Výškopisná data ČR – laserové skenování Státní mapová díla (3) Stav výškopisných DB v ČR před LS 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® – grid10 × 10 m Odvozený model z databáze ZABAGED® – zdokonalený výškopis do formy gridu (GRID) 10 × 10 m 0,7–1,5 m v odkrytém terénu 1–2 m v intravilánech 2–5 m v zalesněných územích ZABAGED® – Grid 100 × 100 m Výškový model ve formě gridu (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 MO Východiska projektu nDMR 3. generace vytvořilo MO ČR stereofotogrammetrickým mapováním v letech 2003 až 2008. nvšechny ostatní v tabulce uvedené výškopisné databáze vycházejí z : nz vojenského topografického mapování ČSSR prováděného v letech 1952 až 1957 pro vojenskou topografickou mapu v měřítku 1:25 000. nnásledně z mapování pro topografickou mapu v měřítku 1:10 000 vytvářenou společně civilní i vojenskou zeměměřickou službou ČSSR v letech 1957 až 1971. Východiska projektu ni přes následné aktualizace a modifikace se však nepodařilo udržet homogenitu a aktuálnost uvedených výškopisných databází. njedním z hlavních nedostatků současných digitálních modelů reliéfu je jejich nedostatečná přesnost a vysoká míra generalizace. nta neumožňuje s požadovanou přesností interpretovat objekty mikroreliéfu ani prostorově lokalizovat jiné geografické objekty v třídimenzionálních geografických informačních systémech. Východiska projektu ndosud postrádaným produktem je digitální model povrchu (DMP) njiž 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 nna základě vyhodnocení: nuživatelských potřeb výškopisných dat z území celé ČR. nzhodnocení možných metod tvorby a aktualizace výškopisných databází. nbylo navrženo zajistit tvorbu nového výškopisu ČR metodou leteckého laserového skenování. Projekt tvorby nového výškopisu území České republiky nletecké laserové technologie nahrazují dosavadní metody tvorby 3D dat. nnení oficiálně (tj. ve vyhlášce) deklarováno jako státní mapové dílo. nnejnovější, nejrychlejší a nejnákladnější technologie. nvýškopisné databáze jsou potřebné v systémech veřejné správy a také pro další státní mapová díla. Proč nová výškopisná data nsoučasná data jsou místy zastaralá (zejména v určitých územích typech). nsvou přesnosti a kvalitou limituji rozvoj geoinformačních a řídících systémů; nproto vznikl projekt noveho mapováni vyškopisu ČR. numožní tvorbu DMT i DMP. Další aplikace výškopisu nplánování a projektování výstavby pozemních, dopravních a vodohospodářských staveb nřízení opatření na úseku ochrany ŽP nplánování a organizování zemědělské výroby nkoncepční plánování a projektování rozvoje obcí nšíření signálu např. u mobilních operátorů ntvorba 3D modelů, krizové řízení, vojenské operace, použití letecké záchranné služby natd. Digitální model terénu (DMT) Digitální model povrchu (DMP) Digitální model terénu (DMT) http://sluzby.geodis.cz/uploads/obrazky/laserscan/plna_velikost/DTM_LeicaALS50II.jpg Digital Terrain Model (DTM) Digitální model povrchu (DMP) http://sluzby.geodis.cz/uploads/obrazky/laserscan/plna_velikost/DSM_LeicaALS50II.jpg Digital Surface Model (DSM) Letecký laserový skener (LLS) nrozmítá laserový paprsek v rovině přibližně kolmé na dráhu letu. nměří vzdálenosti od skeneru k pozemním bodům, nvýsledným produktem jsou soubory (mračna) výškových bodů Mračno bodů – ukázka http://sluzby.geodis.cz/uploads/obrazky/fotka_mesice/cov1.jpg Mračno bodů – ukázka http://www.datasystem.cz/datafiles/images/laser/obr11.png Hlavní charakteristiky projektu nkvalita LLS je základním předpokladem pro dosažení požadovaných parametrů výsledných produktů novlivňují ji zejména: nvýška letu nrychlost letu nstabilita letu nmeteorologické a klimatické podmínky a nparametry laserového skeneru Hlavní charakteristiky projektu nBylo navrženo provádět letecké laserové skenování maximalně ze střední výšky 1500 m nad terénem; nreálně přitom lze dosáhnout hustoty měření až 1 bod/m2; npřibližně 10 až 25 % paprsků pronikne lesním porostem; nprovádění leteckého laserového skenování převážně v mimo-vegetačním období; nzákladní parametry letů jsou zřejmé z následujícího obrázku a z udajů uvedených v tabulce . Hlavní charakteristiky projektu nObr. 1. Parametry leteckého laserového skenování. lls.png 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 nparametry uvedené v tabulce zajišťují, že pro území o nadmořské výšce od 100 do 800 m bude dosažen průměrný překryt skenování 52 % nskenování po blocích o rozměrech až 10 × 30 km v závislosti na vertikální členitosti skenovaného území njednotlivé 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. Možnosti využití laserového snímání povrchu pro vodohospodářské účely (Uhlířová a Zbořil, 2009 = VÚV TGM) nCíl: nzpřesnění polohy os vodních toků, nidentifikace příčných překážek v korytě toku nposouzení vhodnosti použití dat LLS v příbřežních zónách jako vstupu do 1D nebo 2D hydrodynamických modelů pro stanovení záplavových území. nExperimentální sběr dat z výšky 1200 – 1500 m a hustota mračna je cca 1,2 bod/m2. nPoskytnuty sady dat: nKlasifikované mračno bodů (1,2 bod/m2) – např. vrstva terén, budovy, vegetace atd., střední souřadnicová chyba - 0,18 m. nDigitální model reliéfu (5 x 5 m), střední souřadnicová chyba - 0,30 m. n Možnosti využití laserového snímání povrchu pro vodohospodářské účely (Uhlířová a Zbořil, 2009) Analýza možností zpřesnění geometrie vodního toku V datech LLS jsou velmi dobře rozpoznatelná koryta toků. Ukázalo se, že polohová přesnost současných dat vodních toků je v porovnání s daty LLS podstatně nižší. Rozdíl činí místy až 20 metrů. Odlišnosti mohou mít několik příčin: • datasety ZABAGED^® a DIBAVOD odpovídají generalizací zákresu měřítku 1 : 10 000 • nepřesnosti digitalizace v důsledku neprůzornost hustým vegetačním doprovodem toku na ortofotosnímku • jiné chyby. Na obr. 2 je znázorněn jeden z případů, kdy osa vodního toku současné databáze neprochází osou koryta a na několika místech je i mimo koryto, Koryto toku je dobře zřetelné jak z mezer mezi body LLS, tak z vytvořeného modelu TIN. Důvodem je v tomto případě neprůhlednost doprovodné vegetace na ortofotosnímku. Z analýzy dat vyplývá, že data LLS mohou být vhodným zdrojem pro zpřesnění průběhů os malých vodních toků a zjištění břehových čar plošných vodních toků. V současné době je vyvíjen postup automatické generace os toků z DMT z dat LLS. Možnosti využití laserového snímání povrchu pro vodohospodářské účely (Uhlířová a Zbořil, 2009) Identifikace příčných stupňů ve vodního toku K nalezení příčných stupňů je nezbytnou podmínkou přesná osa toku a co nejpřesnější model terénu, to znamená TIN z mračna bodů vrstvy terén. Obr. 3 zobrazuje TIN úseku toku se dvěmi stupni (převýšení 0,5 a 0,7 m) včetně jejich detailů. Hodnoty u bodů s krokem cca 5 m označují nadmořskou výšku (vpravo) a výškový rozdíl od níže položeného bodu (vlevo). Červeně jsou zvýrazněny body nejblíže stupňům. V pravém dolním rohu je fotografie horního stupně (0,7 m). Součástí obrázku je i podélný profil hladiny toku zobrazeného úseku, kde stupně tvoří znatelné skoky. Takto se podařilo stanovit všechny 3 stupně. Obtížnější bylo určení skluzu o výšce cca 0,3 m, který je umístěn necelé 3 m od neodfiltrovaného mostu. I přes tuto okolnost se podařilo stupeň identifikovat. Z výsledků vyplývá, že na základě dat LLS lze nalézt příčné překážky s výškou od 0,3 m. Dalším záměrem bude metodu zautomatizovat a uplatnit ji na tocích různého charakteru. Vyhodnocení záplavového území (Uhlířová a Zbořil, 2009) nFotogrammetrie, LLS, ZABAGED Podklad pro stanovení záplavových území LLS patří vedle klasického geodetického zaměření profilů koryta toku a údolních profilů a fotogrammetrického mapování inundací k základním metodám pořizování geodetických podkladů pro hydraulické modely. Stále rostoucí přesnost a hustota dat LLS si klade otázku, zda by mohla tato data alespoň částečně nahradit finančně a technicky náročné geodetické zaměření. V zájmovém území je možno přistoupit k vzájemnému porovnání výškopisných dat, neboť v roce 2002 byla na toku Dědina stanovena záplavová území a mezi geodetické podklady patřilo fotogrammetrické mapování (pouze dolní část toku) a geodetické zaměření podrobných profilů koryta toku i údolních profilů (rok 1999). Celou situaci včetně následně popsaných srovnání zobrazuje obr. 4. V oblasti, kde je k dispozici nejvíce výškopisných dat, byly provedeny analýzy různých DMR vzniklých na základě leteckého laserového skenování (označeno LLS), fotogrammetrie (FOT) a ZABAGED^® zdokonaleného výškopisu (ZAB). Vzhledem k podrobnosti porovnávaných dat (FOT - vzdálenost bodů cca 1 m až 20 m, ZAB - grid 10 m, LLS - grid 5 m) bylo rozlišení rozdílových rastrů stanoveno na 5 m. Výsledné rozdíly jsou barevně znázorněny v pravé části obr. 4. Vyplývá z nich, že LLS je průměrně 0,36 m pod úrovní FOT se směrodatnou odchylkou 0,33 m. Kladné hodnoty v levé části jsou způsobeny chybou vzniklou při testovacím skenování. Rozdíly LLS a ZABAGED^® jsou výraznější a nahodilejší, střední hodnota rozdílu je také -0,36 m a směrodatná odchylka je 0,56 m. Jak se dalo očekávat, větší rozdíly jsou patrné především v místech koryta toku, a to zejména v porovnání se ZABAGED^®. Výškopis ZABAGED^® nezahrnuje geometrii koryt menších toků. Možnosti využití laserového snímání povrchu pro vodohospodářské účely (Uhlířová a Zbořil, 2009) Další srovnání se týkalo přímo příčných profilů toku a inundací. V celém úseku bylo k dispozici asi 40 geodeticky zaměřených profilů, jejichž průměrná vzdálenost byla cca 200 m. Nadmořské výšky všech dostupných zdrojů byly vztaženy k polohovému umístění jednotlivých geodeticky zaměřených bodů. Porovnány byly nadmořské výšky z geodetického zaměření (GEO), laserového leteckého snímání (LLS), fotogrammetrického mapování (FOT) a z gridu ZABAGED^® 10 x 10 m zdokonalený výškopis (ZAB). Kromě toho byl přidán další profil z dat LLS (krok 0,5 m), aby se zjistilo, jak LLS vystihuje lomové terénní linie koryta a inundačního území. Obr. 4 obsahuje ve své dolní části 4 charakteristické příčné profily z různých oblastí. Dochází k uspokojivé shodě LLS a GEO. Ve většině případů leží výška změřená fotogrammetricky nad a výška změřená laserovým skenováním pod geodetickým zaměřením. V oblasti fotogrammetrie se průměrné rozdíly výšek v korytě pohybují kolem 0,36 m GEO - LLS a 0,57 m FOT - GEO. Pro inundační území jsou tyto hodnoty cca 0,25 m v obou případech (profily A a B). Ve střední části se hodnoty LLS pohybují 0,30 – 0,40 m pod hodnotami GEO (profil C). Naopak k výborné shodě došlo u profilů v horní části toku - údolí v lese (profil D). Profilům ze ZABAGED^® odpovídá menší měřítko i rozlišení rastru 10 metrů. Výsledky porovnání digitálních modelů terénu i profilů mohou ukazovat na systematickou chybu LLS. Je třeba brát v úvahu, že tvary koryt určené geodeticky nemusí být vzhledem ke svému pořízení v roce 1999 úplně aktuální. Kromě analýzy rozdílů různých DMR byly z dat LLS vygenerovány vrstevnice (equidistanta 2 m) a porovnány se současnými vrstevnicemi ZABAGED^®. Výsledné mapky, vztahující se k rozdílnému využití území (les, orná půda, intravilán), ukazuje obr. 5. Vyplývá z nich, že k výraznému zpřesnění výškopisu dojde především na území lesů. V ostatních případech nepřekračují rozdíly mezní chybu, která činí polovinu vzdálenosti mezi vrstevnicemi. Možnosti využití laserového snímání povrchu pro vodohospodářské účely (Uhlířová a Zbořil, 2009) Výsledky studie doporučující, rozdíly a zpřesnění patrné, modelování neproběhlo – nebylo pokryto povodí. Digitální výškopisné produkty nDigitální model reliéfu území České republiky 4. generace (DMR 4G) nve formě mříže (GRID) 5 × 5m se střední chybou výšky nσz = 0,30 m v odkrytém terénu a nσz = 1 m v zalesněném terénu nměl být vytvářen po částech území ČR, kde již proběhne letecké laserové skenování; nv termínech vždy do půl roku po naskenování příslušného území; nz celého území ČR měl být vytvořen do jednoho roku po ukončení skenování. Výsledné výškopisné produkty nDigitální model reliéfu území České republiky 5. generace (DMR 5G) nve formě nepravidelné sítě vybraných výškových bodů („TIN“) se střední chybou výšky nσz = 0,18 m v odkrytém terenu a nσz = 0,3 m v zalesněném terénu ntento model měl být vytvořen snímkování celého území ČR, tedy do konce roku 2015; nbude vytvářen postupně v částech území, kde již proběhne skenování, a to v termínech do dvou let po naskenování tohoto území. Výsledné výškopisné produkty nDigitální model povrchu území České republiky 1. generace (DMP 1G) nve formě nepravidelné sítě vybraných výškových bodů („TIN“) se střední chybou výšky nσz = 0,4 m pro přesně prostorově vymezené objekty (budovy) nσz = 0,7 m pro objekty přesně neohraničené (lesy a další prvky rostlinného půdního krytu) ntento model měl být vytvořen do tří let po ukončení skenování území ČR; nbyl vytvářen postupně v částech území, kde již proběhne skenování, a to v termínech do dvou let po naskenování tohoto území. Postupy zpracování výškopisných dat nzajišťoval zeměměřický odbor Zeměměřického úřadu v Pardubicích ve spolupráci s oddělením fotogrammetrie Vojenského geografického a hydrometeorologického úřadu v Dobrušce njako základní technologické vybavení se využily 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 – důvěryhodnost a přesnost npro DMR 5G bylo na území ČR zaměřeno cca 800 komparačních základen nzpravidla 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 nvstupními daty pro vytvoření výškopisných modelů byly: ndata z leteckého laserového skenování; nortofoto ČR; nexistující výškopisné databáze ; ngeodeticky zaměřená data z komparačních zakladen; npřípadně další geodeticky zaměřená výškopisná data. Postupy zpracování výškopisných dat nzákladním technologickým postupem při zpracování výškopisných dat je automatizovaná filtrace dat s využitím programu SCOP++ LIDAR nautomatizovaná separace zaměřených výškových bodů ze vstupních mračen dat do čtyř samostatných datových souborů: nodrazy od země; nodrazy od staveb; nodrazy od vegetace; nchybné odrazy od objektů mimo zemský povrch. Postupy zpracování výškopisných dat nodhalení hrubých chyb s využitím dosavadních výškopisných modelů; nidentifikace prostorů s nadměrnými rozdíly současného a nového výškového modelu; nindividuální posouzení vybraných prostorů 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 nk zajištění požadované kvality DMR 5G a DMP 1G budou data celoplošně manuálně kontrolována a interaktivně opravována. nzákladními nástroji budou programy DT Master ze skupiny programů SCOP++ a ArcGIS Spatial Analyst a ArcGIS 3D Analyst ze skupiny programů ESRI. Postupy zpracování výškopisných dat ndatovými zdroji pro kontrolu budou: nvýškopisná data po hrubé filtraci nvytvořený stínovaný model reliéfu nortofoto ČR npřípadné další aktuální informační podklady Postupy zpracování výškopisných dat nvýsledné produkty DMR 4G, DMR 5G a DMP 1G byly transformovány do souřadnicových referenčních systémů S-JTSK a WGS 84/UTM; na “rozřezány” do standardizovaných ukládacích jednotek; nv případě uložení dat v S-JTSK je základní ukládací jednotkou prostor o velikosti 2 x 2,5 km vymezený kladem statní mapy 1 : 5 000 (SM 5); nv případě uložení dat v referenčním souřadnicovém systému WGS 84/UTM se předpokládalo data ukládat po blocích o velikosti 10 x 10 km vymezených rovinnou souřadnicovou sítí WGS 84/UTM. Postupy zpracování výškopisných dat njednotlivé datové modely a sady dat byly ukládány na diskových polích v databázi Oracle ns využitím aplikace řízení dat Top DM z produkce německé firmy INPHO GmbH ta zajišťuje: n“bezešvé” nahlížení výškopisných dat, nprovádění výběrů dat podle uživatelských požadavků, nzápis a organizaci nezbytných metadat. Hlavní zásady normalizace nprodukty budou zpracovány podle jednotných pravidel na celém území ČR. nbudou zpracovány v souřadnicových referenčních systémech WGS 84/UTM a S-JTSK a ve výškovém systému Baltském – po vyrovnání (Bpv). nnavržená formální struktura datových bází TIN a GRID bude odpovídat základním požadavkům mezinárodních standardů OGC. nk jednotlivým datovým sadám budou vedena metadata v souladu s požadavky ISO 19115. Sektory zpracování LLS – plán sektory_lls.png Sektory zpracování LLS – realita https://ags.cuzk.cz/geoprohlizec/?m=META_DMP_1G Sektory zpracování dat npostup skenování předchází státnímu digitálnímu leteckému měřickému snímkování území ČR v rozlišení 0,20 - 0,25 m v terénu, které bylo realizováno rovněž v tříletém intervalu v letech 2010 až 2012 nLetecké laserové skenování a zpracování výškopisných dat do formy DMR 4G bylo zahájeno již v roce 2009 na pásmu Střed. ndata DMR 4G byly použity pro ortogonalizaci leteckých měřických snímků a tvorbu Ortofota ČR na Pasmu Střed již v roce 2010 . nv dalších dvou letech pak byly vytvořeny DMR 4G v Pasmu Západ a Pásmu Východ. Zásady spolupráce ČÚZK s Mze ČR a MO ČR n„Dohoda o spolupráci při tvorbě digitálních databází výškopisu území České republiky“ nČÚZK zajistí projektovou přípravu leteckého laserového skenování a organizaci spolupráce s MO ČR a MZe ČR. nČÚZK zajistí v letech 2009 – 2015 zpracování laserových dat do formy výsledných databází výškopisu v rozsahu tří čtvrtin území ČR. nMZe 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 nMO 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. nMO ČR se bude po celou dobu řešení úkolu, tj. v období let 2009–2015, podílet na přípravě technologií pro zpracování dat leteckého laserového skenování. Závěry – z roku 2010 nbudou vytvořeny zcela nové výškopisné databáze o území ČR. nDMR 5G se stane základní a trvale aktualizovanou výškopisnou databází. nbudou z ní generovány odvozené výškopisné produkty a databáze pro různé aplikace a informační systémy veřejné správy ČR. Závěry – z roku 2010 nvýznamných efektů bude dosaženo při aplikaci přesných výškopisných modelů v oblastech nrozvoje krizového řízení nnové výškopisné modely umožní rozvoj a uplatnění simulačních technologií a trenažérové techniky při výcviku na plnění úkolů krizového charakteru. Závěry – z roku 2010 nv resortech MŽP ČR a MZe ČR umožní DMR 5G například: nvýpočty objemů srážek a odtoků z povodí, npřesné vymezení záplavových území, nzpřesnění průběhů vodních toků včetně jejich spadů a odtokových charakteristik, nstanovení odtokových směrů vod a na jejich základech efektivní ovlivňování zemědělské výroby včetně užívání chemických hnojiv a tím zvýšení ochrany povrchových i podzemních vod. Závěry – z roku 2010 nresortu MMR ČR, resortu MD ČR a orgánům územní samosprávy bude poskytnut jeden z nejdůležitějších územně analytických podkladů npro plánování a projektování pozemní, dopravní a vodohospodářské výstavby v jejich působnosti. Závěry – z roku 2010 nV resortu ČÚZK umožní kvalitní výškopis: ntvorbu nové generace ortofot ČR s rozlišením 0,25 m v území s absolutní polohovou přesností lepší než 0,5 m. nnásledně pak i zvýšení přesnosti Základní báze geografických dat České republiky (ZABAGED) až o 50 % současné polohové přesnosti. nzkvalitněna tvorba vrstevnic ve státních mapových dílech v měřítku 1 : 5 000 a 1 : 10 000 (návaznost na DMVS). Závěry – z roku 2010 nčetným 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 nminimální hustota bodu je 1 bod/m2 nprůměrná hustota bodu je 1,5 bodu/m2 Výsledky leteckého laserového skenování ČR nDMR 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) nTermín: konec roku 2013 n nDMR 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) nTermín: konec roku 2015 n nDMP 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) nTermín: konec roku 2015 Ukázka dat – DMR 4G Ukázka dat – DMR 5G Ukázka dat – DMP 1G Ukázka dat – DMP 1G Výškopis dat z laserscanningu Současná dostupnost odvozených produktů n https://ags.cuzk.cz/geoprohlizec/ https://ags.cuzk.cz/av/ (Uhlířová, Zbořil 2009) n n n n n Analýzy výškopis – aktuálně n https://ags.cuzk.cz/av/ Novější funkce: •Vlastnosti reliéfu •Výpočet objemu Brázdil a kol (2012) – technické zprávy DMR 4G DMR 5G 5G - Vzhledem k nekonzistentní hustotě dat, ale i s cílem odstranění nepodstatných nerovností terénu, byla dále řešena generalizace modelu výběrem reprezentativních výškových bodů v síti 1 x 1 m. K řešení je zvolen přístup, kdy jednotlivé zpracovávané oblasti jsou „rozřezány“ na čtverce 1 x 1 m a v každém čtverci je vybrán pravděpodobný reprezentativní bod reliéfu jako bod s nejnižší výškou. Aktualizace map pomocí LLS (2012) nMožnosti vytvoření vrstevnic pro mapy velkých měřítek i pro mapy středních měřítek, zejména ZM 10. nPro úspěšnou aplikaci dat DMR 5G v rámci procesů shlazování DMR 5G a generování vrstevnic potřebné použít prvky ZABAGED charakteru terénních hran, které je však nezbytné pro tento účel zpřesnit. nVe spolupráci se státními podniky Povodí jsou ověřovány aplikace DMR 5G a DMR 4G při modelování aktivních zón záplavových území. nVe spolupráci s akciovou společností SUDOP Praha byly ověřovány možnosti využití DMR 5G při projektování dopravních staveb. nV obou případech je DMR 5G hodnocen velmi pozitivně a dostačující dokonce i pro úvodní projektování pozemních staveb. n Zpracování vrstevnic ZABAGED Příprava nového kartografického zpracování vrstevnic. Odvozené vrstevnice dodržují maximální výškovou odchylku 1 m při vyhlazení vrstevnic. V procesu generalizace DMR 5G využita data vybraných prvků ZABAGED (terénní stupně, vodní toky, kótované body). Nové kartografické zpracování vrstevnic V roce 2012 probíhala příprava nového kartografického zpracování vrstevnic pro měřítko 1 : 10 000 (obr. 5.4). Jako testovací území bylo zvoleno území v rozsahu m.l. 13-31 ZM 50. Vstupní data DMR 5G byla generalizována v SW Atlas při nastavení takových parametrů, že odvozené vrstevnice dodržují maximální výškovou odchylku 1 m při vyhlazení vrstevnic odpovídajícímu měřítku 1 : 10 000. Pro další zpřesnění a zajištění správného průběhu kartografických vrstevnic budou v procesu generalizace DMR 5G využita data vybraných prvků ZABAGED (terénní stupně, vodní toky, kótované body a další) se zpřesněnou geometrií, viz kapitola č. 4. ZABAGED a DMR5G (Čada a Šilhavý, 2013) nPorovnání přesnosti datové sady ZABAGED výškopis – vrstevnice 3D (výškopis ZABAGED) s výškopisem vzniklým z dat leteckého laserového skenování (DMR5G) v testovacích oblastech v Plzeňském kraji. nCíl - identifikace, lokalizace a klasifikace hrubých chyb výškopisu ZABAGED. nMetoda s vysokým stupněm automatizace byla aplikována na 250 testovacích plochách s celkovou rozlohou 85 km. nVýsledná přesnost výškopisu ZABAGED je charakterizována úplnou střední výškovou chybou 0,86 m, systematickou chybou -0,23 m a výskytem hrubých chyb (větších než 2,6 m) na 3,1 % rozlohy testovacích ploch. n Testované typy reliéfu (Čada a Šilhavý, 2013) Testované plochy (Čada a Šilhavý, 2013) Hlavní rozdíly podle testovaných ploch (Čada a Šilhavý, 2013) Rozdíly mezi modely (Čada a Šilhavý, 2013) https://uazk.cuzk.cz/mrimage/vademecum/proxy/cz/others/zeus/knih/dao/documents/0001/6f0f637c-7f47-4 ef3-a173-421373949a48.pdf Hrubé chyby (Čada a Šilhavý, 2013) 1. chyba ve výškopisu ZABAGED® – nedostatečně podrobné zobrazení reliéfu, 2. chyba ve výškopisu ZABAGED® – lokální neaktuálnost výškopisu, 3. neodstraněná chyba v automaticky filtrovaných datech DMR z LLS. Model ZABAGED systematicky VÝŠ než DMR5 Chyby v DMP 1G (Paleček, 2015) nNereálné převýšení – většinou odraz od objektů pohybujících se vzduchem mezi zemským povrchem a zdrojem laserového paprsku. n Vysoká hustota zaměřených bodů a dvojí náletové období vytváří potenciál k vymodelování objektů na povrchu s rámcově dobrou přesností. Na druhou stranu zde roste riziko zanášení chyb různého původu, které je nutné z modelu odstranit, aby nedošlo k jeho znehodnocení. Jedná se především o hrubé chyby spojené s nereálným převýšením objektu oproti svému okolí. K tomuto dochází tehdy, když laserový paprsek se na své cestě k povrchu odráží od objektů pohybujících se vzduchem mezi zemským povrchem a zdrojem laserového paprsku. V naprosté většině případů se jedná o odraz od letících skupin ptáků, ale je možné takto zachytit například i modelářské zmenšeniny letadel apod. Pokud se takovéto body ponechají v modelu, vytváří v něm významnou výškovou překážku. Protože byl digitální model povrchu 1. generace navrhován jako nepravidelná síť bodů TIN, projeví se takováto překážka jako osamocený „komín“ uprostřed krajiny (Obr. 1). Chyby v DMP 1G (Paleček, 2015) nRozlišení skutečných a neskutečných objektů nízko nad terénem n Příklad skutečného (vlevo) a neskutečného objektu podobného vzhledu i relativního převýšení vůči svému okolí. Podobně jako v minulém případě bylo složité odlišit skutečné a neskutečné vertikálně velmi rozměrné objekty, je podobně složité odlišit i objekty s relativně malými rozdíly ve výšce od svého okolí. Jedná se opět o problém odstranění či ponechání bodů v modelu. Nejčastěji se tento problém objevuje u objektů půdorysně méně výrazných a výškově velmi podobných svému okolí či u objektů pohybujících se po povrchu nebo ve vzduchu blízko povrchu. Nelze tedy například zcela přesně identifikovat, zda se v lesním porostu vyskytuje nižší vysílač či stožár, vysoké stromy nebo jestli to je nízko prolétající pták. Na Obr. 2 jsou zobrazeny dva případy velmi podobné skutečnosti, a zatímco na snímku v levé části je zachycen vrchol vysílače, na pravé části je bod důsledkem nedostatečné filtrace objektů ve vzduchu. Chyby v DMP 1G (Paleček, 2015) nNadbytečná filtrace budov a vegetace – přehlednost - odstranění části stromového porostu podél liniových prvků, jako jsou silnice, cesty, železnice, vodní toky, případně uvnitř obcí. n Odstranění vegetace z okolí silnic a vodního toku. Datový model v prvotní fázi zpracovatelského procesu obsahuje příliš veliké množství neutříděných informací, a proto je nutné vytvořit kategorie objektů a určitými filtracemi jim přiřadit jednotlivé body. Pokud jsou odrazové vlastnosti velmi podobné u vzájemně blízkých objektů, může se stát, že jsou některé body nesprávně zařazeny. Pokud je v následném kroku zpracování s kategoriemi manipulováno, například jsou některé kategorie vymazány nebo redukovány, ztrácí se omylem část potřebné informace. Digitální model povrchu obsahuje pouze část ze skutečného množství objektů na povrchu a je tvořen tak, aby byl zároveň užitečný i přehledný. Díky tomuto se většinou přistupuje k odstranění části stromového porostu podél liniových prvků, jako jsou silnice, cesty, železnice, vodní toky, případně uvnitř obcí za účelem přehlednosti modelu (Obr. 3). Tento jev je velmi častý a například pro podklady pro ochranu přírody i nežádoucí. Chyby v DMP 1G nOdstranění budov z modelu – namísto budov pouze inverzní tvary Podobně nepříjemnou záležitostí spojenou s úbytkem potřebné informace je i odstranění některých budov z modelu. Tento jev není tak častý, jako v případě vegetace v okolí liniových prvků v krajině, ovšem z hlediska modelování nebo osobního vlastnictví může jít i o důležitější část informace modelu. Vymazání budov se může objevit v odlehlých lokalitách nebo v obcích, kdy se nachází poblíž menšího uskupení stromů. Takový příklad ukazuje Obr. 4, kdy na leteckém snímku je patrná hustá zástavba v okolí křižovatky (červeně označeno), ovšem v digitálním modelu TIN tyto domy chybí stejně, jako dům v odlehlejší části dole. Místo toho jsou v modelu jejich „pozůstatky“ v podobě sníženin v terénu. Kromě chybějících budov je patrné i odstranění téměř veškerých skupin stromů uprostřed obce. Chyby v DMR 5G (Paleček, 2015) nPřehrazení vodních toků – vytváření bariér, modelování. n Tento digitální model reliéfu je základ pro digitální model povrchu. Zobrazuje zemský povrch bez objektů či vegetace, zachycuje koryta vodních toků, skalní útvary, náspy komunikací nebo interpolací vypočtené stavební základy budov. Přesnost a případné chyby tohoto modelu se přenáší do digitálního modelu povrchu. Model se využívá například jako podklad pro územní plánování. 2.1 Přehrazení vodních toků Koryta vodních toků, i těch velmi malých, jsou v modelu dobře patrná. Vodní toky běžně v krajině tečou z kopce, proto se každá taková chyba, způsobující opačnou tendenci, dá dobře odhalit. Častým problémem těchto modelů reliéfu je překonání vodního toku komunikací za pomoci mostu. Most je prvek v krajině uměle vytvořený lidskou činností, v modelu by tedy neměl být zohledněn. Pokud tomu tak je, nastává problém při hydrologickém modelování s ohledem na odvodňování území. Toto je v modelu řešeno způsobem, že větší toky dostávají přednost před komunikacemi a naopak menší toky jsou komunikací přehrazeny. V pramenné oblasti může toto mít negativní následky pro modelování odvodňování území. Na Obr. 5 je zobrazen rozdíl mezi vynechaným a nevynechaným přemostěním vodního toku. Jak je vidět z obrázku, násep komunikace může nechtěně vytvořit nežádoucí bariéru. Chyby v DMR 5G (Paleček, 2015) nChybné zařazení bodů (vegetace x reliéf) Dalším podobným problémem je ponechání bodů z jiné kategorie (např. z vegetace) nad samotným korytem vodního toku. Souvislost je zde podobná jako v případě odstranění budov společně s vegetací (podkapitola 1.3). Na vině je opět blízkost objektů a nesprávné zařazení bodu do vhodné kategorie. Na Obr. 6 lze vidět přehrazení vodního toku díky špatně určeným bodům přeřazeným z kategorie vegetace do kategorie reliéf. Chyby v DMR 5G (Paleček, 2015) nKolísání hustoty bodů n Pro zachycení dostatečného detailu povrchu je nezbytné, aby hustota signálu byla co největší. Podle plánu by měl digitální model vykazovat hustotu až 1 bod/m^2. Ve skutečnosti lze reálnou hustotu vypočíst například na základě kladu mapových listů Státních map 1:5 tis. Jeden mapový list má plochu asi 5 mil. m2 a počet bodů v takovém listu se pohybuje nejčastěji mezi 0,5 až 0,75 mil. Hustota bodů se tedy pohybuje klidně i okolo hodnoty 1 bod/10 m^2, což znamená, že model není tak detailní, jak se předpokládalo. Hustota bodů není rovnoměrná, větší důraz je obecně kladen na prvky tvořící kostru krajiny, jako jsou komunikace, obce, terénní zlomy, vodní toky nebo skalní útvary. Problémem ovšem je skutečnost, že se občas mění hustota bodů nezávisle na této kostře bez jakéhokoliv opodstatnění. Obr. 7 zobrazuje tři úrovně hustoty bodů, kdy nejhustěji pokryté území (na snímku vlevo) pokrývá okraje lesa, zatímco nejřidší pokrytí (na snímku vpravo) se nachází nad lesní plochou a je vymezeno velmi ostrou hranicí uprostřed lesa. Červené pravoúhelníky jsou stejně velké a každý z nich leží v oblasti s rozdílnou hustotou bodů. Jak je vidět na obrázku, pravý pravoúhelník má více než třikrát menší hustotu bodů než pravoúhelník vlevo. Díky takovéto změně hustoty je poté velmi obtížné dostatečně zmapovat důležité prvky v krajině a některé mohou být uživatelům modelu zcela skryty. Příkladem může být mapování vrcholů skalních útvarů, kdy díky nedostatečné hustotě bodů je uměle snižována maximální nadmořská výška oproti kótovanému bodu. Například u Devíti skal ve Žďárských vrších je kótovaný bod více než 4 metry nad nejvyšším bodem digitálního modelu reliéfu. Chyby v DMR 5G (Paleček 2015) nNesoulad s terénními hranami n •Digitální model reliéfu je asi o 1,6 m výše než fotogrammetricky zanesená terénní hrana. • Hodnota výškového rozdílu je na hranici významnosti a je vhodné s tímto počítat při případném hydrologickém modelování apod. Jak už bylo uvedeno, digitální model reliéfu se snaží mapovat kostru území a významné terénní tvary. K těmto tvarům lze počítat například hrany náspů komunikací, břehů vodních toků, nádrží apod. Tyto prvky jsou i součástí zpřesněného výškopisu databáze ZABAGED. Je proto možné zjistit přibližnou přesnost modelu na těchto prvcích. Zatímco střední chyba modelu reliéfu v odkrytém terénu je deklarována na 13 cm, terénní hrany mají rozmezí mezi 0,7 až 1,5 m. Jakékoliv chyby v modelu větší než je součet těchto dvou hodnot lze považovat za významné za předpokladu, že v dané lokalitě nedochází k významným pohybům půdy a svahů. Na studovaném území bylo zaneseno několik terénních hran větších rozměrů, na kterých je možné provést srovnání přesností hran a modelu reliéfu. Jak je vidět na Obr. 8, horní hrana svahu je v modelu poměrně dobře zachycena. Její celková délka činí 107 m, pro porovnání výšek bylo vybráno celkem 110 bodů, které se nacházejí v maximální vzdálenosti 1 m od této hrany. Aritmetickým průměrem bylo zjištěno, že digitální model reliéfu je v tomto místě asi o 1,6 m výše než fotogrammetricky zanesená terénní hrana. Hodnota výškového rozdílu je tedy na hranici významnosti a je vhodné s tímto počítat při případném hydrologickém modelování apod. Rozdíly ZABAGED x 5G (Paleček, 2015) nRozdíly dle členitosti a typu povrchu (extravilán x intravilán). Na základě údajů z Tab. 4 a 5 je možné konstatovat, že úplná střední výšková chyba modelů 𝑚_ℎ je rovna 1,07 m a zároveň systematická chyba s[h] se rovná 0,08 m, takže model ZABAGED je výškově níže než DMR 5G. V rámci vymezených druhů povrchů je vidět trend vztahující se nejen ke sklonitosti povrchu, ale i k typu území. Rovnoměrně svažité terény dosahují v průměru nejmenší střední chyby výšky a s nárůstem sklonu rostou i pozorované chyby. Největších chyb je dosahováno na extrémně svažitých lesních terénech, kdy střední chyba překračuje 2 m. Dále je také patrný skokový nárůst chyb mezi členitým a extrémně svažitým povrchem, a to zejména u typu povrchu louka a zástavba. Při pohledu na hodnoty systematických chyb lze pozorovat zejména tři vyčleňující se druhy povrchu, a to rovnoměrné louky a extrémní lesní plochy i zástavba. U nejméně sklonitých povrchů luk je možné přisoudit tento rozdíl chybné klasifikaci bodů, kdy byly pravděpodobně přisouzeny odrazy od nízké vegetace kategorii rostlého terénu. U zbylých dvou druhů povrchů činí systematická chyba podobně velký rozdíl, jen s jiným znaménkem, což kromě chyb ve výškopisu ZABAGED může naznačovat odstranění části bodů v nejvyšších partiích a tím i určité shlazení modelu. Jelikož je ale velikost těchto ploch o dva až tři řády menší, než u ostatních druhů povrchů, může hrát významnou roli i prvek náhody σ[h], který reprezentují nejvyšší dosažená čísla v Tab. 4. To ostatně naznačují i hodnoty rozpětí, směrodatné odchylky a hrubých chyb v Tab. 5, které jsou poměrně vysoké. Zde kromě předpokládaných vyšších chyb pro extrémní lesní povrchy (asi 3 % případů překračuje hraniční hodnotu rozdílu 6,48 m) a zástavbu (asi 1,5 % případů převyšuje rozdíl 5,04 m) zaujme zejména rozpětí a podíl hrubých chyb u rovnoměrných luk, který zde činí 1,88 % s přesahem hraničního rozdílu 2,7 m. Na druhou stranu při pohledu na maximální rozdíly lze považovat rovnoměrně svažité zastavěné oblasti za poměrně dobře hodnocené, podobně jako členité louky, které ovšem mají ještě nižší výskyt hrubých chyb (0,39 %). Nízký podíl hrubých chyb mají ještě extrémně členité louky, zde ovšem byly nalezeny vysoké záporné rozdíly výšek obou modelů.