Rieglin esiteltyä vuonna 2004 täyden allonmuodon digitaalisesti tallentavan ilmalaserkeilaimen LMS- Q560 ensimmäisenä maailmassa, kaupallisille markkinoille on vähitellen ilmaantunut muitakin täyden aallonmuodon tallentavia laitteita. Nykyään täyden aallonmuodon tallentavia skannereita löytyy ilmalaserkeilainten lisäksi mobiili- ja maalaserskannereista. Mutta riittääkö käyttäjälle pelkkä ilmoitus täyden aallonmuoden tallennuksesta vai täytyykö aiheeseen perehtyä syvällisemmin haluttujen lopputulosten aikaansaamiseksi?
Pulssilaserkeilaimet voidaan jakaa kahteen pääluokkaan: diskreetit ja täyden aallonmuodon laitteet. Suurin osa skannereista toimii analogisella pohjalla, jolloin mittaustulokseksi saadaan diskreettejä pisteitä, yksi tai useampi lähtevää pulssia kohden. Piste voidaan määritellä takaisinsironneesta kaiusta useilla eri tavoilla ja tietyssä laitteessa käytetty algoritmi on lähinnä laitevalmistajan tiedossa.
Mitattava piste voidaan määrittää palautuneesta kaiusta monesta eri kohtaan. Diskreeteissä laitteissa määritys on automaattinen eikä alkuperäiseen aineiston voida palata jälkianalyysissä.
Lähde: Laserkeilauskurssi 2008. TKK
Täyden allonmuodon mittaustekniikkaan perustuvat keilaimet ovat kuitenkin kovassa nousussa, sillä mittaustulos (sisäinen ja ulkoinen tarkkuus) saadaan niillä paremmaksi ja lisäksi ne tarjoavat mittauksille lisäarvoa. Mitattavan kohteen ominaisuuksissa voi näet määrittää X, Y, Z koordinaattien sekä aikaleiman lisäksi muutakin tallennetun datan perusteella. Jos laitteesta voidaan ratkaista sisäinen orientointi, radiometrinen kalibrointi ja systeemin vasteen kalibrointi, niin lopputuotteina ovat myös takaissironneen signaalin amplitudi sekä sen kalibroitu muoto reflektanssi, kaiun leveys sekä takaissironneen signaalin muodon hajonta. Näitä arvoja voidaan esimerkiksi käyttää pistepilviaineistojen luokitteluun.
Takaisinsironnan muodosta johdettu alfa-arvo, joka heijastaa selkeästi eroa kasvillisuuden ja rakennusten välillä. Lähde: Mallet., Bretar ja Sorgel 2008, Analysis of Full Waveform Lidar Data for Classification of Urban Areas. Geoinformation 5/2008.
Palataanpa alkuperäiseen kysymykseen: saadaanko yllä esiteltu etu kaikista ns. ”täyden aallonmuodon” tallentavista laitteista? Rieglin tutkimuspäällikön Andreas Ullrichin ja Martin Pfennigbauerin mukaan näin ei suinkaan ole. Näin ollen he ehdottavat seuraavaa luokittelua tällä hetkellä kaupallisilla markkinoilla myynnissä olevista laitteista:
Tässä luokittelussa kysymys on siitä, miten täysi aallonmuoto digitoidaan ja tallennetaan eli myös käytettävän A/D-muuntimen yhteys järjestelmään on merkityksellinen. Kuten taulukosta nähdään, löyhästi kytketty A/D-muunnin ei tarjoa mahdollisuutta radiometriseen kalibrointiin. Aineistosta puuttuu myös tarkka etäisyysmittaus- ja amplitudi-informaatio, eikä sitä voida saada tallennetusta digitoidusta aallonmuodosta. Näin siksi, että takaisin sironneesta pulssista otetaan vain muutamia otoksia, joista koko aallon rekonstruointi ei kuitenkaan ole mahdollinen. Sen sijaan ylimpänä mainittu Full waveform -data sisältää lähetetyn profiilin, jolla voidaan poistaa epästabiilin järjestelmän vaikutus mittaustulokseen, digitoidut kaiut, aikaleiman ja lähetyskulmat. Jos järjestelmä on stabiili, niin lähetetyn signaalin profiilia ei tarvitse tallentaa (echo waveform data).
Käyttäjän kannalta tilanne on sama kuin vaikkapa ruisleipää ostettaessa. Päällepäin ruisleipä vaikuttaa samalta, mutta tuoteselostetta lukiessa huomaakin merkittäviä eroavuuksia kuten rukiin määrän lopputuotteessa. Jos laserkeilausaineistolta odottaa tiettyjä ominaisuuksia, niin on perehdyttävä tarkkaan jopa laitteen elektroniikkaan.
Lähteet:
Mallet, C., F. Bretar and Soergel, U.: Analysis of Full-Waveform Lidar Data for Classification of Urban areas. Photogrammetrie – Fernerkundung – Geoinformation (PFG), 5/2008, pp.337-349.
Ullrich, A. and Pfennigbauer, M. Categorisation of full waveform data provided by laser scanning devices. Electro-Optical Remote Sensing, Photonic Technologies, and Applications V. Edited by Kamerman, Gary W.; Steinvall, Ove; Bishop, Gary J.; Gonglewski, John D.; Lewis, Keith L. Proceedings of the SPIE, Volume 8186, pp. 818609-818609-10 (2011).
Wagner, W. Radiometric calibration of small-footprint full-waveform airborne laser scanner measurements: Basic physical concepts. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing (2010). Volume: 65, Issue: 6, Publisher: Elsevier B.V., Pages: 505-513