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

• Autorzy: Brach M. , Chormanski J.

Warianty tytułu

PL

Naziemny skaning laserowy (TLS) jako technologia defekcji naturalnej mikrorzeźby doliny rzecznej na przykładzie górnej Biebrzy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

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 fi ll the voids from blocking the laser beam by a tussocks. Finally, this allowed to determine the spatial structure of each measurement field.

PL

Niniejsza praca dotyczy wykorzystania metod Naziemnego Skaningu Laserowego (z ang. TLS – Terrestial Laser Scanning) oraz analiz z wykorzystaniem Systemów Informacji Geograficznej (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 niedokładności 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 filtracji 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.

Słowa kluczowe

EN

Biebrza River; river valley; sedge; terrestrial laser scanning; detection method; microtopography; Geographic Information System

• Wydawca: -
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Land Reclamation
• Rocznik: 2014
• Tom: 46
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.5-16,fig.,ref.

Twórcy

autor

Brach M.

• Department of Hydraulic Engineering, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa Poland
• Computer Centre, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa Poland

autor

Chormanski J.

• Department of Hydraulic Engineering, Warsaw University of Life Sciences – SGGW, Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa Poland

Bibliografia

• ANIBAS C., VERBEIREN B., BUIS, K., CHORMAŃSKI J., De DONCKER L., OKRUSZKO T., MEIRE P., BATELAAN O. 2012: A hierarchical approach on groundwa-ter-surface water interaction in wetlands along the upper Biebrza River, Poland Hydrological Earth System Science, 16, 2329-2346.
• BREMER M., SASS O. 2012: Combining airborne and terrestrial laser scanning for quantifying erosion and deposition by a debris flow event. Geomorphology 138, 49-60.
• BUBECK A., WILKINSON M., ROBERTS G.P., COWIE P.A., MC CAFFREY K.J.W., PHILIPS R., SAMMONDS P. 2014: The tectonic geomorphology of bedrock scarps on active normal faults in the Italian Apennines mapped using combined ground penetrating radar and terrestrial laser scanning. Geomorphology. DOI: 10.1016/j.geomorph.2014.03.011.
• CHORMAŃSKI J., MIROSŁAW- ŚWIĄTEK D., MICHAŁOWSKI R. 2009: A hydrodynamic model coupled with GIS for flood characteristics analysis in the Biebrza riparian wetland. Oceanological and Hydrobiological Studies 38(1), 65-73.
• CHORMAŃSKI J., OKRUSZKO T., IGNAR S., BATELAAN O., REBEL K.T., WASSEN M.J. 2011a: Flood mapping with remote sensing and hydrochemistry: A new method to distinguish the origin of flood water during floods. Ecological Engineering 37(9), 1334-1349.
• CHORMAŃSKI J., BEREZOWSKI T., OKRUSZKO T., IGNAR S. 2011b: Hydrography and Hydrology od the Upper Biebrza Basin. Con-tempoary Problems of Management and Environmental Protection 7. Issues of Landscape Conservation and Water Management in Rural Areas.
• FAN L., POWRIE W., SMETHURST J., ATKINSON P.M., EINSTEIN H. 2014: The effect of short ground vegetation on terrestrial laser scans at local scale. ISPRS Journal of Photo-grammetry and Remote Sensing 95, 42-52.
• GREEN V. 2012. Leica Cyclone 7.1.1: Registering Scans in Cyclone. CAST Technical Publications Series. Number 7412. http://gmv.cast. uark.edu/scanning/software/leica-software/ leica-cyclone/leica-cyclone-7-1-1-register-ing-scans-in-cyclone-2 [Accessed: 31 December 2013, last updated: 9 May 2012].
• GUARNIERI A., VETTORE A., PIROTTI F., MENENTI M., MARANI M. 2009: Retrival of small-relief marsh morphology from Ter-restrail Laser Scanner, optimal spatial filtering and laser return intensity. Geomorpholo-gy 113(1-2), 12-20.
• ISOK - IT System of the Country's Protection. http://www.isok.gov.pl/en [Accessed: 11 August 2014].
• JANKOWSKI W. 2003: Different proposals of flood protection in the Odra valley between Chałupki and the Nysa Łużycka, and their impact on the proposed Natura 200 sites. International conference 'Towards natural flood reduction strategies', Warsaw, 6-13 September 2003.
• KAŁUŻA T., STRZELIŃSKI P. 2009: Remote sensing in research of high-growing plants for flow estimation in flood lands. Studia i Materiały Centrum Edukacji Przyrodniczo-Leśnej 11, 2 (21).
• KOCIUBA W. 2014: Application of Terrestrial Laser Scanning in the assessment of the role of small debris flow in river sediment supply in the cold climate environment. Annales UMCS B 69, 1, 79-91.
• KOCIUBA W., KUBISZ W., ZAGÓRSKI P. 2014: Use of terrestrial laser scanning (TLS) for monitoring and modelling of geomorphic processes and phenomena at small and medium spatial scale in Polar environment (Scott River - Spitsbergen). Geomorphology 212, 84-96.
• KOCIUBA W., JANICKI G., RODZIK J. 2014b: 3D laser scanning as a new tool of assessment of the dynamics of development of forested loess gullies based on the example of Kolonia Celejów (Lublin Upland). Annales UMCS B 69, 1, 107-116.
• KUHN D., PRÜFER S. 2014: Coastal cliff monitoring and analysis of mass wasting processes with the application of terrestrial laser scanning: A case study of Rügen, Germany. Geomorphology 213, 153-165.
• MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., OKRUSZKO T., CHORMAŃSKI J. 2004: Natural flood-plain storage capacity - modelling approach. Journal of Water and Land Development 8, 75-86.
• MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., CHORMAŃSKI J. 2007: The verification of the numerical river flow model by use of Remote Sensing. In: Wetlands: Monitoring, Modelling, Management. Eds T. Okruszko, E. Maltby, J. Szatyłowicz, D. Mirosław-Świątek, W. Kotowski. Taylor & Francis/Balkema, 173-180.
• MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., SZPORAK S., CHORMAŃSKI J., IGNAR S. 2007: Influence of a different land use on a flood extent in the lower Biebrza valley. The Fifth International Symposium on Environmental Hydraulics (ISEH V) Tempe, Arizona, the Grand Canyon State, 4-7 December 2007, 1-7.
• MIROSŁAW-ŚWIĄTEK D., SZPORAK S., CHORMAŃSKI J., OKRUSZKO T. 2008: Hydrodynamic model of the lower biebrza river flow a tool for assessing the hydrologic vulnerability of a floodplain to management practices. Ecohydrology and Hydrobiology 8(2-4), 331-337.
• MOSKAL L.M., ZHENG G. 2012: Retrieving Forest Inventory Variables with Terrestrial Laser Scanning (TLS) in Urban Heterogeneous Forest. Remote Sens. 4, 1, 1-20.
• OKRUSZKO T., CHORMAŃSKI J., MIROSŁAW- ŚWIĄTEK D., GREGORCZYK M. 2010: Hydrological characteristics of swamp communities, the Biebrza River (NE Poland) case study. In: Environmental Hydraulics. Eds J. Christodoulou, P. Stamou. Taylor & Francis Group, London, 407-412.
• OPDEKAMP W., TEUCHIES J., VREBOS D., CHORMAŃSKI J., SCHOELYNCK J., VAN DIGGELEN R., MEIRE P., STRUYF E. 2012: Tussocks: Biogenic Silica Hot-Spots in a Riparian Wetland. Wetlands 32, 1115-1124.
• SHARMA M., PAIGE G.B., MILLER S.N. 2010: DTM Development from Ground-Based Li-DAR Data: A Method to Remove Non-Surface Objects. Remote Sens. 2, 2629-2642.
• WĘŻYK P., SROGA R., SZWED P., SZOSTAK M., TOMPALSKI P., KOZIOŁ K. 2009: The application of terrestrial laser scanning for determining the selected trees and forest stand parameters. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 19.