519
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
IZVLEČEK
Pri zračnem laserskem skeniranju terena se hkrati z
registracijo polarnih koordinat beleži tudi intenziteta
odbitega laserskega žarka. Ker sam 3D lidarski oblak
točk ne vsebuje informacij o tem, na katerih objektih
točke dejansko ležijo, so meritve intenzitete pomemben
podatek za identifikacijo objektov in pojavov v prostoru.
To potrjuje slika barvno kodiranih vrednosti intenzitete,
na kateri lahko razločimo posamezne pojave (asfaltna
cesta, trava, zgradba itd.). V raziskavi smo analizirali
vrednosti merjene intenzitete na primeru projekta
Neusiedler See, ki je del transnacionalnega projekta
SISTEMaPARC (Interreg IIIB). Preučevali smo, katere
vrste rabe lahko na osnovi vrednosti intenzitete
razločimo in tako izvedemo klasifikacijo rabe površin.
KLJUČNE BESEDE
zračno lasersko skeniranje, intenziteta,
klasifikacija, normalizacija, raba površin
UDK: 528.8:711 Klasifikacija prispevka po COBISS-u: 1.01
ABSTRACT
Airborne laser scanning of a terrain results, in addition
to polar coordinate measurements, in intensity
measurement of the reflected laser beam. Because the
3D lidar point cloud itself does not include information
about the object types on which points are located,
intensity measurements provide the important data for
identification of objects and phenomena in the physical
space. This is confirmed by the colour coded intensity
value image, where particular objects (asphalt road,
grass, building etc.) can be recognized. The measured
intensity values have been analyzed within the
Neusiedler See project case, part of a transnational
project SISTEMaPARC (Interreg IIIB). We have
investigated the land use classes that could be
differentiated on the basis of intensity values thus
enabling the land use classification.
KEY WORDS
KLASIFIKACIJA RABE POVRŠIN IZ VREDNOSTI
INTENZITETE ODBITEGA LASERSKEGA ŽARKA
LAND USE CLASSIFICATION BASED ON THE INTENSITY VALUE OF THE REFLECTED
LASER BEAM
Mojca Kosmatin Fras, Maria Attwenger, Maja Bitenc
airborne laser scanning, intensity, classification,
normalization, land use
1 UVOD
Novejši sistemi zračnega laserskega skeniranja (ZLS) poleg beleženja podatkov, iz katerih se
izračunajo 3D koordinate točk na skenirani površini, omogočajo tudi simultano beleženje vrednosti
intenzitete odbitega laserskega žarka. Intenziteta nosi potencialno pomembne informacije o
odbojnosti objektov, ki bi jih lahko, združene s 3D geometrijski podatki, koristno uporabili pri
avtomatskem zaznavanju in identifikaciji med seboj različnih površin. Problem so mnogi moteči
faktorji z izvorom v laserskem skenerju, atmosferi in na tarči, ki popačijo merjene vrednosti
intenzitete in s tem onemogočajo neposredno uporabo meritev za rekonstrukcijo jakosti odboja
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM519
520
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E od tal. Različni strokovnjaki eksperimentalno preučujejo in analizirajo vrednosti intenzitete, da
bi ugotovili vplive na meritve in zapisali najprimernejši model odbojnosti (Song et al., 2002;
Lutz et al., 2003; Hasegawa, 2006). V raziskavi smo, na primeru podatkov zračnega laserskega
skeniranja območja nacionalnega parka Neusiedler See, ki leži na meji med Avstrijo in Madžarsko,
izmerjene vrednosti intenzitete najprej normalizirali in jih nato uporabili za klasifikacijo različnih
rab površja, ki se pojavljajo na tem območju. To so predvsem travniki, polja, vinogradi in ceste.
2 Zračno lasersko skeniranje
Zračno lasersko skeniranje (ZLS), pogosto imenovano tudi lidar (light detection and ranging),
je relativno nova, vendar hitro razvijajoča se metoda daljinskega zaznavanja, s katero pridobivamo
3D-informacije o zemeljskem površju in objektih ter pojavih na njem. Za zajem podatkov se
uporablja aktivni senzor tj. laserski skener (LS), ki je vgrajen v dno nosilca – helikopterja ali
letala (Slika 1).
Slika 1: Dinamičen zajem podatkov v misiji zračnega laserskega skeniranja (ALTM).
Laserski vir oddaja lasersko svetlobo, ki je ozko usmerjena, monokromatska in koherentna, proti
napravi za odklon žarkov, od katere se odbije in usmeri proti tlom pod nosilcem. Ko se valovanje
na tleh (največkrat) difuzno odbije od majhnega dela površja in se en del vrne nazaj v smeri
senzorja, detektor LS zazna odboj in registrira čas potovanja žarka, kot odklona žarka v laserskem
skenerju ter intenziteto odboja. Posredno prek časa potovanja laserske svetlobe se meri dvojna
razdalja med senzorjem in površino, ki jo aproksimiramo kot točko, na kateri se je žarek odbil.
Žarek se lahko na svoji poti odbije večkrat (npr. pri prodiranju skozi vegetacijo), laserski skenerji
pa so zmožni registrirati različno število odbojev, najpogosteje sta to prvi in zadnji odboj (angl.
first and last pulse). Za določitev prostorskih koordinat tako zajetih točk v referenčnem
koordinatnem sistemu moramo poznati položaj in orientacijo senzorja LS v trenutku oddaje
vsakega laserskega pulza. Položaj je določen s simultanimi meritvami po metodi diferencialnega
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM520
521
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Ekinematičnega GPS-a, orientacija pa z inercialnimi meritvami (INS – Inertial Navigation System)
treh kotov zasuka in kotnih pospeškov nosilca v prostoru.
Tehnologija zaenkrat ne zagotavlja dovolj natančne določitve koordinat v realnem času. Po končani
zračni misiji se v procesu naknadne obdelave prek istega časovnega trenutka oddaje pulza združijo
podatki LS (polarne koordinate) in podatki POS (Position and Orientation System – sistem za
pozicijo in orientacijo) integriranih meritev sistemov GPS in INS. Za večjo relativno in absolutno
natančnost 3D-koordinat lidarskih točk se v izračunu upoštevajo še kalibracijski podatki merskega
sistema ZLS. Rezultat georeferenciranja so koordinate (X, Y, Z) v referenčnem koordinatnem
sistemu za vsak odboj laserskega žarka, ki jih nato uporabimo za izdelavo končnih rezultatov
ZLS, tj. za digitalni model reliefa, površja, stavb itd.
3 OPREDELITEV INTENZITETE ODBITEGA LASERSKEGA ŽARKA
Sprejemnik senzorja (detektor) registrira čas potovanja proti sprejemniku odbite laserske svetlobe,
kot odklona oddanega laserskega žarka in intenziteto odbitega žarka. Informacije o načinu
beleženja intenzitete v posameznem laserskem merskem sistemu so težje dostopne (podajanje
teh informacij ni v interesu razvijalcev sistema), zato je definicija intenzitete deloma nejasna. Po
razlagi v literaturi  je intenziteta registriranega odboja izražena s celoštevilčno vrednostjo. Meritev
je proporcionalna številu fotonov, ki trčijo na fotodiode detektorja v določenem časovnem intervalu
(v fiziki: moč). Tako npr. za Optechove sisteme po definiciji v Jonas (2002) velja, da se vrednosti
merjene intenzitete nanašajo na jakost odbitega signala. Intenziteta zavzema vrednosti od 0
(šibak odboj) do 8160 (zelo močan odboj) in predstavlja relativno količino in ne nujno absolutne
vrednosti meritve. Splošno je intenziteta (I
m
) določena s pomočjo merjenja amplitude tistega
dela odbitega ali od tarče oddanega valovanja, ki prepotuje razdaljo tarča–senzor in pade na
sprejemni element senzorja LS-ja znotraj njegovega kota gledanja. Intenziteta se lahko zabeleži
kot največja dosežena amplituda ali kot povprečje amplitude vrnjenega signala. Če upoštevamo
dejstvo, da so vrednosti intenzitete brez merske enote in so meritve relativne, potem je smiselna
in uporabna definicija intenzitete po Song et al. (2002) kot razmerje med jakostjo na detektorju
LS-ja sprejete svetlobe (Pr) in jakostjo iz laserja oddane svetlobe (Pt).
3.1 Enačba radarja
S tako imenovano »enačbo radarja«, ki velja za vse aktivne senzorje, lahko izračunamo jakost oz.
moč prejetega signala.
Laser vso svojo moč P
t
 (označena tudi s P
e
) enakomerno oddaja skozi oddajno optiko s premerom
odprtine D
t
 v majhnem kotu β in tako osvetli majhen (individualen) del površine A
laser
. Če
upoštevamo izgubo energije laserskega žarka pri potovanju skozi atmosfero in razmerje med
velikostjo odtisa žarka na tleh A
laser
 (odvisna od vpadnega kota) ter velikostjo tarče1 dA, dobimo
jakost prestreženega signala na tarči. Nekaj signala se z absorpcijo na tarči izgubi, preostali del
pa difuzno odbije. Jakost od tarče odbitega oz. izsevanega signala je odvisna od koeficienta
odbojnosti ρ tarče, ta pa je določen z materialom tarče. Vzorec odbitega signala je lahko zelo
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
1 Velikost tarče je efektivna površina vpada in odboja laserskega žarka na poljubnem objektu, ki leži na poti laserskega žarka proti tlom.
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM521
522
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
zapleten. Če se signal odbije enakomerno porazdeljen v stožcu s prostorskim kotom Ω in se ta
kot na razdalji R (tarča–senzor) prekriva z vidnim poljem sprejemnika, ki ima premer odprtine
D
r
, je moč prejetega signala dana z enačbo radarja. Ob upoštevanju vseh omenjenih faktorjev in
dodatno še ob upoštevanju izgub signala v sistemu LS-ja (η
sis
) ter v atmosferi (η
atm
) zapišemo
končno obliko enačbe moči sprejetega signala po (Wagner, 2005):
atmsis
rt
r dA
R
DP
P *
4
*
4 24
2
(1)
Pr … jakost sprejetega signala;
Pt … jakost oddanega signala;
D
r
 … premer odprtine sprejemne optike;
R … razdalja tarča–senzor;
β … divergenca laserskega žarka;
η
sis 
… faktor prenosa žarka v sistemu;
η
atm
 … faktor prenosa žarka v atmosferi;
Ω … prostorski kot;
dA … velikost tarče;
ρ … koeficient odbojnosti tarče.
Faktorji v prvem oklepaju se nanašajo na laserski skener in faktorji v drugem oklepaju na tarčo.
Slednje je zelo težko individualno izmeriti, zato jih združimo v en faktor, t. i. prečni prerez
odboja laserskega žarka (angl. backscattering cross-section), ki je podrobneje razložen v
podpoglavju 3.2.1.
Če pade žarek vertikalno na površino tarče (ξ = 90°) in se od nje odbije homogeno (dA = A
laser
),
je velikost tarče določena z enačbo:
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
2 Oddajnik in sprejemnik sta zaradi večje preglednosti geometrije zajema prikazana ločeno. Sicer ima LS monostatično konstrukcijo.
Slika 2: Skica geometrije zajema lidarskih točk (Wagner, 2005)2.
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM522
523
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
4
22
t
laser
R
AdA . (2)
Če upoštevamo še, da je odboj laserskega žarka na večini tarč difuzen (Ω = π), se moč signala na
sprejemniku LS izračuna po enačbi:
atmsis
rt
r
R
DP
P
2
2
4
(3)
Iz enačbe (3) je razvidno, da je jakost sprejetega signala (odboja) obratno sorazmerna s kvadratom
merjene razdalje (R) in ni več odvisna od divergence laserskega žarka (β)
.
Če se vpadni kot (ξ) laserskega žarka na tarčo razlikuje od 90°, se spremeni izraz za izračun
velikosti odtisa laserskega žarka (enačba (2)) in je po Hug in Wehr (1997):
2
2
2
4
cos
atmsis
rt
r
R
DP
P (4)
3.2 Vrednosti merjene intenzitete
Vrednost merjene intenzitete odbitega laserskega žarka je zapletena funkcija več spremenljivk,
kot so:
· moč oddanega laserskega žarka (P
t
);
· razdalja senzor–tarča–senzor (2R), ki je odvisna od višine terena in višine leta nosilca sistema;
· nadmorska višina območja zajema – vpliva na karakteristike materiala (npr. spreminjanje
prisotnosti vlage v zemlji glede na n. m. v.);
· kot gledanja senzorja ZLS (angl. viewing angle);
· vpadni kot (ξ) laserskega žarka na tarčo;
· vrsta odboja (difuzni, zrcalni) laserskega žarka na tarči;
· koeficient odbojnosti tarče (angl. reflectivity);
· velikost tarče glede na velikost odtisa laserskega žarka na tleh;
· atmosferski pogoji – čisti ali megleni zrak (glede na količino vodne pare in aerosolov) vplivata
na absorpcijo in lom valovanja (angl. air attenuation and diffraction);
· sevanje iz okolja, ki ima valovno dolžino blizu laserski svetlobi (sončna svetloba, odbita od tal
in od delcev v ozračju, termalno sevanje površja Zemlje).
Zaradi teh vplivov so meritve intenzitete popačene in jih ni mogoče neposredno uporabiti za
identificiranje oz. določanje tipa tarče (vrste materiala). Potrebne so poenostavitve, ki se jih
nato preverja z različnimi eksperimentalnimi analizami podatkov.
Po definiciji intenzitete, da jo določa razmerje med močjo sprejete Pr in oddane Pt svetlobe, lahko
za primer, ko je odboj difuzen in homogen ter je vpad žarka na tarčo pravokoten in z upoštevanjem
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM523
524
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E poenostavitev za isti merski sistem in za enake atmosferske pogoje, enačbo (3) zapišemo:
.
2
konst
RP
P
I
t
r
m (5)
Kjer je::
atmsis
rDkonst
4
.
2
 … konstanta.
Merjene vrednosti intenzitete so tako odvisne od materiala tarče (koeficient odbojnosti ρ) in se
manjšajo s kvadratom razdalje R. Iz enačbe (5) je razvidno, da bo imela ista površina (ρ =
konst.), osvetljena in opazovana z istim aktivnim senzorjem ZLS-ja vendar na različnih razdaljah
(R), različne vrednosti merjene intenzitete (I
m
).  Ker se vpadni kot ξ  večinoma le malo razlikuje
od 90°, je njegov vpliv na merjeno intenziteto majhen. Upoštevamo ga le v primeru zahtevane
visoke natančnosti merjenja odbojnosti.
Vrednosti merjene intenzitete tako niso odvisne od spremenljivk, kot so moč oddanega žarka,
atmosferski pogoji, sevanje iz okolja, kot gledanja senzorja ZLS, ampak so v največji meri odvisne
od razdalje R in vrste tarče (glede na njeno odbojnost, usmerjenost, velikost). Razdalja R je
merjena količina in jo poznamo za vsak registriran odboj laserskega žarka. Bolj zapleten je vpliv
vrste tarče, ki združuje spremenljivke, zapisane v drugem oklepaju enačbe (1), in se imenuje
prečni prerez odboja laserskega žarka σ (Wagner, 2005)
3.2.1 Prečni prerez odboja laserskega žarka
Prečni prerez odboja laserskega žarka je odvisen od koeficienta odbojnosti tarče (dielektične
lastnosti), usmerjenosti tarče glede na vpadni kot in kot odboja laserskega žarka ter od velikosti
tarče glede na velikost odtisa laserskega žarka na tleh. Kot nakazuje že samo ime, nam prečni
prerez odboja poda efektivno površino interakcije laserskega žarka s tarčo, pri čemer sta upoštevani
usmerjenost in odbojnost tarče (Jelalian, 1992, cit. po Wagner, 2005). Razumevanje spremenljivk,
ki določajo prečni prerez odboja in so pomembne pri računanju jakosti sprejetega valovanja, je
poglavitnega pomena za analizo vrednosti intenzitete ter za ugotavljanje vplivov na meritve
intenzitete.
Vpliv usmerjenosti tarče na merjeno intenziteto je odvisen od tipa odboja laserske svetlobe na
tej tarči (difuzen, zrcalen ali pa odboja sploh ni). Ker je valovna dolžina laserske svetlobe
(λ= 1 μm) majhna glede na hrapavost večine tarč pri ZLS, velja Lambertov odbojni zakon: žarek
se odbije difuzno, na vse strani enakomerno, in velja Ω = π (Lambertova tarča) (Wagner, 2005).
Tako je vpliv usmerjenosti tarče glede na smer odboja žarka na intenziteto zanemarljiv. Redke
izjeme, kjer pride do zrcalnega odboja (površine obravnavamo kot gladke) in kjer moramo pri
analizi intenzitete upoštevati smer odboja žarka, so območja, pokrita z ledom in snegom (Lutz
et al., 2003). Čeprav kot med normalo (difuzne) tarče in smerjo sprejemnika (kot odboja laserskega
žarka) nima vpliva na jakost sprejetega signala (P
r
), pa je ta odvisna od kota med normalo
(difuzne) tarče in smerjo vira svetlobe, torej od t. i. vpadnega kota. Večji kot je vpadni kot, večja
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM524
525
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Eje osvetljena površina na tleh in s tem manjša gostota energije na tarči, ki se difuzno odbije na vse
strani. Zato je manjši tudi tisti del odbite svetlobe, ki se zazna v sprejemniku LS. Izračun vpadnega
kota je v realnih primerih (npr. listi drevesa, skalnato gorsko pobočje) zapleten. V enačbi po
Lutz et al. (2003) potrebujemo podatke o orientaciji LS-sistema, ki poda smer laserskega žarka,
in digitalni model višin (angl. DEM), s katerim sta določena nagib in usmerjenost tarče.
Vpliv velikosti tarče glede na velikost odtisa laserskega žarka na tleh je Wagner (2005) opisal za
štiri primere tarč: majhne tarče (npr. list na drevesu), linearne tarče (npr. žica daljnovoda),
razprostrte tarče (npr. cesta) in prostorninske tarče (npr. krošnja drevesa). Če predpostavimo,
da tarča prestreže celoten žarek z divergenco β, je njena velikost kar enaka velikosti odtisa žarka.
Velikost odtisa žarka na tej t. i. razprostrti tarči je za raven teren in za poljuben vpadni kot dana
z enačbo v Baltsavias (1999). Velikost razprostrte tarče vpliva na merjeno intenziteto prek
spremenljivke vpadnega kota (ξ).
Koeficient odbojnosti (ρ) za tarče z difuznim odbojem opišemo z razmerjem med odbito in
sprejeto energijo na tarči. Njegova vrednost se spreminja glede na uporabljeno svetlobo in lastnosti
materiala tarče. V preglednici 1 so zapisane tipične vrednosti koeficienta odbojnosti za različne
materiale tarče in za valovno dolžino laserske svetlobe 1 μm, ki je največkrat uporabljena v
komercialnih LS. Ker so pogoji za merjenje neznani, je treba te vrednosti skrbno upoštevati
(Wagner, 2005).
Vpliv odbojnosti tarče (ρ
tarča
) na merjeno intenziteto je že po definiciji intenzitete (glej enačbo
(5)) največji in najpomembnejši. Merjena intenziteta zaradi vpliva motečih faktorjev ni popolnoma
v skladu s teoretičnimi vrednostmi za odbojnost materiala, ampak jim sledi relativno. Tako je
mogoče ločiti različne materiale in bi lahko teoretično podatke o intenziteti odboja uporabili za
razločevanje različnih površin. Pogoj je, da se odbojnosti in s tem vrednosti intenzitete teh površin
dovolj razlikujejo med sabo. Raziskave na to temo so opisane v Hasegawa (2006) in Song et al.
(2002).
4 ANALIZA INTENZITETE NA PRIMERU PROJEKTA NEUSIEDLER SEE
Zračno lasersko skeniranje nacionalnega parka Neusiedler See, ki leži na meji med Avstrijo in
Madžarsko, je bilo opravljeno v okviru mednarodnega projekta SISTEMaPARC (program Interreg
IIIB). Glavni namen projekta Neusiedler See je bil renaturalizacija območja, saj je v 20. stoletju
zaradi neprimernega gospodarjenja z vodo in zemljišči prišlo do velikega upada števila naravnih
mokrišč. Ker je površje parka relativno ravno, so za načrtovane hidrološke analize pomembne že
centimetrske višinske razlike, ki jih lahko pridobimo s postopki zajema in obdelave meritev
tehnologije ZLS. Rezultati analize so zapisani v diplomskem delu Chlaupek (2006). Dodatno
smo na podatkih projekta Neusiedler See izvedli analizo intenzitete odbitega laserskega žarka (v
nadaljevanju intenzitete), ki je predmet raziskave v diplomskem delu Bitenc (2007). Namen
analize podatkov intenzitete je bil, ugotoviti možnost uporabe teh meritev za klasifikacijo različnih
rab površja, ki se pojavljajo na obravnavanem območju: polja, travniki oz. druga nizka vegetacija,
ceste (asfaltne in gramozne) in vinogradi.
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM525
526
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
4.1 Podatki za analizo intenzitete
Za analizo intenzitete smo imeli na razpolago lidarske podatke južnega dela območja projekta
Neusiedler See, ki so bili podani v projekcijskem sistemu UTM. Višine se nanašajo na elipsoid.
Iz 3D-koordinat točk, ki so bile določene v procesu skrbnega georeferenciranja in za katere se je
dodatno izračunalo polarne koordinate, smo izračunali digitalni model reliefa (DMR) in digitalni
model površine (DMP). Višine DMR-ja se na celotnem obravnavanem območju spremenijo le
za 15 m, kar pomeni, da je teren relativno raven. Če pri modeliranju ravnin upoštevamo vse
zajete točke, pridobimo DMP, ki s svojo teksturo prikazuje pojave na terenu, kot so zgradbe,
vegetacija (drevesa, grmičevje in vinogradi), drugi objekti (npr. avtomobili), in služi za podlago
podatkom intenzitete – jim doda višinsko predstavo. Poleg lidarskih podatkov smo imeli na voljo
še neobdelane digitalne slike.
Misija ZLS je bila opravljena z Optechovim merskim sistemom ALTM 2050, ki omogoča merjenje
intenzitete prvega in zadnjega odboja in za katero veljajo naslednje splošne značilnosti:
· Meritve intenzitete prikazujejo tipičen zvonast histogram.
· Razpon vrednosti intenzitete je od 4 do 255 pri povprečni višini leta 1100 m.
· Nižje kot je letelo letalo, večje so vrednosti intenzitete odboja.
Dejansko so bile vrednosti intenzitete v sprejemniku sistema ALTM 2050 kodirane z 12 biti.
Največje vrednosti (torej do 4096), ki so jih imele točke z visoko odbojnostjo (vodne in zrcalne
površine, steklo), so motile vizualizacijo slike intenzitete. Zato so v podjetju TopScan pri ASCII-
izpisu omejili zalogo vrednosti na 255, ki omogoča 8-bitni prikaz podatkov intenzitete. TočkamMo
jc
a 
Ko
sm
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
M Raterial eflectivity 
Al 0uminium foil .8–0.9 
As 0phalt .2 
Ce 0ment .4 
Ch 0romium .6 
Copper 0.9 
M 0aize leaf .9 
M 0aple leaf .4 
Pla 0tinum .45–0.6 
Sa 0ndy soil – wet .15 
Sa 0ndy soil – dry .3 
Silt 0y soil – dry .6 
Snow 0.25 
Sta 0inless steel .2–06 
W dence < ater – normal inci 0.01 
Wate incidence  up to 0.3 r – grazing 
W 0heat stalks .9 
Whea 0.65 t heads 
W 0hite oak leaf .65 
Preglednica 1: Koeficient odbojnosti za različne
materiale tarče pri valovni dolžini 1 μm (Wagner,
2005).
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM526
527
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Es prvotno najvišjimi vrednostmi je bila brez skaliranja dodeljena zgornja mejna vrednost 255.
Odboji z zelo nizko/majhno vrednostjo intenzitete morajo biti izpuščeni, saj je meritev razdalje
zaradi prešibkega signala geometrično nenatančna. V tem primeru so bili izločeni registrirani
odboji, ki so imeli vrednost manjše od 4. V programu SCOP++ smo s preprosto interpolacijo
intenzitete (metoda »Moving Planes«) in sivotonskim kodiranjem vrednosti izdelali sliko intenzitete
(slika 3, desno).
4.2 Analiza intenzitete znotraj določenih pojavov
Na sliki intenzitete (slika 3, desno) so dobro vidne različne rabe tal. Dejansko vrsto rabe tal pa
smo skušali določiti s pomočjo posnetkov, ki so bili zajeti istočasno z lidarskimi podatki z
nemetričnim digitalnim fotoaparatom. Tako smo razločili in identificirali pojave zapisane v
preglednici Preglednica 2. Oceno tipične vrednosti (oz. interval spreminjanja) intenzitete za
določen pojav smo določili v programu GVE, ki omogoča barvno kodiran prikaz točkovnih
podatkov in pregled vrednosti za posamezno točko. Pri ocenjevanju vrednosti intenzitete za
objekte nad terenom smo pod lidarske točke položili DMP, na katerem je viden tip objekta (npr.
hiša, vegetacija, avto) in njegov položaj na sliki intenzitete (npr. obris vegetacije, obod hiš). Tip
in položaj pojavov na terenu (npr. polja, travnik, ceste) pa smo na sliki intenzitete ocenili s
pomočjo digitalnih slik in intenzitete same. Natančnejša analiza vrednosti intenzitete v tem
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
Slika 3: Primer digitalne slike (levo) in slike intenzitete (desno) za isto območje.
Pojav 
Ocena vrednosti 
intenzitete 
Trava 76–107 
Polja zeleno 56–96 
 rjavo 35–52 
Vinogradi 4–134 
Ceste asfaltirana 14–47 
 gramozna 50–68 
Strehe zgradb 4–146 
Objekti – rastlinjaki 4–255 
Preglednica 2: Različni pojavi (objekti, raba tal) in
ocena vrednosti intenzitete.
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:49 AM527
528
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E primeru ni bila mogoča, saj bi potrebovali dodatne podatke (npr. ortofoto), s katerimi bi locirali
pojave na sliki intenzitete in tako omogočili natančnejšo ekstrakcijo vrednosti intenzitete za
določen pojav.
Intenziteta se najbolj spreminja in zavzema širok interval vrednosti na objektih (hiše in rastlinjaki)
in na območju vinogradov, kar potrjuje vpliv vpadnega kota (ξ) na merjeno intenziteto. Ta zaradi
nagnjenosti površin (strehe hiš) oz. spreminjanja njihove orientacije, naklona (pri ukrivljenih
strehah rastlinjakov, brajd vinogradov) zelo variira. Hitro in neurejeno spreminjanje intenzitete
odboja laserskega žarka na rastlinjakih je še posledica prosojnosti materiala rastlinjaka (plastika),
ki deloma prepušča laserske žarke, da se odbijejo od notranjih objektov. Intenziteta tako zavzema
celoten razpon vrednosti od 4 do 255. Posamezne visoke vrednosti intenzitete se pojavijo na
cestah in predstavljajo odboj laserskega žarka na avtu, beli cestni oznaki (sredinska črta, prehod
za pešce), pokrovu kanalnih vodov itd. Ti materiali imajo namreč visok koeficient odbojnosti
(preglednica 2). Ocenjene vrednosti intenzitete za pojave na terenu prav tako zavzemajo
(pre)velike intervale, ki se med seboj prekrivajo.
S primerjavo slik intenzitete posameznih lidarskih pasov smo v nekaterih primerih ugotovili
precejšnje razlike med njimi. Čeprav pasovi pokrivajo isto območje in slika intenzitete prikazuje
iste pojave (odboj laserskega žarka na istem materialu, pojavu), se vrednosti merjene intenzitete
razlikujejo. Z empiričnim primerjanjem intenzitete identičnih območji smo ugotovili, da je zamik
vrednosti med pasovi posledica različne višine leta letala.
4.3 Analiza vplivov na merjeno intenziteto
Merjena intenziteta je odvisna od razdalje (R), vpadnega kota (ξ), ki je parameter v enačbi za
velikosti tarče, ter koeficienta odbojnosti (ρ). Z analizo podatkov iščemo korelacijo med temi
spremenljivkami.
)),(,( dARfIm (6)
Spremenljivka R je dana za vsako lidarsko točko, saj imamo podatke originalnih opazovanj polarnih
koordinat. Pri upoštevanju vpliva dA predpostavljamo:
1. Pri klasifikaciji rabe tal obravnavamo le intenziteto terenskih točk. Ker je teren na območju
Neusiedler See raven (glede na izračunani DMR), je vpadni kot enak kotu skeniranja. Ta se
pri merskemu sistemu ALTM2050 spreminja od 0° do ±20° in je s polarnimi koordinatami
dan za vsako lidarsko točko. Torej velja 20,0 .
2. Laserski žarek se je odbil na homogeni površini, tj. na razprostrti tarči, in je tako velikost
tarče vedno enaka velikosti odtisa žarka na tleh. Potem je velikost tarče 23,20laserAdA
cm.
Vpliv spreminjanja vpadnega kota na spremembo velikosti tarče in s tem na merjeno intenziteto
je majhen glede na vpliv razdalje (Sterzai, 2006). Upoštevamo še, da je v primeru ravnega terena
vpadni kot (ξ) parameter merjene razdalje (R = f(ξ)). Zato vpliv vpadnega kota na merjeno
intenziteto (oz. kota skeniranja) v nadaljevanju analize zanemarimo. Največji vpliv na vrednosti
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM528
529
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Emerjene intenzitete ima koeficient odbojnosti tarče, ki pa je nepoznan. Tudi teoretičnih vrednosti
(Preglednica 1), ki se nanašajo na določen pojav, ne moremo uporabiti, ker nimamo in tudi ne
moremo pridobiti vrednosti merjene intenzitete le za določen pojav (ekstrakcija I
m
 le za npr.
polja ni mogoča). Enačbo (6) sedaj zapišemo:
),(RfIm
(7)
Ker se na obravnavanem območju pojavljajo različne rabe tal z različnimi koeficienti odbojnosti,
neposredne korelacije med intenziteto odboja in razdaljo ni. Funkcije f v enačbi (7) se ne da
določiti.
V tem primeru upoštevamo dejstvo, da je odbojnost lastnost materiala posameznega pojava in bi
zato morale imeti položajno identične točke (tj. ležijo na istem pojavu), zajete v različnih lidarskih
pasovih, enake vrednosti ρ (Δρ = 0). Z analizo razlik merjenih vrednosti, ki se nanašajo na
identične terenske točke dveh pasov (ΔI
m
, ΔR)
IDT
, smo skušali zapisati funkcijo spreminjanja
merjene intenzitete (torej znotraj določenega pojava) v odvisnosti od spreminjanja razdalje senzor–
tarča.
)( RfI m ,  = (8)
4.4 Popravki merjene intenzitete za identične točke
S popravki vrednosti (merjenih) intenzitet, ki se nanašajo na identične točke prvega in drugega
pasu (torej 1,
n
IDTI  in 2,
n
IDTI ), moramo zadostiti pogoju, da so razlike normaliziranih intenzitet
identičnih točk 1. in 2. pasu enake nič.
02,1,
n
IDT
n
IDT II (9)
Potek empirične analize razlik spremenljivk za izračun normaliziranih vrednosti prikazuje spodnji
diagram.
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
Slika 4: Skica geometričnih razmerij
spremenljivk za identično točko v dveh
lidarskih pasovih.
konst.
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM529
530
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
Priprava podatkov lidarskih točk
Originalni podatki lidarskih točk (razdalja in kot skeniranja) v tem primeru niso bili na voljo. Za
potrebe analize jih je s programom ORIENT izračunal prof. Helmut Kager iz I. P. F. (Institut für
Photogrammetrie und Fernerkundung) na Dunaju. S programom Cutout.exe (avtorica Maria
Attwenger, I. P. F.) smo znotraj kvadrata velikosti 420 m × 420 m iz dveh prekrivajočih se lidarskih
pasov izrezali lidarske točke. Če iz teh dveh setov točk izdelamo sliki intenzitete in ju primerjamo,
vidimo različne vrednosti (slika 6).
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
no … število točk v lidarskem pasu
Izrez točk znotraj istega (kvadratnega) območja  
 [X1, Y1, Z1, t1, I1, 1, R1]n1×7
[X2, Y2, Z2, t2, I2, 2, R2]n2×7
(Cutout.exe) 
Iskanje identičnih točk v 1. in 2. pasu 
[X, Y, Z, ti1, Ii1, i1, Ri1]i×7
[X, Y, Z, ti2, Ii2, i2, Ri2]i×7  
(Matlab) 
i = 1 … k, število identičnih točk v 
1. in 2. pasu 
Empirično analiziranje odvisnosti Im in R 
na identičnih točkah
Zapis funkcije Im = a* R + b. 
Izračun parametrov a in b  
(Matlab)  
Klasifikacija rabe tal 
Izračun popravkov in relativna 
normalizacija intenzitete lidarskih točk
Originalni podatki lidarskih točk po pasovih 
[X, Y, Z, t, I, … , , R, … ]no×19 
(Orient) 
n1 … število točk znotraj območja v 1. pasu 
n2 … število točk znotraj območja v 2. pasu 
 
 
Slika 5: Diagram poteka empirične analize za normalizacijo intenzitete.
Empirič  analiziranje odvisnosti ΔI
m
 in ΔR na
identičnih točkah
Zapis funkcije ΔI
m 
= a* ΔR  .
Izračun parametrov a in b
(Matlab)
no...
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM530
531
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
Slika 6: Primerjava slik merjene intenzitete na istih območjih iz dveh pasov (levo – pas 22, desno – pas 54).
Iskanje identičnih točk in analiza razlik spremenljivk
S pomočjo kode, zapisane v programskem paketu Matlab, smo v obeh lidarskih pasovih poiskali
identične točke, ki po položaju (X, Y) med seboj niso oddaljene za več kot 10 cm (polmer odtisa
laserskega žarka ima od 10 cm do 12,5 cm) in za katere tako predpostavljamo, da ležijo na istem
pojavu (travnik, polje …). Zato imata identični točki isto odbojnost in bi (teoretično) morala biti
merjena intenziteta enaka. Dejansko temu ni tako, kar je vidno s primerjavo slik intenzitete
istega območja iz dveh pasov. S primerjanjem histogramov je opazen zamik vrednosti intenzitete
1. pasu glede na 2. pas.
Med identičnimi točkami izračunamo razlike merjenih spremenljivk in empirično analiziramo
njihovo odvisnost.
 razlika intenzitet:            i = 1, …, k m
i
m
i
m
i III 1,2, (10)
 razlika razdalj: , 
1,2, iii RRR (11)
kjer so:
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
Graf 1: Histograma z vrednostmi intenzitete za identične točke (levo – pas 22, desno – pas 54).
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM531
532
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E k … število identičnih točk v paru pasov;
m
iI  … razlika intenzitet za identično točko i;
m
iI 1,  oz. 
m
iI 2,  … vrednost intenzitete identične točke i v 1. pasu oz. 2. pasu;
ΔR
i
 …razlika razdalj za identično točko i;
R
i,1
 oz. R
i,2
 … merjena razdalja za identično točko i v 1. pasu oz. 2. pasu.
Zapis funkcije
Ker razlike intenzitet iz dveh lidarskih pasov za identično točko ( m
iI ) niso enake pričakovani
vrednosti nič, iščemo njeno funkcijsko odvisnost od spremenljivke ΔR
i
 (enačba (8)), ki je izrisana
na spodnjem grafu (Graf 2).
Graf 2: Odvisnost razlike intenzitete od razlike razdalj.
Medtem ko med spremenljivkama intenzitete in razdalje ni nikakršne korelacije, kaže graf odvisnosti
razlike intenzitet od razlike razdalj linearno odvisnost (Graf 2). Enačbo (8) sedaj zapišemo:
bRaI m * (12)
Ker sta razliki ΔI
m
 in  ΔR izračunani s pomočjo identičnih točk, lahko neznana parametra a in b
ocenimo z realizacijo vzorca identičnih točk po metodi najmanjših kvadratov. Izračunana
koeficienta a~ bin b
~ imenujemo regresijska koeficienta, premico bRaRI
~
*~)(  pa
regresijska premica (graf 2 – črna črta). Vrednosti parametrov a in b natančneje določajo vpliv
ΔR na ΔI
m
 in omogočajo izračun popravkov za merjene intenzitete.
4.5 Normalizacija intenzitete
S parametroma a in b, ki veljata za par lidarskih pasov. iz katerih so bile izrezane identične točke,
izračunamo popravke merjene intenzitete RI )( . Popravki so relativni, saj se nanašajo na
razlike razdalj ΔR, zato se intenziteta enega osnovnega pasu (angl. master) ne spremeni, intenziteti
drugega podrejenega pasu (angl. slave) pa popravek prištejemo oz. odštejemo. Spodnji možnosti
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM532
533
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Eveljata v primeru, ko so razlike ΔR izračunane kot vrednosti drugega pasu minus vrednosti prvega
pasu (2. pas – 1. pas).
1. možnost: 2I  (2. pas – osnovni) 
 )(1,11 RIIII m
n  
2. možnost: 1I  (1. pas – osnovni) 
 )(2,22 RIIII m
n . 
(14)
ΔR je za identične točke izračunan po enačbi (11), za vse ostale točke (v podrejenem pasu) pa:
1. možnost: 
12 RRR  (15)
2. možnost: 12 RRR , (16)
Kjer sta:
1R oz 2R … povprečna vrednost razdalj lidarskih točk v 1. oz. 2. pasu;
R
1
 oz. R
2
 … merjene razdalje lidarskih točk v 1. oz. 2. pasu.
Sliki relativno normaliziranih intenzitet identičnih točk sta sedaj enaki in je razlika vrednosti
(normaliziranih) intenzitet enaka nič. Dejansko so normalizirane vrednosti podrejenega pasu le
zamaknjene glede na njegove merjene vrednosti, tako da je njihova razlika z intenziteto osnovnega
pasu enaka nič. To potrjujeta (tudi) velikost parametrov a in b, kjer je a, s katerim je določen
vpliv razlike razdalj, precej manjši od konstantnega člena (tj. parametra b).
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
(13)
 1. pas: 22 2. pas: 54 (osnovni) 
Povprečna višina leta letala 1122,19 m 1137,01 m 
Velikost območja 420 m × 420 m 
Število točk znotraj kvadrata 204 518 183 660 
Število identičnih točk 8902 
Povprečje merjene intenzitete miI  66 54 
Razlika intenzitete  miI –12 ± 10 (povprečje ± standardna deviacija ) 
Parametra a in b (–0,2278, –9,0596) 
Razlika relativno normalizirane 
intenzitete Iin
0 ± 9 
Povprečje relativno normalizirane 
intenzitete 
54 54 (ostane) 
Preglednica 3: Pregled rezultatov normalizacije pasov 22 (podrejeni) in 54 (osnovni) – za identične točke.
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM533
534
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E 5 KLASIFIKACIJA POJAVOV
Po Katzenbeisser (2002) je za primerjanje merjenih intenzitet nujna njena normalizacija na
povprečno vrednost razdalje. Z opisano relativno normalizacijo intenzitete s pomočjo identičnih
točk sicer popravimo merjene vrednosti za spreminjanje razdalj ΔR med pasovi in kot rezultat
dobimo bolj homogeno, natančno in jasno sliko intenzitete lidarskih točk na zajetem območju.
Vendar popravki skoraj ne vplivajo na spreminjanje intenzitete znotraj določenega pojava. Ker je
razpon vrednosti intenzitete na določenem pojavu (npr. na travi) tako velik in se prekriva z
vrednostmi drugih pojavov, je klasifikacija neuspešna. Na sliki (Slika 7) so poleg želenih zelenih
polj oz. travnikov prikazane še ceste in druga manjša območja in točke, ki sicer ležijo na polju.
Slika 7: Primer slike intenzitete za njene vrednosti od 90 do 106.
Čeprav so pojavi trava, orna zemlja in gramoz (pesek oz. prod) glede na rezultate raziskave v
Hasegawa (2006) ločljivi med seboj, bi morali za natančnejšo in uspešnejšo klasifikacijo uporabiti
dodatne podatke. Le laserske meritve ne zadostujejo. Drugače je npr. pri daljinskem zaznavanju
z multisprektralno kamero, kjer z več barvnimi kanali pridobimo dovolj informacij za avtomatsko
klasifikacijo.
6 ZAKLJUČEK
Na merjenje intenzitete oz. na same vrednosti meritev vplivajo mnogi faktorji, kot so način
registracije odboja v laserskem skenerju, stanje atmosfere, skozi katero potuje laserski žarek,
vrsta materiala tarče in njen položaj, merjenje polarnih koordinat tarče (razdalja in kot skeniranja).
Z različnimi laboratorijskimi eksperimenti ali glede na podatke, ki jih imamo na razpolago pri
določenemu projektu, moramo normalizirati vrednosti intenzitete za te vplive. Glede na raziskave
že omenjenih avtorjev naj bi bila intenziteta v največji meri odvisna od merjene razdalje senzor–
tarča, odbojnosti materiala tarče in vpadnega kota, kar smo preizkušali na podatkih projekta
Neusiedler See. Ker je teren obravnavanega območja relativno raven, je vpadni kot enak v LS
registriranemu kotu skeniranja. Ugotovili smo, da ima zanemarljivo majhen vpliv na merjeno
intenziteto. Podatki o vrsti materiala, torej o odbojnosti, ki pogojujejo vrednosti intenzitete, niso
bili na voljo, zato smo v analizi uporabili meritve na identičnih točkah dveh prekrivajočih se
pasov. Z izračunom linearne regresijske funkcije smo dokazali, da so razlike merjenih intenzitet
med točkami dveh pasov v največji meri posledica razlik višin leta nosilca in so konstantne za
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM534
535
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
Eobravnavani par lidarskih pasov. Vrednosti intenzitete so med seboj le zamaknjene za neko
konstantno vrednost.
Z opisano relativno normalizacijo vrednosti intenzitete vseh vzdolžnih pasov (podrejeni) glede
na prečni pas (osnovni), kot so bili zajeti v projektu Neusiedler See, bi bila slika intenzitete vseh
prekrivajočih se lidarskih pasov bolj homogena in jasna. Razpon vrednosti intenzitete za
posamezen pojav pa se ne spremeni. V prihodnji analizi bi bilo treba raziskati spreminjanje
intenzitete znotraj določenega pojava (ne le relativno, glede na osnovni pas). S tem bi lahko
natančneje in neposredno določili korelacijo med intenziteto in razdaljo, ki je za raven teren
funkcija kota skeniranja (višina leta je konstantna), izračunali popravke intenzitete in nenazadnje
(avtomatsko) klasificirali želene pojave. Za ekstrakcijo vrednosti intenzitete, ki pripadajo
določenemu pojavu, pa bi potrebovali dodatne informacije o položaju pojava v oblaku lidarskih
točk. Te so dane npr. z digitalnim ortofotom, s katastrskimi podatki meja, terenskimi meritvami
itd. Ugotovili smo, da le lidarski podatki ne zadostujejo.
Literatura in viri:
ALTM: spletna stran podjetja Optech, Kanada. http://www.optech.ca/altmapps.htm (15. 11. 2006)
Baltsavias, E.P. (1999). Airborne Laser scanning: basic relations and formulas. ISPRS-Journal 54, 2–3: 199–214.
Bitenc, M. (2007). Analiza podatkov in izdelkov zračnega laserskega skeniranja na projektu Neusiedler See. Diplomska
naloga. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo.
Chlaupek, A. (2006). Die Erstellung eines digitalen Geländemodells des Nationalparks Neusiedler See – Seewinkel aus
flugzeuggetragenen Laserscannerdaten zur Detektion natürlicher Senken. Diplomarbeit. Wien: Fakultät für
Geowissenschaften, Geographie und Astronomie der Universität Wien.
Hug, C., Wehr, A. (1997). Detecting and identifying topographic objects in imaging laser altimeter data. IAPRS, Vol. 32,
Part III–4 W2, Stuttgart, 17.–19. september 1997.
Jonas, D. (2002). Airborne laser scanning: developments in intensity and beam divergence. AAM GeoScan Australia
http://www.aamhatch.com.au/resources/pdf/publications/technical_papers/11arspc_jonas.pdf (9. 12. 2006)
Katzenbeisser, R. (2002). Intensity. Technical note. TopoSys GmbH Ravensburg. http://www.toposys.com/pdf-ext/Engl/
TN-Intensity.pdf (8. 12. 2006)
Lutz, E., Geist, T., Stötter, J. (2003). Investigations of airborne laser scanning signal intensity on glacial surfaces –
utilizing comprehensive laser geometry modelling and orthophoto surface modelling (a case study: Svartisheibreen,
Norway). In: IAPRS, 34(3/W 13). Dresden: 143–148. http://www.isprs.org/commission3/wg3/workshop_laserscanning/
papers/Lutz_ALSDD2003.pdf (9. 12. 2006)
Hasegawa, H. (2006). Evaluations of LIDAR reflectance amplitude sensitivity towards land cover conditions. http://
www.gsi.go.jp/ENGLISH/RESEARCH/BULLETIN/vol-53/53-6.pdf (8. 12. 2006)
Song, J.H., Han, S.H., Yu, K., Kim Y. (2002). Assessing the Possibility of Land-cover Classification Using Lidar Intensity
Data. IAPRS 34, 4. Graz, 9.–13. september.
Sterzai, P. (2006). Vprašanja glede članka in enačbe (online). Message to: Bitenc, M., 15. oktober 2006. Osebna
komunikacija.
Wagner, W. (2005). Physical Principles of Airborne Laser Scanning. Paper from University Course: Laser scanning –
Data Acquisiton and Modeling. Institute of photogrammetry and remote sensing, TU Vienna, 6. 10.–7. 10. 2005.
M
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM535
536
G
eo
de
ts
ki
 v
es
tn
ik
 5
1/
20
07
 –
 3
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
IZ
 Z
N
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
A
N
O
S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
I 
IN
 S
T
R
T
R
T
R
T
R
T
R
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
O
K
E
Prispelo v objavo: 11. maj 2007
Sprejeto: 10. junij 2007
doc. dr. Mojca Kosmatin Fras, univ. dipl. inž. geod.
FGG – Oddelek za geodezijo, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana
E-pošta: mfras@fgg.uni-lj.si
Maria Attwenger, univ. dipl. inž.
Amt der Tiroler Landesregierung, Herrengasse 1-3, 6020 Innsbruck, Austria
E-pošta: maria.attwenger@tirol.gv.at
Maja Bitenc, univ. dipl. inž. geod.
Geodetski inštitut Slovenije, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana
E-pošta: maja.bitenc@geod-is.siM
oj
ca
 K
os
m
at
in
 F
ra
s,
 M
ar
ia
 A
ttw
en
ge
r, 
M
aj
a 
Bi
te
nc
 - 
KL
A
SI
FI
KA
C
IJA
 R
A
BE
 P
O
V
RŠ
IN
 IZ
 V
RE
D
N
O
ST
I I
N
TE
N
Z
IT
ET
E 
O
D
BI
TE
G
A
 L
A
SE
RS
KE
G
A
 Ž
A
RK
A
stevilka _07-0k-buck up.pmd 10/1/2007, 8:50 AM536