NAPIS NAD ČLANKOM GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 | 43 Lasersko skeniranje Slovenije IZVLEČEK Lasersko skeniranje Slovenije je bilo izvedeno večinoma v letih 2014‒2015, dva bloka pa že leta 2011. Izdelki laserskega skeniranja so: klasificiran oblak točk, oblak točk reliefa in digitalni model višin. Podatki so namenjeni splošnim kartografskim prikazom, ne podrobnejšim od merila 1 : 5000. Podatki so bili namenjeni trirazsežnostnemu zajemu podatkov o hidrografiji in dejanski rabi vodnih zemljišč celotne Slovenije, uporabljamo pa jih tudi za zajem topografskih kart merila 1 : 5000 ter za izdelavo ortofota v okviru Cikličnega aerfotografiranja Slovenije (CAS) od leta 2015 naprej. Prvič omogočajo preučevanje površja pod rastlinsko odejo tako podrobno, kot smo ga doslej lahko preučevali le s terenskim ogledom. Ključne besede: lasersko skeniranje Slovenije, topografija, geomorfološki pojavi. ABSTRACT Nationwide aerial laser scanning of Slovenia Nationwide aerial laser scanning of Slovenia was carried out mainly in period 2014–2015, two scanning blocks already in 2011. Products of laser scanning are: classified point cloud, the ground point cloud and digital terrain model. Data are intended for general cartographic representations in scales not more detailed than in scale 1:5000. The data were provided for 3D data acquisition of hydrography and water land use for total Slovenian area. They are also used for data acquisition of the topographic maps in scale 1:5000 and for making of national ortophotos within the Cyclical Aerial Survey (CAS) frame from 2015 on. The data enables study of the terrain under the vegetation in such details, that previously could be studied only by field work. Key words: Nationwide aerial laser scanning of Slovenia, topography, geomorphologic objects. Nov podroben vir prostorskih podatkov 44 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 LASERSKO SKENIRANJE L asersko skeniranje ali LiDAR (angleško light detection and ranging) je aktivna metoda daljinskega zaznavanja, kjer razdaljo med oddajnikom in tarčo izmerimo z lasersko svetlobo. Lasersko skeniranje lahko izva- jamo z nosilcev laserskega skenerja, ki so nepremično postavljeni na tleh (te- restrično lasersko skeniranje), s premikajočih se nosilcev v zraku (aerolasersko skeniranje) ali s premikajočih se nosilcev na tleh (mobilni snemalni sistemi). Lasersko skeniranje lahko uporabljamo vse od izmere manjših objektov kul- turne dediščine pa do izmere celotnih regij ali držav (Bric, Triglav Čekada in Bitenc 2012). Za kartografske namene je najbolj uporabno aerolasersko ske- niranje, saj z njim pridobimo prikaz obsežnejših območij s ptičje perspektive, ki omogoča takojšnjo kartografsko uporabo. Bistvena prednost aerolaserskega skeniranja pred klasičnim aerofotografiranjem je dejstvo, da del laserskega žar- ka skozi špranje med listi v krošnjah dreves prodre do tal in tako se lahko izmeri tudi potek reliefa oziroma oblike površja tudi pod gozdnim pokrovom. V tem primeru en laserski žarek vrne več laserskih odbojev, odbitih od različnih delov drevesa (različni red odboja), ti laserski odboji pa predstavljajo vertikalno struk- turo drevesa, zadnji odboj pa večinoma tla pod drevesom (slika 1). Avtorica besedila in fotografij: MIHAELA TRIGLAV ČEKADA, dr. geodezije Geodetski inštitut Slovenije, Jamova 2, 1000 Ljubljana E-pošta: mihaela.triglav@gis.si COBISS 1.04 strokovni članek Slika 1: Shematski prikaz različnih redov odbojev enega laserskega žarka na travi in drevesu. odboj GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 | 45 LASERSKO SKENIRANJE fije in dejanske rabe vodnih zemljišč je bil končan v letošnjem letu (leto 2016). Zaradi lažje interpretacije in možnosti dodatnih meritev smo pri zajemu hidrografije in dejanske rabe vodnih zemljišč poleg laserskih po- datkov uporabljali še stereoposnetke CAS. 3D-vektorje hidrografije in dejanske rabe vodnih zemljišč smo zajeli v merilu 1 : 5000. Lasersko skeniranje smo izvedli veči- noma v letih 2014 in 2015, deloma že tudi leta 2011 (slika 3). Za gosto- to laserskega skeniranja smo izbrali malo do srednjo gostoto, primerno za vsedržavno snemanje s pogojem, da se snemanje opravi v delu leta, ko so drevesa brez listja. Izjemi sta bila bloka B31 in B37, ki pokrivata viso- kogorje, saj je bilo tu treba zadostiti dodatnemu pogoju, da se snemanje izvede takrat, ko je v gorah najmanj snega. Zato sta bila ta dva bloka pos- neta avgusta 2014. Žal je bilo to po- letje mokro in hladno, zato v laser- skih podatkih visokogorja zasledimo precej snežišč, ki jih v bolj sušnih in vročih poletjih ponavadi ni. gostoti okrog 5 točk/m2 govorimo o majhni gostoti, ki omogoča izdelavo digitalnih modelov višin (DMV), primerljivih z DMV 5 m × 5 m, pri- dobljenim s stereofotogrametričnim zajemom s posnetkov Cikličnega aerofotografiranja Slovenije (CAS). Srednje gostote med 5 in 10 točk/m2 omogočajo izdelavo podrobnejših DMV-jev; v ta sklop lahko uvrstimo tudi večino rezultatov projekta La- sersko skeniranje Slovenije, saj je bila zanj zahtevana gostota 5 ali 2 točki pr- vih odbojev na m2. Velika gostota la- serskih točk z več kot 10 točkami/m2 omogoča izdelavo topografskih kart v merilih 1 : 10.000 ali 1 : 5000 že samo na podlagi laserskih podatkov, brez dodatnih pomožnih virov za za- jem (Triglav Čekada, Crosilla in Ko- smatin Fras 2010). Lasersko skeniranje Slovenije Temeljni namen projekta lasersko skeniranje Slovenije je bila zagoto- vitev ustreznih podatkovnih podlag za zajem 3D-podatkov hidrografije in dejanske rabe vodnih zemljišč za celotno Slovenijo. Zajem hidrogra- Osnovni rezultat laserskega skenira- nja je oblak georeferenciranih točk v prostoru, kjer ima posamezna točka dodani informaciji o redu odboja in intenziteti vrnjenega laserskega od- boja. Pri poznejši uporabi teh podat- kov v kartografske namene je iz obla- ka točk treba prepoznati posamezne objekte ali pojave ter določiti robove med njimi. Laserske podatke lahko uporabimo same ali pa jih kombini- ramo skupaj z drugimi prostorskimi podatki, kot so digitalni ortofoti ali stereofotografije. Digitalni ortofoti so le pomožni vir za lažjo interpreta- cijo objektov, prikazanih v laserskih podatkih, saj je na ortofotih zapi- sana le horizontalna lega, višine pa ne. Sterefotografije pa omogočajo dodatno izmero 3D-objektov, ki v laserskih podatkih zaradi premajhne gostote točk ali neodbojnosti objekta v valovni dolžini laserja (na primer vodna površina ali gladke strehe) niso vidni. V splošnem lahko gostoto laserskih točk na enoto površine delimo glede na želen namen uporabe (slika 2). Pri Slika 2: Klasificiran oblak točk na enodružinski hiši z drevesom v ospredju z gostotami: a) 5 točk/m2, b) 10 točk/m2. 46 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 LASERSKO SKENIRANJE no razrezali na območja velikosti 1 km2. Zato DMR1, zapisan v forma- tu ASCII, v D48/GK ni sestavljen iz točk s koordinatami, zaokroženimi na 1 m, ampak so koordinate zapisane na dve decimalni mesti natančno, to- rej je posamezna celica lahko malen- kost večja ali manjša od 1 m2. Na ta način smo želeli ohraniti položajno in višinsko točnost izdelka DMR1 po transformaciji, saj bi z interpola- cijo na koordinate, zaokrožene na 1 m, obe točnosti izgubili. Na več kot 4000 terensko izmerjenih kontrolnih točkah smo preverili položajno in višinsko točnost izdelkov. Položajna točnost koordinat v D96/TM je 30 cm in višin 15 cm (Triglav Čekada in Bric 2015). Izdelki GKOT, OTR, DMR1 so shranjeni v datotekah, ki pokrivajo površino enega kvadratnega kilome- tra, izdelek PAS pa prikazuje območje površine 5 km2. Izdelki laserskega skeniranja Slovenije so brezplačno na razpolago na spletni strani ARSO (Grilj s sodelavci 2015): http://gis.arso.gov.si/evode/profile. aspx?id=atlas_voda_Lidar@Arso Izdelki so na voljo v državnih rav- ninskih koordinatnih sistemih D96/ Prečna Mercatorjeva projekcija in D48/Gauss-Krügerjeva projekcija ter v nadmorskih višinah. Izdelke smo najprej izdelali v D96/TM ter jih v D48/GK le transformirali in ponov- Poglavitni izdelki laserskega skenira- nja Slovenije so: • georeferenciran in klasificiran oblak točk (GKOT), kjer so točke razvrš- čene oziroma klasificirane v sedem razredov: tla, nizka (do 1 m višine), srednja (med 1 m in 3 m) in visoka vegetacija (nad 3 m višine), stavbe, nizke točke ter neklasificirane ozi- roma nikoli klasificirane; shranjen je v formatu LAS, • digitalni model reliefa 1 m × 1 m (DMR1), zapisan v formatu ASCII, • oblak točk reliefa (OTR) – samo točke tal, zapisan v formatu LAS, • podoba analitičnega senčenja DMR1 (PAS), zapisana v rastrskem geolociranem formatu TIF. 2 točki/m2 2015 2014 2011 Slika 3: Razdelitev Slovenije na bloke laserskega skeniranja po letnikih večine snemanja v posameznem bloku ter območja z manjšo gostoto podatkov. GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 | 47 LASERSKO SKENIRANJE ga skeniranja, ki jih prenesemo z iste spletne strani kot podatke same. Sklep S prostim dostopom so podatki laser- skega skeniranja Slovenije, ki so bili prvenstveno namenjeni zajemu hi- drografije in dejanske rabe vodnih ze- mljišč celotne Slovenije, dosegli veliko širšo uporabo, za katero pa niso vedno najbolj optimalni. Kot smo že na začetku omenili, so to podatki z nizko do srednjo gostoto, ki so namenjeni predvsem pripravi pre- glednih slojev in ne pripravi slojev za podrobne analize. Med pregledne slo- je lahko štejemo tudi ortofoto CAS; pri izdelavi zadnjega v letu 2015 so že uporabili laserski DMV 1 m×1 m, s katerim so zamenjali prej uporabljen fotogrametrični 5 m × 5 m. Skupaj s stereoposnetki CAS laserske podatke uporabljajo tudi za kombiniran zajem topografskih kart v merilu 1 : 5000 (državni topografski model), ki jih prav tako lahko štejemo med pregle- dne sloje. lahko pri tem v vodnih telesih odstra- nili značilne robove in objekte (otoki, pregrade …), ki pa so zelo pomembni za zajem hidrografije in dejanske rabe vodnih zemljišč, čemur so bili izdelki prvenstveno namenjeni. Omenimo še, da se je skeniranje izvajalo s prej nave- denimi gostotami za celotno območje Slovenije in 250 m prek državne meje. Podatkov, ki pokrivajo območja, od- daljena več kot 250 m čez mejo, nismo ne brisali ne popravljali. Zato je na teh območjih v interpolaciji DMR1 več napak, ki jih gre pripisati temu, da se pri manjši gostoti odbije do tal manj točk. Manjšemu številu točk gre pri- pisati tudi pojav zgoščanja in redčenja snemalnih linij, ki ga lahko vidimo na območjih z gostoto 2 točki/m2. Pojav nastane zaradi rahlih tresljajev nosilca snemanja, očiten pa postane pri zelo majhnih gostotah snemanja. Kljub razredčeninam in zgostitvam snemal- nih linij izdelek vsepovsod izpolnjuje zahtevano gostoto, saj se je ta preverja- la v kvadratih velikosti 10 × 10 m. Po- datki so podrobno opisani v tehničnih poročilih posameznih blokov laserske- Med pomembnimi lastnostmi izdel- kov laserskega skeniranje Slovenije moramo omeniti, da iz podatkov ni- smo izbrisali večinoma napačnih od- bojev pod površjem (nizke točke), ki nastanejo zaradi vlage v zraku v času snemanja ali večpotja (laserski od- boj se dvakrat odbije: najprej na pri- mer od stene stavbe, potem pa še od tal), saj nekatere nizke točke vseeno predstavljajo brezna, ki so v Sloveniji zelo pogosta. Povprečna gostota jam v Sloveniji naj bi bila 0,4 jame/km2 (Staut in Čekada 2006). Kot drugo pomembno značilnost laserskega ske- niranja in izdelka GKOT moramo izpostaviti, da lasersko skeniranje vo- dnih površin vrne manjše število od- bojev kot na ostalih površinah. Tako je v GKOT na vodnih površinah veliko manjša gostota točk, lahko pa točk na vodah sploh ni. Zaradi tega lahko pri- de do napak pri interpolaciji DMR1 na večjih vodnih telesih, ki se v izdel- ku PAS odražajo v sunkovitih skokih med posameznimi ploskvami vode. Teh v postopku ročnega popravljanja DMR1 nismo odstranjevali, saj bi Slika 4: Fosilni kamniti ledenik pod Rutarškim Vršičem v Martuljški skupini: levo lokacija, desno prikaz na podobi analitičnega senčenja DMR 1 × 1 m. NAPIS NAD ČLANKOM 48 | GEOGRAFSKI OBZORNIK • 3-4/2016 LASERSKO SKENIRANJE od vsaj 10 do 20 točk/m2. Vendar pa podatki Laserskega skeniranja Slove- nije, v kolikor so pravilno obdelani (to vklučuje tudi ročno klasifikacijo), mestoma omogočajo tudi arheološko interpretacijo (Štular in Lozić 2016). Zahvala Naročnik laserskega skeniranja Sloveni- je je bilo Ministrstvo za okolje in pro- stor. Pri projektu sta poleg Geodetskega inštituta Slovenije sodelovala še Flycom, d. o. o. in Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru. Podatki so brezplačno na razpolago na spletni strani Agencije Re- publike Slovenije za okolje. tako podrobno, da prvič omogočajo preučevanje natančnosti koordinat leg jamskih vhodov brez terenskega ogleda (Čekada in Gostinčar 2016). Podatki so omogočili tudi odkritje našega prvega fosilnega kamnitega le- denika, skritega pod gostim gozdom vzhodno pod Rutarškim Vršičem v Martuljški skupini Julijskih Alp (slika 4) (Triglav Čekada s sodelavci 2016). Omogočili so tudi podrobno preuče- vanje terasiranih pokrajin v Sloveniji (Kladnik s sodelavci 2016). Upora- bljamo jih lahko tudi za preučevanje drobnih sprememb površja, ki v do- ločenih razmerah razkrivajo prikrita arheološka najdišča in sledove. Za kakovostno arheološko interpreta- cijo potrebujemo večinoma gostoto Laserske podatke uporabljajo tudi za zajem gozdnih cest, prikaze sestojnih kart ter druge prikaze v gozdarstvu (Šturm s sodelavci 2016). Kljub kom- biniranju z drugimi podatki so laser- ski podatki neprimerni za izdelavo kart v merilu 1 : 1000 ali drugih pro- storskih prikazov, primerljivih temu merilu (Triglav Čekada, Crosilla in Kosmatin Fras 2010). Če se omejimo na geomorfološke po- jave, so ti podatki primerni za analizo velikih zemeljskih plazov (na primer Slano blato in Macesnik), velikih skal- nih podorov in iskanju velikih vhodov v jame oziroma brezna (Triglav Čeka- da 2011). Podatki prikazujejo površje v Sloveniji pod rastlinskim pokrovom Viri in literatura 1. Bric, V., Triglav Čekada, M., Bitenc, M. 2012: Uporaba laserskega skeniranja pri zaščiti in reševanju ter vojaških aktivnostih. Geoprostorska podpora obrambnemu sistemu Republike Slovenije. Direktorat za obrambne zadeve Ministrstva za okolje in prostor, Inštitut za antropološke in prostorske študije ZRC SAZU, Geodetski inštitut Slovenije. Ljubljana. 2. Čekada, M., Gostinčar, P. 2016: Uporaba lidarja v jamarstvu. GIS v Sloveniji 13. Ljubljana. 3. Grilj, T., Cunder, M., Kogovšek, P., Kregar, M., Štravs, L. 2015: eVode, Atlas voda in LIDAR – novi javno dostopni in brezplačni sistem za dostop do podatkov s področja upravljanja voda. Urbani izziv, posebna izdaja: 26. Sedlarjevo srečanje. 4. Kladnik, D., Perko, D. (ur.), Ciglič, R. (ur.), Geršič, M. (ur.) 2016: Terasirane pokrajine. Geografski inštitut Antona Melika ZRC SAZU. Ljubljana. 5. Staut, M., Čekada, M. 2006: Porazdelitev gostote jam v Sloveniji. Naše jame 46. 6. Štular, B., Lozić, E. 2016: Primernost podatkov projekta lasersko skeniranje Slovenije za arheološko interpretacijo: Metoda in študijski primer. GIS v Sloveniji 13. Ljubljana. 7. Šturm, T., Pisek, R., Kobler, A., Beguš, J., Matjašič, D. 2016: Možnosti uporabe lidarskih podatkov na Zavodu za gozdove Slovenije. GIS v Sloveniji 13. Ljubljana. 8. Triglav Čekada, M., Barborič, B., Zorn, M., Ferk, M. 2016: Lasersko skeniranje Slovenije in akumulacijske reliefne oblike v slovenskem visokogorju. Raziskave s področja geodezije in geofizike 2015. Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo Univerze v Ljubljani. Ljubljana. 9. Triglav Čekada, M., Bric, V. 2015: Končan je projekt laserskega skeniranja Slovenije. Geodetski vestnik 59-3. 10. Triglav Čekada, M. 2011: Možnost uporabe zračnega laserskega skeniranja (lidar) za geomorfološke študije. Geografski vestnik 83-2. 11. Triglav Čekada, M., Crosilla, F., Kosmatin Fras, M. 2010: Teoretična gostota lidarskih točk za topografsko kartiranje v največjih merilih. Geodetski vestnik 53-3.