Analyse und Verarbeitung von Digitalen Höhenmodellen aus Laserscannerdaten (2002)

Kooperation mit der Deutschen Steinkohle AG und dem Landesvermessungsamt Nordrhein-Westfalen

Ansprechpartner: Peter Lohmann

Hintergrund und Ziel:

Zahlreiche Veröffentlichungen befassen sich mit der Genauigkeit Digitaler Geländemodelle (DGM), welche durch Lasermessungen vom Flugzeug von verschiedene Dienstleistungsfirmen erstellt werden. Diese Genauigkeit wird von mehreren Faktoren beeinflußt, die sich verschiedenartig auswirken. Während die Höhengenauigkeit mit wenigen dm angegeben werden kann, ist die Lagegenauigkeit deutlich geringer. Diese wirkt sich ebenfalls auf die Höhengenauigkeit aus, und zwar umso stärker, je steiler das Gelände ist. Um eine Aussage über die Genauigkeit treffen zu können, müssen die Laser-Daten mit Referenzdaten verglichen werden. Die Zuordnung in der Lage, z.B. anhand von Gebäudeecken, ist zumeist schwierig, da die Laserdaten oft nur eine geringe Punktdichte aufweisen. Rückschlüsse auf die Lagegenauigkeit können getroffen werden, indem zwei unabhängige Geländemodelle, z.B. zwei mit unterschiedlichen Systemen erstellte Laser-Geländemodelle, miteinander verglichen werden.

Aufgabe und Methoden:

Die Güte eines Laser-DGM wird u.a. auch durch die Qualität der Filterung bestimmt. Dabei sollen aus den mit den Laserscannern gemessenen Digitalen Oberflächenmodellen "künstliche" Bestandteile der Topographie, wie Gebäude und Bäume aus den Messdaten möglichst automatisch entfernt werden. Verschiedenartige mathematische Ansätze bzw. Algorithmen können benutzt werden. Problematisch ist dabei die für Laser-Daten typische schiefe Fehlerverteilung. Die Daten weisen in Bezug zur Geländeoberfläche nur kleine negative Fehler (unterhalb der Geländeoberfläche) aber verhältnismäßig große positive Fehler (Vegetations-, Gebäudepunkte oberhalb der Geländeoberfläche) auf. Dieser Sachverhalt muß berücksichtigt werden. Im Rahmen der Untersuchungen werden zur Zeit die Methoden der "Linearen Prädiktion" und der "Morphologischen Filter" untersucht und eingesetzt. Weitere Verfahrenstests sind derzeit in Vorbereitung.

Ergebnisse:

Die ersten Untersuchungen zum Einsatz der "Linearen Prädiktion" als Filtermethode zeigen, daß diese iterativ angewendet werden muß, denn sonst werden die Ergebnisse stark von den weit über dem mittleren Geländeniveau liegenden Höhenwerten beeinflußt. In Waldgebieten sind zufriedenstellende Ergebnisse ermittelt worden, andere Bereiche an Geländekanten oder tlw. auch an Gebäuden weisen hingegen Probleme auf.

Hier erzielen die Methoden der morphologischen Filterung und insbesondere das Verfahren des "Dual-Ranking" gute Ergebnisse, wobei z.B. die Gebäude automatisch erkannt werden und die Größe der zur Filterung benutzen Masken über die Gebäudegröße gesteuert werden kann. Die Anwendung dieser Art von Filtern erfordert jedoch ein gewisses Maß an Vorwissen über das Gelände, um die Parameter so einzustellen, daß eine Glättung der natürlichen Geländeoberfläche vermieden wird.

Literatur:
Andreas Koch (1999): Analyse und Aufbereitung von Laser-Scanner-Aufnahmen, Diplomarbeit 

Michael Schaeffer (1999): Filterung von Laser-Scanner-Aufnahmen (pdf), Diplomarbeit

Digitales Oberflächenmodell(links) – nach Filterung der Bäume (Mitte) – Isolinienbild (rechts)