Mobile laser scanning for mapping river point bars and banks

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
Fotogrammetria
Mcode
Maa-57
Degree programme
Language
fi
Pages
vii + 55
Series
Abstract
The M.Sc. thesis was part of the GIFLOOD project (Developing mapping and modelling approaches as a part of flood risk management business) funded by TEKES. One of the main aims in the project is to test and develop different kind of laser scanning models and combine them with other mapping data. Flood mapping and flood risk related business became an interesting topic in 2007, when the EU flood directive came into force. According to the directive member states are obligated for identify potential major flood zones and flood risks. The objective of the thesis was to investigate the performance of mobile laser scanning in river environment. Work included the accuracy assessment of mobile scanning based elevation models and developing of mobile scanning approach for change detection. The methods of change detection were height difference images and volume calculation. Furthermore, this work presents the background and principles of mobile mapping. The laser scanning data of this work were measured in the northern Lapland on river Pulmankijoki. Measurements were undertaken in late summer 2008 and 2009. The mobile mapping system, used in the study, was developed in co-operation with Helsinki University of Technology, Finnish Geodetic Institute and University of Turku. It was mounted on the boat and the cart in order to map river point bars and banks. The reference data were collected with the terrestrial laser scanner and GPS measurements. The RMS errors and standard deviations of mobile laser scanning in non-vegetated areas ranged between 2.3 - 17.6 cm and 2.3 - 7.6 cm. In river banks, where the ground surface was classified under the vegetation, the corresponding errors were 15.7 - 28.4 cm and 11.6 - 27.2 cm. The example of change detection demonstrates that the explanation degree of mobile scanning based height difference surface is 0.93 with corresponding terrestrial laser scanning surface. The mobile scanning data can be utilized in flood modelling, river dynamic studies and hydraulic modelling. Compared to traditional airborne laser scanning, mobile scanning suits better for mapping of small areas. Method can be used also to acquiring very precise multi-temporal data for change detection. The accuracy of mobile scanning system is almost in same level as terrestrial laser scanners. The biggest challenges are related to GPS positioning and data processing.

Tämä diplomityö oli osa TEKES:n rahoittamaa GIFLOOD-hanketta (Mallinnus- ja kartoitusmenetelmien kehittäminen osaksi tulvariskien arvioinnin liiketoimintaa), jonka keskeisenä tehtävänä on testata ja kehittää erilaisia laserkeilausmalleja sekä yhdistää niitä toisenlaisiin kartoitusaineistoihin. Tulvakartoitus ja liiketoiminta tulvariskeihin liittyen tulivat ajankohtaisiksi vuonna 2007 voimaan astuneen EU:n tulvadirektiivin myötä. Direktiivin mukaan jäsenvaltioita velvoitetaan kartoittamaan sekä mahdollisten suurtulvien tulva-alueet että tulvista aiheutuvat riskit. Diplomityön tavoitteena oli selvittää liikkuvan laserkeilausmenetelmän suorituskykyä jokiympäristössä. Selvitystyöhön kuului menetelmän avulla luotujen korkeusmallien tarkkuuksien tutkiminen ja muutostulkintamahdollisuuksien arviointi. Muutostulkintamenetelminä toimivat korkeuserotuskuvat ja volyymilaskenta. Lisäksi työssä esitetään mobiilikartoitukseen liittyviä taustoja ja periaatteita. Tutkimuksessa käytetyt laserkeilausaineistot mitattiin Pohjois-Lapissa sijaitsevalla Pulmankijoella loppukesästä vuosina 2008 ja 2009. Jokialueelle soveltuvaa liikkuvaa laserkeilausjärjestelmää on kehitetty Geodeettisen laitoksen, Teknillisen korkeakoulun ja Turun yliopiston maantieteen laitoksen yhteistyönä. Liikkuvaan kartoitukseen kehitetty ROAMER-järjestelmä asennettiin veneeseen sekä tavarakärryyn, joista mitattiin jokivarren laajoja hiekkasärkkiä ja penkereitä. Referenssiaineistoja koealueilta kerättiin staattisella maalaserkeilaimella ja GPS-mittauksilla. Menetelmällä luotujen maanpinnan korkeusmallien RMS-virheet ja keskihajonnat kasvittomilla alueilla vaihtelivat 2,3 - 17,6 cm:n ja 2,3 - 7,6 cm:n välillä. Joen penkoilla kasvillisuuden alta luokitellun maanpinnan korkeusmallien vastaavat luvut olivat 15,7- 28,4 cm ja 11,6 - 27,2 cm. Muutostulkintapotentiaalia havainnollistava esimerkki näyttää mobiilikeilausaineistoilta lasketun korkeuseropinnan korreloivan selitysasteella 0,93 vastaavaan maalaseraineistojen pintaan. Liikkuvaa laserkeilausta voidaan hyödyntää jokiympäristöissä mm. tulvamallinnukseen, jokiuoman dynamiikan tutkimiseen sekä hydrauliseen mallinnukseen. Perinteiseen ilmalaserkeilaukseen verrattuna mobiilikeilaus sopii paremmin pienien alueiden mittaamiseen ja sitä voidaan hyödyntää kohteiden muutosten seuraamisen hyvin tarkasti. Menetelmän tarkkuus on parhaimmillaan lähes samaa tasoa kuin staattisilla maalaserkeilaimilla. Suurimmat haasteet liittyvät GPS-paikannukseen ja aineistojen prosessointiin.
Description
Supervisor
Haggren, Henrik
Thesis advisor
Hyyppä, Juha
Keywords
mobile mapping, mobiilikartoitus, laser scanning, laserkeilaus, river environment, jokiympäristö, elevation model, korkeusmalli, change detection, muutostulkinta
Other note
Citation