
Projekt nového mapování
výškopisu
 na základě vyhodnocení:
 uživatelských potřeb výškopisných dat z
území celé ČR
 zhodnocení možných metod tvorby a
aktualizace výškopisných databází
 bylo navrženo zajistit tvorbu nového
výškopisu ČR metodou leteckého laserového
skenování
Letecký laserový skener (LLS)
 rozmítá laserový paprsek v rovině přibližně
kolmé na dráhu letu
 měří vzdálenosti od skeneru k pozemním
bodům,
 s frekvenci až 160 000 měření za vteřinu,
 je schopen zaměřit až 160 řad výškových
bodů za vteřinu
 s 1000 výškovými body v každé řadě
 výsledným produktem jsou soubory (mračna)
výškových bodů
Hlavní charakteristiky projektu
 kvalita LLS je základním předpokladem pro
dosažení požadovaných parametrů
výsledných produktů
 ovlivňují ji zejména:
 výška letu
 rychlost letu
 stabilita letu
 meteorologické a klimatické podmínky a
 parametry laserového skeneru
Hlavní charakteristiky projektu
 navrhuje se provádět letecké laserové skenování
maximalně ze střední výšky 1500 m nad
terénem
 reálně lze dosáhnout hustoty měření až 1
bod/m2
 přibližně 10 až 25 % paprsků pronikne lesním
porostem
 provádění leteckého laserového skenování
převážně v mimovegetačním období
 základní parametry letů jsou zřejmé z
následujícího obrázku a z udajů uvedených v
tabulce
3
Hlavní charakteristiky projektu
Obr. 1. Parametry leteckého laserového skenování.
Hlavní charakteristiky projektu
Parametr Hodnoty
Nadmořská výška letu (letová hladina) (H) 1800 m 2100 m 2400 m
Střední výška letu nad terénem (h) 1500 m 1500 m 1250 m
Minimální nadmořská výška skenovaného území (H3) 100 m 400 m 700 m
Střední nadmořská výška skenovaného území (H2) 300 m 600 m 1150 m
Maximální nadmořská výška skenovaného území (H1) 500 m 800 m 1600 m
Vzdálenost letových drah (a) 833 m 833 m 769 m
Překryt skenování (q) 45 – 59 % 45 – 59 % 30 – 64 %
Maximální vychýlení paprsku (Θmax) 30° 30° 30°
Minimální délka paprsku v nadiru (h1) 1300 m 1300 m 800 m
Maximální délka paprsku v nadiru (h3) 1700 m 1700 m 1700 m
Minimální radiální vzdálenost (r1) 750,5 m 750,5 m 462,0 m
Maximální radiální vzdálenost (r3) 981,5 m 981,5 m 981,5 m
Maximální délka paprsku na okraji skenování (d3) 1963 m 1963 m 1963 m
Hlavní charakteristiky projektu
 parametry uvedené v tabulce zajišťují, že pro
území o nadmořské výšce od 100 do 800 m bude
dosažen průměrný překryt skenování 52 %
 skenování po blocích o rozměrech až 10 × 30 km
v závislosti na vertikální členitosti skenovaného
území
 jednotlivé bloky budou skenovány v závislosti na
převládající nadmořské výšce území v bloku v
jedné z následujících letových hladin (tj. z
absolutních výšek letu) 1800 m n. m., 2100 m n.
m. a 2400 m n. m.
Digitální výškopisné produkty
 Digitální model reliéfu území České
republiky 4. generace (DMR 4G)
 ve formě mříže (GRID) 5 × 5m se střední
chybou výšky
 σz = 0,30 m v odkrytém terénu a
 σz = 1 m v zalesněném terénu
 bude vytvářen po částech území ČR, kde již
proběhne letecké laserové skenování
 v termínech vždy do půl roku po naskenování
příslušného území
 z celého území ČR bude vytvořen do jednoho
roku po ukončení skenování
Výsledné výškopisné produkty
 Digitální model reliéfu území České
republiky 5. generace (DMR 5G)
 ve formě nepravidelné sítě vybraných
výškových bodů (TIN) se střední chybou výšky
 σz = 0,18 m v odkrytém terenu a
 σz = 0,3 m v zalesněném terénu
 bude vytvořen do tří let po ukončení
snímkování celého území ČR, tedy do konce
roku 2015
 bude vytvářen postupně v částech území, kde
již proběhne skenování, a to v termínech do
dvou let po naskenování tohoto území
Výsledné výškopisné produkty
 Digitální model povrchu území České
republiky 1. generace (DMP 1G)
 ve formě nepravidelné sítě vybraných
výškových bodů (TIN) se střední chybou výšky
 σz = 0,4 m pro přesně prostorově vymezené
objekty (budovy)
 σz = 0,7 m pro objekty přesně neohraničené (lesy
a další prvky rostlinného půdního krytu)
 tento model bude vytvořen do tří let po
ukončení skenování území ČR
 bude vytvářen postupně v částech území, kde
již proběhne skenování, a to v termínech do
dvou let po naskenování tohoto území
4
Postupy zpracování výškopisných
dat
 bude zajišťovat zeměměřický odbor
Zeměměřického úřadu v Pardubicích ve
spolupráci s oddělením fotogrammetrie
Vojenského geografického a
hydrometeorologického úřadu v Dobrušce
 jako základní technologické vybavení se
předpokládá využívat především softwarové
nástroje ze skupiny programů SCOP++ z
produkce německé firmy INPHO GmbH a
software a nadstavby ArcGIS z produkce
firmy ESRI
Postupy zpracování výškopisných
dat
 pro DMR 5G bude na území ČR zaměřeno
cca 800 komparačních základen
 zpravidla horizontální bodové mikropole o
rozměrech cca 100 × 100m se zaměřenou
sítí výškových bodů v mříži obvykle 10 × 10m
a se zaměřenými významnými vodorovnými
hranami vybraných objektů, například budov
nebo bazénů
Postupy zpracování výškopisných
dat
 vstupními daty pro vytvoření výškopisných
modelů budou:
 data z leteckého laserového skenování
 ortofoto ČR
 současné výškopisné databáze
 geodeticky zaměřená data z komparačních
zakladen
 případně další geodeticky zaměřená
výškopisná data
Postupy zpracování výškopisných
dat
 základním technologickým postupem při
zpracování výškopisných dat je
automatizovana filtrace dat s využitím
programu SCOP++ LIDAR
 automatizovaná separace zaměřených
výškových bodů ze vstupních mračen dat do
čtyř samostatných datových souborů:
 odrazy od země
 odrazy od staveb
 odrazy od vegetace
 chybné odrazy od objektů mimo zemský
povrch
Postupy zpracování výškopisných
dat
 odhalení hrubých chyb s využitím
dosavadních výškopisných modelů
 identifikace prostorů s nadměrnými rozdíly
současného a nového výškového modelu
 takové prostory budou individuálně
posuzovány tak, aby již pro generování DMR
4G byly odhaleny a opraveny hrubé chyby
způsobené zejména neprostupností
laserového paprsku hustým lesním porostem
Postupy zpracování výškopisných
dat
 k zajištění požadované kvality DMR 5G a
DMP 1G budou data celoplošně manuálně
kontrolována a interaktivně opravována
 základními nástroji budou programy DT
Master ze skupiny programů SCOP++ a
ArcGIS Spatial Analyst a ArcGIS 3D Analyst
ze skupiny programů ESRI
5
Postupy zpracování výškopisných
dat
 datovými zdroji budou:
 výškopisná data po hrubé filtraci
 vytvořený stínovaný model reliéfu
 ortofoto ČR
 případné další aktuální informační podklady
Postupy zpracování výškopisných
dat
 výsledné produkty DMR 4G, DMR 5G a DMP 1G
budou transformovány do souřadnicových
referenčních systémů S-JTSK a WGS 84/UTM
 budou “rozřezány” do standardizovaných
ukládacích jednotek
 v případě uložení dat v S-JTSK bude základní
ukládací jednotkou prostor o velikosti 2 x 2,5 km
vymezený kladem statní mapy 1 : 5 000 (SM 5)
 v případě uložení dat v referenčním
souřadnicovém systému WGS 84/UTM se
předpokládá data ukládat po blocích o velikosti 10
x 10 km vymezených rovinnou souřadnicovou sítí
WGS 84/UTM
Postupy zpracování výškopisných
dat
 jednotlivé datové modely a sady dat budou
ukládány na diskových polích v databázi
Oracle
 s využitím aplikace řízení dat Top DM z
produkce německé firmy INPHO GmbH ta
zajišťuje:
 “bezešvé” nahlížení výškopisných dat
 provádění výběrů dat podle uživatelských
požadavků i
 zápis a organizaci nezbytných metadat
Sektory zpracování LLS
Sektory zpracování dat
 postup skenování předchází státnímu digitálnímu
leteckému měřickému snímkování území ČR v
rozlišení 0,20 - 0,25 m v terénu, které bude
realizováno rovněž v tříletém intervalu v letech 2010
až 2012
 Letecké laserové skenování a zpracování
výškopisných dat do formy DMR 4G bylo zahájeno již
v roce 2009 na pásmu Střed
 data DMR 4G byly použity pro ortogonalizaci
leteckých měřických snímků a tvorbu Ortofota ČR na
Pasmu Střed již v roce 2010
 v dalších dvou letech pak budou vytvořeny DMR 4G
v Pasmu Západ a Pásmu Východ
Hlavní zásady normalizace
 produkty budou zpracovány podle jednotných
pravidel na celém území ČR
 budou zpracovány v souřadnicových
referenčních systémech WGS 84/UTM a SJTSK
a ve výškovém systému Baltském – po
vyrovnání (Bpv)
 navržená formální struktura datových bází TIN
a GRID bude odpovídat základním
požadavkům mezinárodních standardů OGC
 k jednotlivým datovým sadám budou vedena
metadata v souladu s požadavky ISO 19115
6
Zásady spolupráce ČÚZK s Mze
ČR a MO ČR
 „Dohoda o spolupráci při tvorbě digitálních
databází výškopisu území České republiky“
 ČÚZK zajistí projektovou přípravu leteckého
laserového skenování a organizaci spolupráce
s MO ČR a MZe ČR
 ČÚZK zajistí v letech 2009 – 2015 zpracování
laserových dat do formy výsledných databází
výškopisu v rozsahu tří čtvrtin území ČR
 MZe ČR se bude podílet na úhradě nákladů
na letecké laserové skenování formou
pronájmu leteckého laserového skeneru.
Zásady spolupráce ČÚZK s Mze
ČR a MO ČR
 MO ČR zajistí v letech 2009 – 2012 realizaci
leteckého laserového skenování svými
odbornými kapacitami a letadlem typu L 410
FG. Dále zajistí v letech 2009 – 2015
zpracování laserových dat do formy
výsledných digitálních databází výškopisu v
rozsahu jedné čtvrtiny území ČR.
 MO ČR se bude po celou dobu řešení úkolu,
tj. v období let 2009–2015, podílet na přípravě
technologií pro zpracování dat leteckého
laserového skenování
Závěr
 budou vytvořeny zcela nové výškopisné
databáze o území ČR
 DMR 5G se stane základní a trvale
aktualizovanou výškopisnou databází
 budou z ní generovány odvozené výškopisné
produkty a databáze pro různé aplikace a
informační systémy veřejné správy ČR
Závěr
 významných efektů bude dosaženo při
aplikaci přesných výškopisných modelů v
oblastech
 rozvoje krizového řízení
 nové výškopisné modely umožní rozvoj a
uplatnění simulačních technologií a
trenažérové techniky při výcviku na plnění
úkolů krizového charakteru
Závěr
 v resortech MŽP ČR a MZe ČR umožní DMR
5G například:
 výpočty objemů srážek a odtoků z povodí,
 přesné vymezení záplavových území,
 zpřesnění průběhů vodních toků včetně jejich
spadů a odtokových charakteristik
 stanovení odtokových směrů vod a na jejich
základech efektivní ovlivňování zemědělské
výroby včetně užívání chemických hnojiv a tím
zvýšení ochrany povrchových i podzemních
vod
Závěr
 resortu MMR ČR, resortu MD ČR a orgánům
územní samosprávy bude poskytnut jeden z
nejdůležitějších územně analytických
podkladů
 pro plánování a projektování pozemní,
dopravní a vodohospodářské výstavby v jejich
působnosti.
7
Závěr
 V resortu ČÚZK umožní kvalitní výškopis:
 tvorbu nové generace ortofot ČR s rozlišením
0,25 m v území s absolutní polohovou
přesností lepší než 0,5 m
 následně pak i zvýšení přesnosti Základní
báze geografických dat České republiky
(ZABAGED) až o 50 % současné polohové
přesnosti
 v neposlední řadě bude zkvalitněna tvorba
vrstevnic ve státních mapových dílech v
měřítku 1 : 5 000 a 1 : 10 000
Závěr
 četným uživatelům ve státní správě i územní
samosprávě budou poskytnuty přesnější a
kvalitnější kartografické podklady a
geografické databáze pro územně
orientované plánování a řízení rozvoje v jejich
působnosti
Hustota mračna bodů
 minimální hustota bodu je 1 bod/m2
 průměrná hustota bodu je 1,5 bodu/m2
Příklad mračna bodů
Očekávané výsledky leteckého
laserového skenování ČR
 DMR 4G ve formě mříže 5 x 5 m (GRID) s úplnou střední chybou výšky
0.30 m v odkrytém terénu a 1 m v zalesněném terénu (výsledek
předběžného automatizovaného zpracování)
 Termín: konec roku 2013
 DMR 5G ve formě nepravidelné sítě bodů (TIN) s úplnou střední
chybou výšky 0.18 m v odkrytém terénu a 0.30 m v zalesněném terénu
(finální poloautomatické zpracování dat)
 Termín: konec roku 2015
 DMP 1G ve formě nepravidelné sítě bodů (TIN) s úplnou střední
chybou výšky 0.4 m pro přesně vymezené objekty a 0.7 m pro objekty
přesně neohraničené (lesy a další prvky rostlinného půdního krytu)
 Termín: konec roku 2015
Ukázka dat – DMR 4G
8
Ukázka dat – DMR 5G Ukázka dat – DMP 1G
Ukázka dat – DMP 1G Výškopis dat z laserscanningu
Ortofoto ČR
 rovněž není podle legislativy součástí SMD, i
když má obdobný charakter
 snímkování probíhá v tříletém cyklu, od 1.
dubna 2010 jsou k dispozici aktualizovaná
ortofota jedné třetiny republiky – tzv. pásmo
východ v rozlišení 0,25 m (v návaznosti na
laserové letecké skenování)
Ortofoto ČR
 sada barevných ortofot v rozměrech kladu
mapových listů Státní mapy 1 : 5 000 (tj.
2 × 2,5 km)
 barevné vyrovnání
 zdánlivě bezešvé (švy jsou vedeny po
přirozených liniích)
 ortofoto do r. 2008 má prostorové rozlišení 50
cm, od roku 2009 pak 25 cm, od roku 2010 již
20 až 25 cm
 dohoda mezi ČÚZK, VGHMÚř (resp. MO),
Mze
9
Ortofoto ČR
 princip snímkování ČR vždy 1/3 každý rok
platí od roku 2003
 na MZe využíván v rámci systému LPIS
 viz http://www.lpis.cz/
 od roku 2005 publikováno pomocí WMS
 150,- Kč za výdejní jednotku (+ přirážky)
 S-JTSK, WGS 84 / UTM zone 33N
 JPG(JTSK), JPG(UTM), MrSID(JTSK),
MrSID(UTM)
 4,40 MB; 5000 × 4000 pixelů
Aktualizace ortofoto
Aktualizace ortofoto Maximální rozlišení (2008)