Teledetekcja
Pod tą nazwą kryje się pakiet programów do obróbki i wizualizacji danych LiDAR. Rozwijany przez US Department of Agriculture Forest Service, jest pomyślany przede wszystkim do zastosowań w leśnictwie. Pakiet jest całkowicie bezpłatny i można go używać bez ograniczeń. Zasadniczo jest programem closed source, jednak na początku 2011 roku na portalu SourceForge pojawił się kod źródłowy dwóch modułów: CloudMetrics i GridMetrics. Pakiet jest skompilowany dla systemu Windows.
Pakiet składa się z trzech zasadniczych części:
- FUSION, graficznego programu do zarządzania danymi i wizualizacji 2D,
- LDV, przeglądarki chmury punktów i produktów pochodnych w 3D,
- LTK, zestawu narzędzi obsługiwanych z linii komend do przetwarzania chmur punktów.
Zakres dostępnych analiz jest bardzo szeroki. Ponieważ FUSION/LDV ma ambicję być pakietem kompletnym, znajdziemy tam zarówno narzędzia z zakresu zarządzania danymi (konwersja ASCII/LAS, przycinanie, łączenie), typowych analiz na chmurach punktów (selekcja pierwszych i ostatnich odbić, filtracja gruntu, tworzenie rastrów) oraz specyficzne dla zastosowań leśnych: określanie zwarcia drzewostanu, statystyki dla kołowych powierzchni próbnych.
FUSION/LDV może odczytywać dane LiDAR w formatach ASCII i LAS, oprócz tego posiada własny binarny format LDA. Dla danych rastrowych posiada swój format PLANS DTM, który niestety nie jest odczytywany przez GDAL. Dostępne są narzędzia umożliwiające konwersję formatu DTM do tekstowego ASC.
Do pakietu dołączony jest podręcznik w formacie PDF, zawierający charakterystykę programu i opis dostępnych narzędzi. Wywołanie każdego z narzędzi LTK bez żadnych argumentów (albo z błędnymi) spowoduje wyświetlenie prawidłowej składni i dostępnych opcji. Oprócz tego możemy skorzystać z internetowych tutoriali, dostarczonych wraz z przykładowymi danymi.
Największą siłą FUSION są niesamowicie szerokie możliwości rasteryzacji chmury punktów. W module GridMetrics dostępnych jest 60 statystyk, które mogą zostać obliczone na podstawie samej wysokości lub wysokości i intensywności odbicia. Również liczba dostępnych narzędzi selekcji danych jest imponująca.
Oprócz tych plusów zdarzają się też, oczywiście, minusy. Najpoważniejszym z nich jest kiepski algorytm filtracji gruntu, który wprawdzie usuwa roślinność, ale zupełnie nie radzi sobie z budynkami:
Wyniki filtracji gruntu w FUSION – od lewej: chmura oryginalna, filtracja w FUSION, filtracja producenta. Dane OpenTopography.org
Po drugie, narzędzie to nie dokonuje klasyfikacji chmury punktów, lecz zwyczajnie wycina te zakwalifikowane jako nie-grunt. Jest to może wygodne w przypadku tworzenia DEMu, ale pogarsza możliwości wymiany z innymi aplikacjami. Interoperacyjność jest w ogóle słabą stroną FUSION: formaty LDA i DTM są specyficzne tylko dla tego pakietu, co wymusza częste używanie narzędzi do konwersji. Wreszcie – brak możliwości przetwarzania strumieniowego, co oznacza konieczność załadowania wszystkich punktów z pliku do pamięci RAM przed rozpoczęciem analizy.
Pomimo tych wad, FUSION/LDV jest niesamowicie użytecznym programem dla wszystkich, którzy zamierzają wykorzystać dane LiDAR w projektach przyrodniczych. Pod względem możliwości oceny struktury roślinności zostawia bowiem daleko w tyle inne programy, skupione na tworzeniu DEMów. Ten ostatni jednak lepiej wykonać korzystając z innych narzędzi – na przykład LAStools.
Strona domowa pakietu: http://forsys.cfr.washington.edu/fusion.html
LAStools jest pakietem umożliwiającym wykonanie podstawowych operacji na chmurach punktów skaningu laserowego. Został zbudowany w oparciu o opensource’ową (licencja LGPL) bibliotekę LASlib. Same narzędzia są dystrybuowane jako darmowe do celów naukowych i innych niekomercyjnych.
O ile biblioteka LASlib jest wieloplatformowa, tak jedynie część z LAStools posiada kod źródłowy do kompilacji w systemach innych niż Windows. Na szczęście skompilowane programy .exe dają się bez problemu uruchomić z wykorzystaniem Wine, jeśli z Microsoftem nam nie po drodze.
Programy potrafią odczytać chmurę punktów zapisaną w formacie ASCII, LAS, oraz specyficznym dla LASlib – LAZ, czyli LAS skompresowany ZIPem.
Z LAStools możemy skorzystać na dwa sposoby: z linii komend oraz za pośrednictwem prostego GUI (lastool.exe). GUI daje dostęp do większości narzędzi, umożliwia przeglądanie systemu plików, nagłówków plików LAS oraz zasięgów poszczególnych plików. Niestety nie wszystkie parametry są konfigurowalne z jego poziomu. Interfejs lastool prezentuje się następująco:
A oto co można zrobić z użyciem LAStools:
– przeglądać chmurę punktów z użyciem prostej przeglądarki lasview,
– tworzyć rastry z chmury punktów na podstawie wysokości, intensywności, kąta skanowania, liczby odbić na potrzeby analiz (formaty ASC i BIL) lub wizualizacji (pozostałe formaty) – za pomocą programu lasgrid,
– ograniczyć liczbę punktów do 1 w każdej komórce zadanej wielkości – lasthin,
– podzielić dużą chmurę na kwadratowe kafelki – lastile,
– sklejać dane z różnych szeregów lub plików zawierających osobno pierwsze i ostatnie odbicie – lassort,
– utworzyć poligony z zasięgu punktów używając concave hull – lasboundary,
– łączyć chmury z różnych plików i zapisać je w jednym lub wielu plikach wyjściowych – lasmerge,
– konwertować pliki LAS/LAZ na ASCII – las2txt i na Shapefile (MultiPointZ) – las2shp,
– wyciągać dane o zadanych kryteriach (numer odbicia, klasyfikacja, wysokość, zasięg…) i zapisywać w nowych plikach – las2las,
– tworzyć rastrowe DEMy z rzeczywistymi wartościami lub ich wizualizacje (mapy hipsometryczne, cieniowane) – las2dem, poziomice – las2iso i TINy (w formacie ESRI) – las2tin,
– wycinać punkty zawierające się wewnątrz zadanych poligonów, bądź zaliczyć je do zadanej klasy – lasclip,
– porównywać wysokości punktów LiDAR z punktami kontrolnymi – lascontrol,
– normalizować chmurę punktów (zamienić wysokości nad poziomem morza na wysokości nad poziomem gruntu – wymaga to wcześniejszej klasyfikacji), za pomocą narzędzia lasheight,
– dokonywać klasyfikacji gruntu z użyciem algorytmu Axelssona – lasground,
– usuwać z chmury punkty o identycznych współrzędnych x,y lub x,y,z – lasduplicate,
– kompresować i dekompresować pliki do/z formatu LAZ – laszip,
– tworzyć indeks przestrzenny 3D dla chmury punktów, przyspieszający przeglądanie – lasindex.
Do każdego narzędzia jest dołączona dokumentacja w postaci tekstowego pliku README, zawierającego opis dostępnych parametrów i kilka przykładowych przypadków użycia.
Liczba dostępnych funkcji jest więc całkiem spora, a szybkość i stabilność działania zadowalająca. Szczególnie interesującym narzędziem w pakiecie jest lasground – jakość klasyfikacji jest znacznie lepsza niż w przypadku podobnego pakietu FUSION/LDV, a program jest zdecydowanie łatwiejszy w użyciu niż mocno przestarzały ALDPAT lub moduły v.lidar.* z GRASS. Przykładowe wyniki klasyfikacji i filtracji przedstawiam poniżej – niech wyniki mówią same za siebie.
Przekrój przez sklasyfikowaną chmurę punktów. Dane OpenTopography.org
Porównanie wyników klasyfikacji gruntu – od lewej: chmura oryginalna, filtracja w LAStools, filtracja producenta. Dane OpenTopography.org
LAStools można ściągnąć ze strony domowej. Dla użytkowników dostępna jest również grupa dyskusyjna i profil na Facebooku.
Szkolenia GIS i QGIS
Szkolenia podstawowe i dedykowane w formie zdalnej oraz stacjjonarnej
