Tvorba modelů vegetace z dat pořízených bezpilotními leteckými prostředky

Tereza Kvasničková

Bachelor's thesis

Creating models of vegetation based on data acquired by unmanned aerial vehicles

Abstract:

Bakalářská práce se zabývá o tvorbou digitálních modelů vegetace z dat pořízených multispektrálním senzorem neseným bezpilotním leteckým prostředkem (Unmanned Aerial Vehicle; UAV). Analýza byla prováděna na území Přírodní památky Housle, která se nachází v severní části města Prahy. Vytvořené modely byly porovnávány s terénním měřením a leteckým výškovým modelem vyhotoveným Institutem plánování a rozvoje hlavního města Prahy (IPR). Porovnáním dat byla zjišťována jejich výšková přesnost, a dále pak jejich vhodnost pro možnou aktualizaci leteckých výškových modelů. Vegetační modely byly počítány pomocí vybraných softwarů (Agisoft Metashape, ArcGIS, Drone2Map, LAStools, RStudio) a jejich implementovaných algoritmů na základě bodového mračna, které bylo zpracováno metodou Structure from Motion (SfM). Pro data UAV byly použity i algoritmy, které jsou primárně určeny pro data získaná metodou LiDAR (Light Detection And Ranging). Hodnocení výškové přesnosti bylo prováděno na základě RMSE (Root Mean Square Error) a MAE (Mean Absolute Error). Nejvyšší přesnosti dosáhly modely vytvořené v softwarech Agisoft Metashape a Drone2Map (RMSE 2,80 – 3,04 m; MAE 2,21 – 2,53), naopak nejnižší přesnosti v softwarech LAStools a RStudio (RMSE 5,15 – 6,22 m; MAE 3,59 - 4,67 m). Z výsledků je patrné, že softwary a algoritmy určené pro zpracování dat UAV dosahují vyšší přesnosti, oproti těch vyvinutým primárně pro zpracování dat LiDAR. Výsledky práce dále dokazují, že modely vegetace vytvořené z dat UAV jsou slibným datovým zdrojem pro lokální aktualizaci výškových leteckých modelů.

Abstract:

The bachelor thesis deals with the creation of vegetation models using data obtained by an unmanned aerial vehicle (UAV). The analysis was performed on the territory of the Housle Natural Monument, which is located in the northern part of the city of Prague. Created models were compared with land measurements and aerial altitude model, developed by Prague Institute of Planning and Development (IPR). Data comparison allowed to determine whether the obtained data are suitable for the subsequent update of air altitude models. Point cloud, conducted by the Structure from Motion (SfM) method, served as a basis for the calculation of vegetation models. Calculations were carried out through algorithms and selected software (Agisoft Metashape, ArcGIS, Drone2Map, LAStools, RStudio). Algorithms that are primarily constructed for data obtained by the Light Detection and Ranging (LiDAR) method were used also for UAV data. Height accuracy evaluation was performed using RMSE (Root Mean Square Error) and MAE (Mean Absolute Error). The models developed in the Agisoft Metashape and Drone2Map software (RMSE 2,80-3,04 m; MAE 2,21-2,53) have the highest precision, while the lowest precision in the LAStools and RStudio software (RMSE 5.15-6.22 m; MAE 3.59-4.67 m) has reached the lowest precision. The results show that software and algorithms designed to process UAV data achieve greater accuracy than those developed primarily for processing of LiDAR data. The results of the work further demonstrate that the vegetation models created from UAV data are a promising data source for local update of elevation aeronautical models.

Keywords

Normovaný digitální model povrchu, Structure from Motion, bodové mračno, MAE, RMSE

Keywords

Structure from Motion, MAE, normalized digital surface model, point cloud, RMSE

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 3. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Tomáš Klouček, Ph.D.
• Reader: Jan Komárek, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Bachelor programme:
Geographic Information Systems and Remote Rensing in Environmental Sciences