För att kunna konkurrera inom dagens fordonsindustri krävs effektiv produktutveckling. Det är under designprocessen som det finns störst möjlighet att påverka slutprodukten till det bättre. Ett sätt att åstadkomma effektivare produktutveckling är att tillämpa ny teknik. För att generera digitaliserade vägmodeller som används i simuleringar kan laserskanning appliceras. I dessa simuleringar kan fordonen testköras virtuellt och därigenom förkorta dimensioneringsprocessen. Laserskanning av kuperad terräng är komplex och därför saknas det underlag av kuperade testbanor i simuleringar. Denna studie syftar till att presentera olika laserskanningstekniker samt att utöka underlaget för virtuella simuleringar inom dimensioneringsprocessen av dumprar. Målet med arbetet är att skapa virtuella vägsektioner som kan användas i simuleringsmodeller.  Tre huvudtekniker inom laserskanning presenteras i teorikapitlet. Vidare har terrest laserskanning utförts på Volvos testbana i Målajord och med skanningsdata som underlag har en vägmodell som kan användas i fordonssimuleringar skapats i Matlab. Vägmodellen som skapats representerar väl den verkliga körbanan, vilket indikerar att terrest laserskanning är en väl fungerande metod för detta ändamål. / Product development is necessary to compete in today´s vehicle industry. During the design process the largest possibility to affect the end product to the better exists. One way to achieve product development is to apply new technology. Through application of terrestrial laser scanning digitalized road models can be achieved and be used in simulations. In these simulations, vehicles can virtually do a trial run and thereby shorten the dimensionprocess. Laser scanning of hilly terrain is complex and therefore groundwork of hilly roadways in simulations is missing.  This study refers to present different types of laser scanning methods and expand the groundwork for virtual simulations in the dimensionprocess of dumpers. The vision is to create virtual roadways which can be used in simulation models. Three main techniques of laser scanning are presented in the theory chapter. Further on terrestrial laser scanning has been used on Volvos test track in Målajord and with this scanning data as groundwork a road model, which can be used in vehicle simulations, has been created in Matlab. The road model is well representing the real roadway, which indicates that terrestrial laser scanning is a well working method for this purpose.

Ein großes Anwendungsgebiet des Flugzeuglaserscannings ist in Bereichen der Forstwirtschaft und der Forstwissenschaft zu finden. Die Daten dienen flächendeckend zur Ableitung von digitalen Gelände- und Kronenmodellen, aus denen sich die Baumhöhe ableiten lässt. Aufgrund der Aufnahmerichtung aus der Luft lassen sich spezielle bodennahe Baumparameter wie Stammdurchmesser und Kronenansatzhöhe nur durch Modelle schätzen. Der Einsatz terrestrischer Laserscanner bietet auf Grund der hochauflösenden Datenakquisition eine gute Ergänzung zu den Flugzeuglaserscannerdaten. Inventurrelevante Baumparameter wie Brusthöhendurchmesser und Baumhöhe lassen sich ableiten und eine Verdichtung von digitalen Geländemodellen durch die terrestrisch erfassten Daten vornehmen. Aufgrund der dichten, dreidimensionalen Punktwolken ist ein hoher Dokumentationswert gegeben und eine Automatisierung der Ableitung der Geometrieparameter realisierbar. Um den vorhandenen Holzvorrat zu kontrollieren und zu bewirtschaften, werden in periodischen Zeitabständen Forstinventuren auf Stichprobenbasis durchgeführt. Geometrische Baumparameter, wie Baumhöhe, Baumposition und Brusthöhendurchmesser, werden gemessen und dokumentiert. Diese herkömmliche Erfassung ist durch einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand gekennzeichnet. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Algorithmen entwickelt, die eine automatische Ableitung der geometrischen Baumparameter aus terrestrischen Laserscannerpunktwolken ermöglichen. Die Daten haben neben der berührungslosen und lichtunabhängigen Datenaufnahme den Vorteil einer objektiven und schnellen Parameterbestimmung. Letztendlich wurden die Algorithmen in einem Programm zusammengefasst, das neben der Baumdetektion eine Bestimmung der wichtigsten Parameter in einem Schritt realisiert. An Datensätzen von drei verschiedenen Studiengebieten werden die Algorithmen getestet und anhand manuell gewonnener Baumparameter validiert. Aufgrund der natürlich gewachsenen Vegetationsstruktur sind bei Aufnahmen von einem Standpunkt gerade im Kronenraum Abschattungen vorhanden. Durch geeignete Scankonfigurationen können diese Abschattungen minimiert, allerdings nicht vollständig umgangen werden. Zusätzlich ist der Prozess der Registrierung gerade im Wald mit einem zeitlichen Aufwand verbunden. Die größte Schwierigkeit besteht in der effizienten Verteilung der Verknüpfungspunkte bei dichter Bodenvegetation. Deshalb wird ein Ansatz vorgestellt, der eine Registrierung über die berechneten Mittelpunkte der Brusthöhendurchmesser durchführt. Diese Methode verzichtet auf künstliche Verknüpfungspunkte und setzt Mittelpunkte von identischen Stammabschnitten in beiden Datensätzen voraus. Dennoch ist die größte Unsicherheit in der Z-Komponente der Translation zu finden. Eine Methode unter Verwendung der Lage der Baumachsen sowie mit einem identischen Verknüpfungspunkt führt zu besseren Ergebnissen, da die Datensätze an dem homologen Punkt fixiert werden. Anhand eines Studiengebietes werden die Methoden mit den herkömmlichen Registrierungsverfahren über homologe Punkte verglichen und analysiert. Eine Georeferenzierung von terrestrischen Laserscannerpunktwolken von Waldbeständen ist aufgrund der Signalabschattung der Satellitenpositionierungssysteme nur bedingt und mit geringer Genauigkeit möglich. Deshalb wurde ein Ansatz entwickelt, um Flugzeuglaserscannerdaten mit terrestrischen Punktwolken allein über die Kenntnis der Baumposition und des vorliegenden digitalen Geländemodells zu verknüpfen und zusätzlich das Problem der Georeferenzierung zu lösen. Dass ein terrestrischer Laserscanner nicht nur für Forstinventuren gewinnbringend eingesetzt werden kann, wird anhand von drei verschiedenen Beispielen beleuchtet. Neben der Ableitung von statischen Verformungsstrukturen an Einzelbäumen werden beispielsweise auch die Daten zur Bestimmung von Vegetationsmodellen auf Basis von Gitterstrukturen (Voxel) zur Simulation von turbulenten Strömungen in und über Waldbeständen eingesetzt. Das aus Laserscannerdaten abgeleitete Höhenbild einer Rinde führt unter Verwendung von Bildverarbeitungsmethoden (Texturanalyse) zur Klassifizierung der Baumart. Mit dem terrestrischen Laserscanning ist ein interessantes Werkzeug für den Einsatz im Forst gegeben. Bestehende Konzepte der Forstinventur können erweiterte werden und es eröffnen sich neue Felder in forstwirtschaftlichen und forstwissenschaftlichen Anwendungen, wie beispielsweise die Nutzung eines Scanners auf einem Harvester während des Erntevorganges. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Laserscannertechnik hinsichtlich Gewicht, Reichweite und Geschwindigkeit wird der Einsatz im Forst immer attraktiver. / An important application field of airborne laser scanning is forestry and the science of forestry. The captured data serve as an area-wide determination of digital terrain and canopy models, with a derived tree height. Due to the nadir recording direction, near-ground tree parameters, such as diameter at breast height (dbh) and crown base height, are predicted using forest models. High resolution terrestrial laser scanner data complements the airborne laser scanner data. Forest inventory parameters, such as dbh and tree height can be derived directly and digital terrain models are created. As a result of the dense three dimensional point clouds captured, a high level of detail exists, and a high degree of automation of the determination of the parameters is possible. To control and manage the existing stock of wood, forest inventories are carried out at periodic time intervals, on the base of sample plots. Geometric tree parameters, such as tree height, tree position and dbh are measured and documented. This conventional data acquisition is characterised by a large amount of work and time. Because of this, algorithms are developed to automatically determine geometric tree parameters from terrestrial laser scanner point clouds. The data acquisition enables an objective and fast determination of parameters, remotely, and independent of light conditions. Finally the majority of the algorithms are combined into a single program, allowing tree detection and the determination of relevant parameters in one step. Three different sample plots are used to test the algorithms. Manually measured tree parameters are also used to validate the algorithms. The natural vegetation structure causes occlusions inside the crown when scanning from one position. These scan shadows can be minimized, though not completely avoided, via an appropriate scan configuration. Additional the registration process in forest scenes is time-consuming. The largest problem is to find a suitable distribution of tie points when dense ground vegetation exists. Therefore an approach is introduced that allows data registration with the determined centre points of the dbh. The method removes the need for artificial tie points. However, the centre points of identical stem sections in both datasets are assumed. Nevertheless the biggest uncertainness is found in the Z co-ordinate of the translation. A method using the tree axes and one homologous tie point, which fixes the datasets, shows better results. The methods are compared and analysed with the traditional registration process with tie points, using a single study area. Georeferencing of terrestrial laser scanner data in forest stands is problematic, due to signal shadowing of global navigation satellite systems. Thus an approach was developed to register airborne and terrestrial laser scanner data, taking the tree positions and the available digital terrain model. With the help of three examples the benefits of applying laser scanning to forest applications is shown. Besides the derivation of static deformation structures of single trees, the data is used to determine vegetation models on the basis of a grid structure (voxel space) for simulation of turbulent flows in and over forest stands. In addition, the derived height image of tree bark using image processing methods (texture analysis) can be used to classify the tree species. Terrestrial laser scanning is a valuable tool for forest applications. Existing inventory concepts can be enlarged, and new fields in forestry and the science of forestry are established, e. g. the application of scanners on a harvester. Terrestrial laser scanners are becoming increasingly important for forestry applications, caused by continuous technological enhancements that reduce the weight, whilst increasing the range and the data rate.

La robotique aérienne est un domaine de recherche qui a connu un grand succès commercial au cours des dernières années suite au développement de plates-formes aéroportées de petite taille hautement efficaces et abordables, couramment appelées mini-drones. Cela a ouvert la voie à de nouvelles applications dans les tâches de surveillance et d'inspection. Ces dernières années, cela a été un sujet de recherche clé dans l'industrie de l'énergie, où les lignes de transmission sont sujettes à la détérioration due aux conditions atmosphériques et nécessitent des programmes de surveillance étendus. Les mini-drones ont le potentiel d'automatiser entièrement le processus d'inspection, réduisant ainsi davantage les coûts et les temps d'inspection. Dans ce contexte, cette thèse aborde les inspections autonomes de tours électriques avec des MAV. A savoir, la localisation, la première étape d'une longue série de tâches vers la réalisation de capacités totalement autonomes, est le sujet principal de ce travail. Nous explorons comment les scanners laser 2D peuvent être couplés avec des capteurs couramment disponibles pour la pose à 6 degrés de liberté d'un mini-drone en temps réel avec les capacités perceptives et de traitement limites au bord de la plate-forme. Cette thèse tel que les algorithmes classiques de scan matching, comme l'algorithme Iterative Closest Point (ICP), la fusion de données et le contrôle par retour d'état. Des validations basées sur des vols expérimentaux et des simulations étendues sont présentées. / Aerial robotics is a prominent field of research that has seen great commercial success during the last years due to the development of highly efficient and affordable small-sized airborne platforms, commonly referred to as mini-drones. This has opened the way to promising new applications in surveillance and inspection tasks. In recent years, this has been a key subject of research in the power industry, where power utilities are subject to deterioration due to atmospheric conditions and require extensive monitoring programs. Mini-drones have the potential of fully automating the inspection process, further reducing costs and inspection times. In this context, this thesis addresses autonomous electric tower inspections with mini-drones. Namely, self-localization, the first step in a long series of tasks towards achieving fully autonomous capabilities, is the main focus of this work. We explore how 2D laser scanners can be coupled with commonly available sensors to estimate a mini-drone's 6 degree of freedom pose in real-time, using uniquely on-board sensing and processing capabilities. This thesis develops topics from classic scan matching algorithms, such as the iterative closest point (ICP) algorithm and proposed adaptations to the electric tower scene, to sensor fusion and feed-back control. Validations based on experimental flights and extensive simulations are presented.

Over the last years there has been a rapid development in the UAS-technology (Unmanned Aircraft Systems) and today there are several UAS systems on the market. The fast development has led to differences in both price and capability of taking high-quality images between the systems. The purpose of this study was firstly to investigate how two UAS systems differ in the uncertainty of measurement while making digital terrain models, secondly, to investigate how different UAS systems cope with the laws and requirements that exist for producing digital terrain models for detail projection, SIS-TS 21144:2016 Table 6 level 1-3. A comparative study on two software’s creation of point clouds from picture data was also conducted. In this study, three digital models were made from one specific area. They were created with two different UAS-systems and laser scanning from an airplane. The models were compared and analysed using the RUFRIS method. The UASsystems used were a fixed wings Smartplanes S1C and a rotary wings Dji Phantom 4 PRO. The Smartplanes flew 174 m above the ground and the Dji Phantom 4 flew 80 m above the ground. The results from the study show that laser scanning from the airplane created the model with the lowest measurement uncertainty and met all the requirements for each separate type (asphalt, natural soil, grass and gravel) for detail projection according to SIS.TS 201144:2016 table 6 level 1-3. Additionally, the results show that the terrain model produced by the Dji Phantom 4 only met the requirements for asphalt where the mean deviation was 0,001 m. The results produced with “Smartplanes” met the requirements for asphalt and gravel where the mean deviations were -0,007 m and 0,017 m. The softwares PhotoScan and UASMaster were compared while creating point clouds from pictures taken by the Smartplanes. The results show that PhotoScan had the lowest uncertainty for asphalt, grass and gravel surfaces while UASMaster produced lower uncertainty for natural soil. The results indicate that airborne laser scanning should be the preferred method for collection of topographic data since it created lower measurement uncertainties than the other methods in this study. It is also possible to create digital terrain models with UAS for detail projection for asphalt and gravel surface in accordance with 21144:2016. Finally, it was concluded that the used software programs are showing differences in creating point clouds. / De senaste åren har tekniken för Unmanned Aircraft System (UAS) utvecklats snabbt och idag finns flera system på marknaden. Ett resultat av den snabba utvecklingen är att de olika systemen skiljer sig åt, dels i pris men även i kapacitet. Syftet med studien var att undersöka hur olika UAS-system skiljer sig åt i mätosäkerhet vid framställning av digitala terrängmodeller, men även hur olika UAS-system står sig mot det regelverk som finns för framställning av digitala terrängmodeller vid detaljprojektering enligt SIS-TS 21144:2016 Tabell 6 klass 1-3. Ytterligare ett syfte med studien var att undersöka hur olika programvaror skiljer sig åt vid framställning av punktmoln från bilddata. I studien kontrollerades och jämfördes tre digitala terrängmodeller genererade över samma område med två olika UAS-system samt laserskanning från ett flygplan. Terrängmodellerna jämfördes mot kontrollprofiler framställda med RUFRIS-metoden. De olika UAS-systemen var en dyrare variant, Smartplanes S1C (fastavingar), och en billigare variant, Dji Phantom 4 PRO (roterande vingar). De tillämpade flyghöjderna för flygningarna var 174 m för Smartplanes och 80 m för Dji Phantom. Resultatet från studien visar att laserskanning från flygplanet uppnådde lägst mätosäkerhet och klarade samtliga krav för varje separat marktyp för detaljprojektering enligt SIS-TS 201144:2016 Tabell 6 klass 1-3. Marktyper som undersöktes var: asfalt, naturmark, gräs och grus. Vidare klarade terrängmodellen producerad med Dji Phantom endast kravet för asfaltsytor, där medelavvikelsen fastställdes till 0,001 m. Terrängmodellen producerad med Smartplanes klarade endast kraven för marktyperna asfalt och grus där medelavvikelsen fastställdes till -0,007 m respektive 0,017 m. Som en del i studien jämfördes programvarorna PhotoScan och UASMaster för framställning av punktmoln för bilder insamlade med Smartplanes S1C. Resultatet visar att PhotoScan uppnådde lägst mätosäkerhet för asfalt, gräs och grus medan UASMaster uppnådde lägst mätosäkerhet för naturmark. Studien visar att flygburen laserskanning borde vara en fortsatt föredragen metod för insamling av topografisk data då metoden resulterade i lägst mätosäkerheter i denna studie. Vidare visar studien att det är möjligt att framställa digitala terrängmodeller med UAS för detaljprojektering enligt SISTS 21144:2016 för asfalt- och grusytor. Dessutom konstateras att olika bearbetningsprogram skiljer sig vid framställning av punktmoln.

Submitted by MARCELA DO VALLE MACHADO (marcelavmachado@gmail.com) on 2018-04-22T02:22:02Z No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Devido ao elevado custo de Sistemas de Varredura a LASER Aerotransportados (SVLA) e a miniaturização de sensores, sistemas de varredura a LASER (SVL) de menor peso e custo têm sido uma alternativa para estudos florestais. Aliado a estes sistemas, a crescente utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) possibilita a aquisição de dados com maior flexibilidade e rapidez, o que permite a utilização de SVL mais leves neste tipo de plataforma. Todavia, a integração e sincronização dos dispositivos do sistema demanda árduo trabalho de conexão eletrônica e computacional. Em casos que não seja possível realizar a sincronização eletrônica entre os dispositivos do sistema, uma alternativa é a sincronização por pósprocessamento, estabelecida por meio da relação entre os dados temporais obtidos com o LIDAR (Light Detection and Ranging) e com o GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), durante a trajetória de voo do SVL embarcado em VANT. Para relacionar estes dados, são realizadas manobras de voo na forma senoidal durante a decolagem e pouso com o sistema, a fim de gerar pontos de máximos e mínimos. Com isso, os dados LASER e as posições da plataforma, coletados pelos dispositivos LASER e GNSS/IMU em sistemas de tempo diferentes, são relacionados por meio da diferença de distância e altura em função do tempo. Posteriormente, o tempo dos dados LASER é corrigido para tempo GPS, caracterizando a sincronização por pós-processamento, e refinado pelo Método dos Mínimos Quadrado. Desse modo, a nuvem de pontos pode então ser gerada. O controle de qualidade altimétrico utilizando pontos de apoio coletados em campo, apresentou uma acurácia de 11,6 cm. Para o controle planimétrico foi verificada uma acurácia de 45 cm para a componente E e 62 cm para a componente N. A partir das acurácias encontradas para a nuvem de pontos, conclui-se que a técnica de sincronização empregada é uma alternativa viável para relacionar dispositivos desacoplados de um SVL e que a acurácia centimétrica do sistema permite que este seja empregado em diversas aplicações, dentre as quais estão estimativa de altura de árvores. / Due to the high cost of Airborne LASER Scanning (ALS) and the miniaturization of sensors, low-cost and low-weight LASER systems have been an alternative for forestry studies. Together with these systems, the increasing use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) platforms, also low cost, enables the acquisition of data with greater flexibility and speed, which allows the use of low-weight SVL in this type of platform. However, the integration and synchronization of the devices of the system demands specialised work for electronic and computational connections. In cases where it is not possible to perform electronic synchronization between the devices of the system, an alternative is the post-processing synchronization, established through the relationship between the signals obtained with LIDAR (Light Detection and Ranging) and GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), during the flight path of the SVL boarded in UAV. To relate these signals, flight maneuvers are performed in the a sinusoidal form shape during takeoff and landing with the system in order to obtain peaks of maximum and minimum. Thus, the LASER data and platform positions collected by the LASER and GNSS / IMU devices in different time systems are related by distance and height as a function of time. Subsequently, the LASER data time is corrected to match GPS time, characterizing the post-processing synchronization, and latter refined by the Least Square Method. In this way, the point cloud can then be generated. The quality control for altimetry, using control points collected in the field, achieved an obtained accuracy of 11.6 cm. The planimetric quality control achieve an accuracy of 45 cm the E component and 62 cm for the N component. From the accuracy achieved for the point cloud, it was concluded that the synchronization technique used is a viable alternative to relate decoupled devices of an ALS and that the centimetric accuracy of the system allows it to be used in several applications, such as tree height estimation. / FAPESP Proc. nº 2013/50426-4

En digital terrängmodell (DTM) är en representation av enbart själva markytan. Det finns flera metoder för att framställa DTM:er, där laserskanning har blivit en alltmer vanlig metod. Inom laserskanning är flygburen laserskanning (FLS) en flitigt använd metod, då metoden har fördelen av att kunna täcka stora områden på kort tid. Det finns dock nackdelar med FLS då datainsamlingen kan bli bristfällig i t.ex. skogsområden, där laserstrålar inte kan tränga igenom tät vegetation. Här kan handhållen laserskanning (HLS) vara ett bra alternativ då HLS går snabbt och inte behöver samma omfattande planering. Tidigare studier visar att HLS har många fördelar, men som dock inte kan hålla samma låga osäkerhet som terrester laserskanning (TLS). Det saknas däremot studier om hur HLS ställer sig mot mätningar med FLS. Syftet med studien är därför att utvärdera möjligheten att använda och tillämpa mätningar med HLS för framställning av DTM i skogsterräng gentemot FLS. Detta görs genom att jämföra respektive DTM:s lägesosäkerhet. I studien användes instrumentet ZEB-REVO för insamlingen av data för metoden HLS. Medan för FLS användes laserdata från Lantmäteriet. Från insamlad laserdata skapades därefter DTM:er. Dessa jämfördes mot ett antal kontrollprofiler som mättes in med totalstation. För respektive metod, HLS och FLS, beräknades medelvärde för höjdavvikelserna mot kontrollprofilerna där även standardavvikelse beräknades. Resultatet visar att DTM:en skapad av data från FLS beräknades ha en höjdavvikelse för hela området på 0,055 m som medelvärde gentemot inmätta kontrollprofiler. Standardavvikelsen för denna höjdavvikelse beräknades till 0,046 m för FLS. För DTM:en med data från HLS beräknades en höjdavvikelse på 0,043 m i medelvärde som bäst, där standardavvikelse beräknades till 0,034 m. Studien visar att metoderna HLS och FLS gav likvärdiga resultat gentemot de inmätta kontrollprofilerna, dock gav HLS generellt mindre standardavvikelse i jämförelse mot FLS. Vidare ansågs ZEB-REVO och dess tillhörande databearbetningsprogram GeoSLAM vara väldigt användarvänligt, där själva skanningen med instrumentet tog endast 10 minuter för studiens område på ca 2000 m2. Utifrån studiens resultat drogs slutsatsen att mätningar med HLS kan ge en likvärdig DTM, sett till osäkerheten, som FLS-mätningar. HLS kan därmed vara en kompletterande metod men att FLS är en fortsatt effektiv metod. / A digital terrain model (DTM) represent exclusively the earth surface. There are several methods which can be utilized to create DTMs, where laser scanning have become a common used method. Airborne laser scanning (ALS) is often used since the method can cover a large area in a relatively short time. However a disadvantage with ALS is that the data collection, for a wooded area, can be inadequate due to penetration difficulties for some laser beams. For that reason a handheld laser scanner (HLS) can be an alternative since measurements can be done fast and does not need the same extensive planning. Earlier studies mention HLS to have several advantages but can still not yet be compared with terrestrial laser scanning (TLS) concerning the measurements uncertainty. There are, however, no studies that investigates how measurements with HLS stands against FLS. The purpose with the study is to evaluate the ability to use measurements from HLS to create a DTM for a wooded area in comparison with ALS. This is done by comparing the different uncertainties for each DTM. In the study the acquisition of HLS laser data was collected with the instrument ZEB-REVO and the ALS laser data was received from Lantmäteriet (cadastral mapping and surveying authority in Sweden). After the data acquisition a DTM were created from each data set (method). The DTMs were then compared to control profiles, which have been measured with total station. From the comparison with the control profiles average height deviation and standard deviation were calculated for each DTM. The result shows that the DTM created from ALS data received an average height deviation of 0,055 m for the whole area with a standard deviation of 0,046 m. Corresponding result for the DTM created from HLS data were calculated, at best, to 0,043 m in average height deviation and 0,034 m in standard deviation. The study shows that the methods HLS and ALS gave equivalent result regarding the comparison with the control profiles, however HLS gave a generally lower value for standard deviation. Furthermore ZEB-REVO with its processing program GeoSLAM was considered to be very easy and user friendly. The area (approx. 2000 m2) for the study was scanned within only 10 min. The conclusion which were drawn from the obtained result was that measurements with HLS can generate an equivalent DTM, concerning the uncertainty, as measurements with FLS. Thereby HLS can be a complementing method but still FLS is seen as an effective method.

This thesis is about using airborne laser scanning data for making maps for Orienteering. In this thesis were used altimetry data DMR 4G and DMR 5G. These data are provided by ČUZK. The control measuring was made in choosen area to verify the accuracy. In this thesis is described procedure of data collection and their treatment. The results of this thesis are two illustrations of the orienteering maps.

Wissenschaftliche Untersuchungen von terrestrischen und aquatischen Ökosystemen erfordern präzise Informationen über die dreidimensionale Struktur des ökologischen Systems. Full-waveform Flugzeuglaserscannerdaten eignen sich hervorragend zur Charakterisierung von Ökosystemen und bilden eine ideale Basis für die vollständige volumetrische Repräsentation der Vegetations- und Gewässerstruktur in einem Voxelraum. Die Voxelattribute werden dabei aus der digitalisierten Wellenform abgeleitet. Jeder emittierte Laserpuls wird von Dämpfungseffekten beeinflusst, die durch Teilreflexionen auf seinem Weg durch die unterschiedlichen Vegetations- oder Wasserschichten entstehen. Dadurch ist die Struktur im unteren Bereich der empfangenen Rohsignale unterrepräsentiert. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten innovativen Methoden zur Analyse von full-waveform Daten ermöglichen die Generierung einer radiometrisch korrigierten Voxelraumrepräsentation. Voraussetzung dafür ist die numerisch stabile Rekonstruktion des effektiven differentiellen Rückstreuquerschnitts mit geeigneten Entfaltungs- und Regularisierungsverfahren. Das Kernstück der Analyse bildet die Beschreibung der Signaldämpfung mit Hilfe geeigneter Modelle. Auf Grundlage dieser Modelle wurden neuartige Korrekturverfahren zur Kompensation der Signaldämpfung erarbeitet, wobei der Korrekturterm direkt aus dem differentiellen Rückstreuquerschnitt abgeleitet wird. Die Grundidee der entwickelten Methode ist das schrittweise Anheben der Signalintensität in Abhängigkeit von der individuellen Historie jedes Laserpulses. Die Resultate der vorliegenden Arbeit tragen dazu bei, die in full-waveform Daten enthaltenen Informationen über die Vegetations- und Gewässerstruktur zugänglich zu machen. Weiterhin zeigen die hier präsentierten Ergebnisse, dass die Limitierungen bestehender Auswertemethoden, welche weitgehend auf die Extraktion diskreter Maxima und die Erzeugung volumetrischer Repräsentationen aus diskreten 3D Punktwolken beschränkt sind, überwunden werden können. / The scientific investigation of terrestrial and aquatic ecosystems requires precise information on the three-dimensional structure of the ecologic system. Full-waveform airborne laser scanner data are an ideal basis for the complete volumetric representation of vegetation and water structure in a voxel space. Due to attenuation effects, caused by partial reflections during the laser pulse propagation through the vegetation or water column, each individual laser pulse echo is significantly modified. As a result, the structure in the lower parts of the vegetation or water column is underrepresented in the digitized waveform. Within this research, novel and innovative methods were developed, which enable the generation of a radiometrically correct voxel space representation. Therefore, a numerically stable reconstruction of the effective differential backscattering cross section utilizing appropriate deconvolution and regularization techniques is required. The essential element of the analysis is the description of the signal attenuation using applicable mathematical models. For this purpose, novel correction methods compensating the signal attenuation based on these models were developed. The correction term is directly derived from the differential backscatter cross section. The basic idea is a gradually increase of the signal amplitudes depending on the individual history of each laser pulse. The results gained in this work contribute to an improved access to the information on vegetation and water structure, contained in full-waveform laser scanner data. Furthermore, it is possible to overcome limitations of existing approaches, which are mainly based on the extraction of discrete maxima.

<div>The accelerating expansion of agricultural and urban areas fragments and degrades forests</div><div>and their capacity to provide essential ecosystem services while increasing physiological stress</div><div>and mortality rates of trees growing near forest edges. Previous studies have documented that</div><div>edges are hotter and drier than forest interiors and trees nearer the edge grow slower. However,</div><div>the physical structure of a forest’s canopy may serve to mitigate to these effects. This study</div><div>quantifies forest fragmentation across the Central Hardwoods Region (CHR; containing Missouri,</div><div>Illinois, and Indiana) and characterizes structural differences between the canopies of forest edges</div><div>and forest interiors. Importantly, we distinguish between edges that neighbor developed land and</div><div>agricultural lands since these landcover types may impose distinct effects on forest structure. We</div><div>characterized forest canopy structure in a subset of the CHR region using the 2016-2020 Indiana</div><div>3DEP Lidar Program data. Our findings indicate edge forest (forests within 30m of an edge) makes</div><div>up 29.8% of the total forest in our study extent, with urban and agricultural edges accounting for</div><div>17.8% and 72.8% of the edge edges in the region, respectively. Analysis of 15 separate structural</div><div>metrics derived from aerial laser scanning (ALS) showed no significant structural differences</div><div>between developed and agricultural edge canopies but did find differences between structure of</div><div>canopies in forest cores and those in forest edges of any kind. As developed and agricultural lands</div><div>increase so too will forest fragmentation and the creation of new forest edges. If there are no</div><div>significant differences between forest edge types, then we could begin to treat edges without</div><div>distinction. This could lead to simplified management practices for foresters and urban foresters</div><div>alike to protect and preserve forest fragments.</div>

Ein großes Anwendungsgebiet des Flugzeuglaserscannings ist in Bereichen der Forstwirtschaft und der Forstwissenschaft zu finden. Die Daten dienen flächendeckend zur Ableitung von digitalen Gelände- und Kronenmodellen, aus denen sich die Baumhöhe ableiten lässt. Aufgrund der Aufnahmerichtung aus der Luft lassen sich spezielle bodennahe Baumparameter wie Stammdurchmesser und Kronenansatzhöhe nur durch Modelle schätzen. Der Einsatz terrestrischer Laserscanner bietet auf Grund der hochauflösenden Datenakquisition eine gute Ergänzung zu den Flugzeuglaserscannerdaten. Inventurrelevante Baumparameter wie Brusthöhendurchmesser und Baumhöhe lassen sich ableiten und eine Verdichtung von digitalen Geländemodellen durch die terrestrisch erfassten Daten vornehmen. Aufgrund der dichten, dreidimensionalen Punktwolken ist ein hoher Dokumentationswert gegeben und eine Automatisierung der Ableitung der Geometrieparameter realisierbar. Um den vorhandenen Holzvorrat zu kontrollieren und zu bewirtschaften, werden in periodischen Zeitabständen Forstinventuren auf Stichprobenbasis durchgeführt. Geometrische Baumparameter, wie Baumhöhe, Baumposition und Brusthöhendurchmesser, werden gemessen und dokumentiert. Diese herkömmliche Erfassung ist durch einen hohen Arbeits- und Zeitaufwand gekennzeichnet. Aus diesem Grund wurden im Rahmen dieser Arbeit Algorithmen entwickelt, die eine automatische Ableitung der geometrischen Baumparameter aus terrestrischen Laserscannerpunktwolken ermöglichen. Die Daten haben neben der berührungslosen und lichtunabhängigen Datenaufnahme den Vorteil einer objektiven und schnellen Parameterbestimmung. Letztendlich wurden die Algorithmen in einem Programm zusammengefasst, das neben der Baumdetektion eine Bestimmung der wichtigsten Parameter in einem Schritt realisiert. An Datensätzen von drei verschiedenen Studiengebieten werden die Algorithmen getestet und anhand manuell gewonnener Baumparameter validiert. Aufgrund der natürlich gewachsenen Vegetationsstruktur sind bei Aufnahmen von einem Standpunkt gerade im Kronenraum Abschattungen vorhanden. Durch geeignete Scankonfigurationen können diese Abschattungen minimiert, allerdings nicht vollständig umgangen werden. Zusätzlich ist der Prozess der Registrierung gerade im Wald mit einem zeitlichen Aufwand verbunden. Die größte Schwierigkeit besteht in der effizienten Verteilung der Verknüpfungspunkte bei dichter Bodenvegetation. Deshalb wird ein Ansatz vorgestellt, der eine Registrierung über die berechneten Mittelpunkte der Brusthöhendurchmesser durchführt. Diese Methode verzichtet auf künstliche Verknüpfungspunkte und setzt Mittelpunkte von identischen Stammabschnitten in beiden Datensätzen voraus. Dennoch ist die größte Unsicherheit in der Z-Komponente der Translation zu finden. Eine Methode unter Verwendung der Lage der Baumachsen sowie mit einem identischen Verknüpfungspunkt führt zu besseren Ergebnissen, da die Datensätze an dem homologen Punkt fixiert werden. Anhand eines Studiengebietes werden die Methoden mit den herkömmlichen Registrierungsverfahren über homologe Punkte verglichen und analysiert. Eine Georeferenzierung von terrestrischen Laserscannerpunktwolken von Waldbeständen ist aufgrund der Signalabschattung der Satellitenpositionierungssysteme nur bedingt und mit geringer Genauigkeit möglich. Deshalb wurde ein Ansatz entwickelt, um Flugzeuglaserscannerdaten mit terrestrischen Punktwolken allein über die Kenntnis der Baumposition und des vorliegenden digitalen Geländemodells zu verknüpfen und zusätzlich das Problem der Georeferenzierung zu lösen. Dass ein terrestrischer Laserscanner nicht nur für Forstinventuren gewinnbringend eingesetzt werden kann, wird anhand von drei verschiedenen Beispielen beleuchtet. Neben der Ableitung von statischen Verformungsstrukturen an Einzelbäumen werden beispielsweise auch die Daten zur Bestimmung von Vegetationsmodellen auf Basis von Gitterstrukturen (Voxel) zur Simulation von turbulenten Strömungen in und über Waldbeständen eingesetzt. Das aus Laserscannerdaten abgeleitete Höhenbild einer Rinde führt unter Verwendung von Bildverarbeitungsmethoden (Texturanalyse) zur Klassifizierung der Baumart. Mit dem terrestrischen Laserscanning ist ein interessantes Werkzeug für den Einsatz im Forst gegeben. Bestehende Konzepte der Forstinventur können erweiterte werden und es eröffnen sich neue Felder in forstwirtschaftlichen und forstwissenschaftlichen Anwendungen, wie beispielsweise die Nutzung eines Scanners auf einem Harvester während des Erntevorganges. Mit der stetigen Weiterentwicklung der Laserscannertechnik hinsichtlich Gewicht, Reichweite und Geschwindigkeit wird der Einsatz im Forst immer attraktiver. / An important application field of airborne laser scanning is forestry and the science of forestry. The captured data serve as an area-wide determination of digital terrain and canopy models, with a derived tree height. Due to the nadir recording direction, near-ground tree parameters, such as diameter at breast height (dbh) and crown base height, are predicted using forest models. High resolution terrestrial laser scanner data complements the airborne laser scanner data. Forest inventory parameters, such as dbh and tree height can be derived directly and digital terrain models are created. As a result of the dense three dimensional point clouds captured, a high level of detail exists, and a high degree of automation of the determination of the parameters is possible. To control and manage the existing stock of wood, forest inventories are carried out at periodic time intervals, on the base of sample plots. Geometric tree parameters, such as tree height, tree position and dbh are measured and documented. This conventional data acquisition is characterised by a large amount of work and time. Because of this, algorithms are developed to automatically determine geometric tree parameters from terrestrial laser scanner point clouds. The data acquisition enables an objective and fast determination of parameters, remotely, and independent of light conditions. Finally the majority of the algorithms are combined into a single program, allowing tree detection and the determination of relevant parameters in one step. Three different sample plots are used to test the algorithms. Manually measured tree parameters are also used to validate the algorithms. The natural vegetation structure causes occlusions inside the crown when scanning from one position. These scan shadows can be minimized, though not completely avoided, via an appropriate scan configuration. Additional the registration process in forest scenes is time-consuming. The largest problem is to find a suitable distribution of tie points when dense ground vegetation exists. Therefore an approach is introduced that allows data registration with the determined centre points of the dbh. The method removes the need for artificial tie points. However, the centre points of identical stem sections in both datasets are assumed. Nevertheless the biggest uncertainness is found in the Z co-ordinate of the translation. A method using the tree axes and one homologous tie point, which fixes the datasets, shows better results. The methods are compared and analysed with the traditional registration process with tie points, using a single study area. Georeferencing of terrestrial laser scanner data in forest stands is problematic, due to signal shadowing of global navigation satellite systems. Thus an approach was developed to register airborne and terrestrial laser scanner data, taking the tree positions and the available digital terrain model. With the help of three examples the benefits of applying laser scanning to forest applications is shown. Besides the derivation of static deformation structures of single trees, the data is used to determine vegetation models on the basis of a grid structure (voxel space) for simulation of turbulent flows in and over forest stands. In addition, the derived height image of tree bark using image processing methods (texture analysis) can be used to classify the tree species. Terrestrial laser scanning is a valuable tool for forest applications. Existing inventory concepts can be enlarged, and new fields in forestry and the science of forestry are established, e. g. the application of scanners on a harvester. Terrestrial laser scanners are becoming increasingly important for forestry applications, caused by continuous technological enhancements that reduce the weight, whilst increasing the range and the data rate.