Terrestrial Laser Scanning (TLS) as a detection method of the natural river valley microtopography – case study of the Upper Biebrza

Abstract

Abstract Terrestrial Laser Scanning (TLS) as a detection method of the natural river valley microtopography - case study of the Upper Biebrza. This paper concerns the use of Terrestrial Laser Scanning (TLS) methods and the Geographic Information Systems (GIS) analysis to determine microtopography of a natural river valley, case study of the upper Biebrza valley. The scientific problem analyzed in this paper is a morphology of the selected segments of the valley covered by sedge ecosystems which in natural stage form a characteristic tussocks from their root systems. In order to capture the microtopography it was necessary to remove vegetation from the selected areas, and then, for a five typical location, registration of its structure using the laser scanner. As a result the point cloud was generated for each of the selected area and after GIS analysis the microtopography was obtained in form of digital terrain model (DTM). The DTM of each area represents valleys microstructure possible to obtain by use of TLS (TLS DTM), is usually not registered by the Airborne Laser Scanning (ALS), and is the main reason of inaccuracy of the DTM obtained based on ALS. The resulting TLS DTM has been processed by various filtering methods to lower the noise and fill the voids from blocking the laser beam by a tussocks. Finally, this allowed to determine the spatial structure of each measurement field. Streszczenie Naziemny skaning laserowy (TLS) jako technologia defekcji naturalnej mikrorzeźby doliny rzecznej na przykładzie górnej Biebrzy. Niniejsza praca dotyczy wykorzystania metod Naziemnego Skaningu Laserowego (z ang. TLS - Terrestial Laser Scanning) oraz analiz z wykorzystaniem Systemów Informacji Geografi cznej (z ang. GIS - Geographic Information Systems) do określenia mikrorzeźby doliny rzecznej na przykładzie fragmentu doliny górnej Biebrzy. Pomiary TLS wykonano dla wybranych poletek pomiarowych zlokalizowanych w obszarze doliny, gdzie występują zbiorowiska turzyc kępowych, których systemy korzeniowe tworzą w połączeniu z namułami charakterystyczne pagórki. Przed wykonaniem skaningu części liściowe roślin zostały usunięte, aby odsłonić pagórki. W wyniku przeprowadzenia skaningu otrzymano obraz mikrorzeźby w postaci chmury punktów, który zwykle nie jest rejestrowany przez Lotniczy Skaning Laserowy (z ang. ALS - Airborne Laser Scanning) i jest główną przyczyną niedokładno ści wykonywanego na jego podstawie Numerycznego Modelu Terenu (z ang. DTM - Digital Terrain Model). Na podstawie otrzymanych chmur punktów wygenerowano NMT dla każdego z pól pomiarowych. Otrzymany NMT został poddany fi ltracji różnymi metodami w celu zmniejszenia szumu oraz wypełnienia pustych miejsc modelu powstałych na skutek blokowania wiązki lasera przez kępy roślinności. Pozwoliło to określić strukturę przestrzenna każdego analizowanego poletka.