Tarkkuuden, keilauskulman optimoinnin ja intensiteetin kalibroinnin näkökulmia valtakunnallisen laserkeilauksen kannalta

Airborne laser scanning is a technique that produces three-dimensional coordinates of the Earth’s surface as well as generating intensity values. Nationwide airborne laser scanning was launched in Finland in 2008 and some 180 000 km2 had been scanned by the end of 2012. While the main goal in this endeavour is to produce an accurate digital elevation/terrain model (2 x 2 m2 grid size) of the whole of the country, other applications, e.g. forestry, will benefit from the data as well. This study deals with the accuracy of airborne laser scanning, the optimization of the scanning angle, and the calibration of intensity. Accuracy assessments of airborne laser scanning have shown that the geometric accuracy of the method can fulfill the accuracy requirements for producing a nationwide digital elevation model with a grid of 2 x 2 m2. When studying the effect of scanning angle and biomass on elevation modeling capability, it was found that it would be possible to increase the scanning angle applied in Finland’s nationwide laser scanning. Even though the accuracy of the elevation model in the conditions prevailing in Finland allows increasing of the scanning angle, other applications would most probably not benefit from this. For example, these same data are sometimes used in nationwide forest inventory in Finland. A method for relative and absolute calibration of airborne laser scanning intensity was developed. The portable reference targets have proved their usefulness for calibration purposes. An intensity correction method should be used in pre-processing the airborne laser data. As a result of this, the usability of the intensity values may increase in practical applications, such as in classification. The studies constituting this dissertation have already impacted on the practical aspects of the nationwide airborne laser scanning dealing with accuracy assessment, the work done in the field of intensity calibration, and scanning angle analysis may have a further impact on nationwide laser scanning in the coming years. The optimization of airborne laser scanning flight parameters for multi-use nationwide laser scanning is a topic deserving further research.Ilmasta tehtävä laserkeilaus tuottaa 3D-koordinaatteja maan pinnalta sekä intensiteettiarvoja. Suomen valtakunnallinen laserkeilaus aloitettiin vuonna 2008 ja noin 180000 km2 oli keilattu vuoden 2012 loppuun mennessä. Vaikka päätarkoituksena on tuottaa tarkka digitaalinen korkeus/maastomalli (2 x 2 m2 ruutukoko) koko maasta, muutkin sovellukset, kuten metsätalous, hyötyvät tästä aineistosta. Tämä tutkimus käsittelee ilmasta tehtävän laserkeilauksen tarkkuutta, keilauskulman optimointia sekä intensiteetin kalibrointia. Laserkeilauksen tarkkuusarviointi on osoittanut, että menetelmän geometrinen tarkkuus täyttää valtakunnallisen digitaalisen korkeusmallin tuottamisen tarkkuusvaatimukset. Kun tutkittiin keilauskulman ja biomassan vaikutusta korkeusmallin tuottamiseen, huomattiin että olisi mahdollista kasvattaa valtakunnallisen laserkeilauksen havaintokulmaa. Vaikka korkeusmallin tarkkuus mahdollistaisi Suomen oloissa keilauskulman kasvattamisen, muut sovellukset eivät luultavasti hyötyisi tästä. Esimerkiksi tätä samaa aineistoa käytetään Suomen valtakunnallisessa metsien inventoinnissa. Laserkeilauksen intensiteetin suhteellista ja absoluuttista kalibrointia varten kehitettiin menetelmä. Siirrettävät referenssikohteet osoittivat käyttökelpoisuutensa intensiteetin kalibroinnissa. Intensiteetin kalibrointimenetelmää tulisi käyttää laserkeilausaineiston esikäsittelyssä. Tämän tuloksena intensiteettiarvojen käyttökelpoisuus kasvaisi käytännön sovelluksissa, kuten luokittelussa. Tämän väitöskirjan muodostaneet tutkimukset ovat jo käytännössä vaikuttaneet valtakunnallisen laserkeilauksen tarkkuusarvioinnissa. Intensiteetin kalibrointityö ja keilauskulman analysointi vaikuttanevat valtakunnalliseen laserkeilaukseen tulevina vuosina. Lisätutkimusta tarvitaan ilmasta tehtävän laserkeilauksen lentoparametrien optimoimiseksi monikäyttöistä valtakunnallista laserkeilausta varten