No description available.

This thesis project aims to learn and understand more about implementing a path planner to the unmanned ground vehicle (UGV), UGV Husky, specifically its traversability algorithm, and investigate how it could be further improved. A surrounding grid is generated around the UGV where each cell contains information connected to its traversability. The traversability filter is given this information to score how possible it is to traverse to the cell with regard to angular slope, terrain roughness, and step height. The three parameters have each a critical value that works as a limit where if one of the three parameters were to exceed the critical value then the cell would not be estimated to be traversable. The current problem is that their critical value for angular slope, step height, and terrain roughness are decided arbitrarily and mostly through simulation. To solve this problem, formulas are derived that focus on geometrical aspects of a UGV to define the limits in focus on slope and step. The formulas give threshold values applied to the code and are run in simulation. To validate this, hardware experiments are done to compare simulation and reality. This is to observe and learn if the simulations are good representations of reality and if the threshold values are correct. The results show that the thresholds are good estimations of the UGV Husky's limits. This is if one takes into consideration that other important factors are not included or known, such as the ground conditions in the actual experiments. The simulation studies also prove that Gazebo simulations are not good representations of reality to test terrain difficulties because of simplified physical representation, giving unreliable limits. Based on the successful implementation of the geometrically derived threshold values for slope and step, further work could include similarly derived threshold values for terrain roughness, and attempt to optimize the variables that are in the traversability formula. / Syftet med detta examensabete är attutveckla förståelsen av en ruttplaneringsalgoritm, specifikt dess framkomlighets analays, och kolla hur det går att förbättra den. Problemet som diskuteras i denna rapport är hur tröskelvärdena för vinkellutning, högsta steghöjd och terrängens grovhet är godtyckligt valda och i flesta fall från simuleringsmiljöer eller flera verklighetstester. För att lösa detta problem foukseras det på att utveckla en formel som endast kollar på de geometriska aspekterna av fordonets vinkelgräns och steghöjd. Denna formel blir testad genom att applicera de framräknade tröskelvärdena till simuleringsmiljön och observera ifall det stämmer att UGVn som användts (UGV Husky) har dessa begränsningar. För validering görs tester också i verkligheten för att se hur relationen mellan simulering och verklighet är. Resultaten visar att värdena är bra uppskattningar till vad UGV Husky klarar i verkligheten om man tar i åtanke att viktiga faktorer har inte tagits med exempelvis markförhållanden. Simulering i förhållande till verklighet är inte en bra representation på grund av dålig upplösning av modeleringen av UGVn vilket ger opålitliga gränser. Nästa steg skulle framöver vara att ta med terrängförhållanden i beräkningarna och optimera flera variabler i formeln.

<p dir="ltr">As a new spaceborne laser remote sensing system, the Global Ecosystem Dynamics Investigation, or GEDI, is being widely used for monitoring forest ecosystems. However, its measurements are subject to uncertainties that will affect the calculation of ground elevation and vegetation height. This research intends to investigate the quality of the GEDI elevation data and its relevance to topography and land cover.</p><p dir="ltr">In this study, the elevation of the GEDI data is compared to 3DEP DEM, which has a higher resolution and accuracy. All the experiments in this study are conducted for two locations with vastly different terrain and land cover conditions, namely Tippecanoe County in Indiana and Mendocino County in California. Through this investigation we expect to gain a comprehensive understanding of GEDI’s elevation quality in various terrain and land cover conditions.</p><p dir="ltr">The results show that GEDI data in Tippecanoe County has better elevation accuracy than the GEDI data in Mendocino County. GEDI in Tippecanoe County is almost four times more accurate than in Mendocino County. Regarding land cover, GEDI have better accuracy in low vegetation areas than in forest areas. The ratio can be around three times better in Tippecanoe County and around one and half times better in Mendocino County. In terms of slope, GEDI data shows a clear positive correlation between RMSE and slope. The trend indicates as slope increases, the RMSE increases concurrently. In other words, slope and GEDI elevation accuracy are inversely related. In the experiment involving slope and land cover, the results show that slope is the most influential factor to GEDI elevation accuracy.</p><p dir="ltr">This study informs GEDI users of the factors they must consider for forest biomass calculation and topographic mapping applications. When high terrain slope and/or high vegetation is present, the GEDI data should be checked with other data sources like 3DEP DEM or any ground truth measurements to assure its quality. We expect these findings can help worldwide users understand that the quality of GEDI data is variable and dependent on terrain relief and land cover.</p>

This thesis addresses the problem of improving the delineation of skylines, also referred to as skyline detection, in occluded and challenging environments where existing skyline delineation methods may struggle or fail. Delineated skylines can be used in monocular camera localization methods by comparing delineated skylines to digital elevation model data to estimate a position based on known terrain. This is particularly useful in GPS-denied environments in which active sensing is either impractical or undesirable for various reasons, so that passive sensing using monocular cameras is necessary and/or strategically advantageous. This thesis presents a novel method of skyline delineation using deep learning-based semantic segmentation of monocular camera images to detect natural skylines of distant landscapes in the presence of occlusions. Skylines are extracted from semantic segmentation predictions as the boundary between pixel clusters labeled as terrain to those labeled as sky, with additional segmentation classes representing the known set of potential occlusions in a given environment. Additionally, each pixel in the detected skyline contours are assigned a confidence score based on local intensity gradients to reduce the potential impacts of erroneous skyline contours on position estimation. The utility of these delineated skylines is demonstrated by obtaining orientation and position estimates using existing methods of skyline-based localization. In these methods, the delineated natural skyline is compared to rendered skylines using digital elevation model data and the position estimate is obtained by finding the closest match. Results from the proposed skyline delineation method using semantic segmentation, with accompanying localization demonstration, is presented on two distinct data sets. The first is obtained from the Perseverance Rover operating in the Jezero Crater region of Mars, and the second is obtained from an uncrewed surface vessel operating in the Gulf of Koper, Slovenia. / Denna avhandling tar upp problemet med att förbättra avgränsningen av skylines, även kallad skylinedetektion, i tilltäppta och utmanande miljöer där befintliga skylineavgränsningsmetoder kan kämpa eller misslyckas. Avgränsade skylines kan användas i monokulära kameralokaliseringsmetoder genom att jämföra avgränsade skylines med digitala höjdmodelldata för att uppskatta en position baserat på känd terräng. Detta är särskilt användbart i GPS-nekas miljöer där aktiv avkänning är antingen opraktisk eller oönskad av olika skäl, så att passiv avkänning med användning av monokulära kameror är nödvändig och/eller strategiskt fördelaktig. Denna avhandling presenterar en ny metod för skylineavgränsning med användning av djupinlärningsbaserad semantisk segmentering av monokulära kamerabilder för att detektera naturliga skylines av avlägsna landskap i närvaro av ocklusioner. Horisonter extraheras från semantiska segmenteringsförutsägelser som gränsen mellan pixelkluster märkta som terräng till de märkta som himmel, med ytterligare segmenteringsklasser som representerar den kända uppsättningen potentiella ocklusioner i en given miljö. Dessutom tilldelas varje pixel i de detekterade skylinekonturerna ett konfidenspoäng baserat på lokala intensitetsgradienter för att minska den potentiella påverkan av felaktiga skylinekonturer på positionsuppskattning. Användbarheten av dessa avgränsade skylines demonstreras genom att erhålla orienterings- och positionsuppskattningar med hjälp av befintliga metoder för skylinebaserad lokalisering. I dessa metoder jämförs den avgränsade naturliga horisonten med renderade silhuetter med hjälp av digitala höjdmodelldata och positionsuppskattningen erhålls genom att hitta den närmaste matchningen. Resultat från den föreslagna metoden för skylineavgränsning med semantisk segmentering, med tillhörande lokaliseringsdemonstration, presenteras på två distinkta datamängder. Den första kommer från Perseverance Rover som verkar i Jezero Crater-regionen på Mars, och den andra erhålls från ett obemannat ytfartyg som verkar i Koperbukten, Slovenien.

This project attempted to combine digital data sets to define and map geologic features in the Sparta and Montpelier quadrangles of Chickasaw and Clay counties in northeastern Mississippi. LANDSAT TM, digital elevation, and soil permeability data was used in conjunction with reference data for the Sparta quadrangle to build a computer model. Variables used in the model were: geology, slope, soil permeability, vegetation indices, the first three bands of a tasseled cap transformation, and drainage frequency. The data used was LANDSAT TM 30 meter imagery, digital elevation models, also at 30 meter resolution, Penn State STASGO soils data, and the existing map of the Sparta quadrangle. The purpose of this project was to use digital data to remotely map geologic features through heavy vegetation using a computer model. While the results of this project were not completely successful, the methods used show some potential for future application.

Syftet med fallstudien var att undersöka möjligheterna och nyttan med att implementera en höjdmodell med högre upplösning i SMHI:s översvämningsmodellering som tillämpar den hydrauliska modellen LISFLOOD-FP. SMHI utfärdar översvämningsvarningar och det är därför av vikt att översvämningsmodelleringen håller hög kvalitet. Samtidigt kräver modelleringen tid och resurser från Nationellt Superdatorcentrum i Linköping, NSC. Därför vägdes de potentiella fördelarna med högre upplösning mot förlängd körtid. Fallstudien bestod av två delar där en höjdmodell på två meters upplösning i xy-planet implementerades och jämfördes med den i dagsläget uppställda modellen på fem meters upplösning. Detta gjordes genom att återskapa översvämningstillfällen med dess flöden från S-HYPE och mätningar. I studiens första del hämtades satellitdata från Copernicus från två tidigare översvämningstillfällen för validering av över-svämningsmodelleringen. De tidigare översvämningstillfällena var dels i Emån i Småland år 2012 och dels i Västerdalälven i Dalarna år 2018. Ett index för passning beräknades mellan översvämningskartorna producerade med två respektive fem meters upplösning gentemot satellitbilderna för att kvantifiera överlappande ytor. Därtill beräknades vattendragens lutning för att undersöka om det fanns indikationer på något samband med förändring i index med ökad upplösning på höjdmodellen. Studiens andra del bestod i att undersöka hur höjdmodellens upplösning påverkar vattnets spridning kring översvämningsvallar i modellen. I undersökningen återskapades ett översvämningstillfälle från 2020 i Helige å i Småland. Ett antal delavrinningsområden visade sig instabila för den högre upplösta höjdmodellen och kunde därför endast simuleras med lägre flöden. Erhållna resultat visade dock på att översvämningskarteringen förbättrades med upplösningen två meter vid jämförelse med data från Copernicus. Körtiden ökade dock med över 12 gånger vid simulering av högre upplösning. Vidare visades tröskeleffekter i studiens resultat, då översvämnings-vallen stoppade vattnet i den högre upplösta höjdmodellen men inte i den med lägre upplösning. På grund av stabilitetsproblemet och studiens begränsade omfattning, kunde slutsats inte dras om huruvida SMHI bör implementera en höjdmodell med två meters upplösning i systemet för översvämningsvarningar. Däremot kunde konstateras att stabiliteten i modellen måste öka för att det ska vara möjligt. Slutligen drogs slutsatsen att det förekommer tröskeleffekter mellan de två höjdmodellerna och att prestandan ökar generellt för den högre upplösningen när det kommer till precisionen i översvämningsmodelleringen. / The purpose of this case study was to examine the possibilities and advantages of implementing a DEM with higher resolution in inundation modelling at SMHI, the Swedish Meteorological and Hydrological Institute, which uses the hydraulic model LISFLOOD-FP. The institute issues flood warnings and therefore it is of high importance that the innundation modelling gives adequate results. On the other hand, running the models at a higher spatial resolution takes more time and resources. Therefore, potentially improved modelling results were discussed in a context of prolonged runtime. The case study consisted of two parts where a Digital Elevation Model, DEM of two meter resolution was implemented and compared to the five meter DEM that is currently in use. This was done by recreating previous flooding events by using discharge data from S-HYPE. In the first part, satellite data from Copernicus from two previous flooding events in Sweden were used for model validation in comparison with the results from inundation models of SMHI for the different DEM:s. An index was calculated to quantify the overlapping inundation areas. The events were at the river Emån in 2012 and at Västerdalälven in 2018. Moreover, the slope of the rivers within each study area was calculated to investigate correlation between improved flood modelling results for higher DEM resolution and slope of the rivers. The second part of the study investigated flood embankments for the two different DEM:s around Helige å river. A flooding event which took place in 2020 was recreated and the water flow around the built embankments was compared for the two resolutions.  Running the models, it turned out that simulations of several subcatchment areas were unstable with the two meter DEM, and could only be run with lower flow. The obtained results, however, revealed an improved inundation modelling for the DEM with a resolution of 2 m for all study areas in comparison to the data from Copernicus; however the runtime was increased by over 12 times. Moreover, the results also showed threshold effects, where the flooding was impeded by the flooding embankment with the two meter DEM but not at the lower resolution. Due to the stability issue and the limited scope of this study, it cannot be concluded whether SMHI should implement the two meter DEM in their flood warnings system. However, it was concluded that the stability has to be increased to make it feasible. It was also concluded that there are threshold effects between the two DEM:s and that the performance seems to increase overall for the higher resolution when it comes to precision of the modelling.

Höjddata är fundamentala inom en mängd applikationer. Genom att skapa en digital höjdmodell (DEM), d.v.s. en matematisk modell av terrängens fysiska form, kan höjddata nyttjas på ett effektivt sätt. Tillgång till digitala höjdmodeller underlättar både vid hållbar samhällsplanering och övervakning av klimatförändringar. Vid tillämpning av en DEM är det av största intresse att veta hur väl modellen representerar jordytan. Den centrala delen av studien innefattar en granskning av de två globala höjdmodellerna Copernicus GLO-30 DEM och FABDEM (Forest And Buildings removed Copernicus DEM) som jämförs med svenska referensmodeller baserade på nationella LiDAR-data (Light Detection And Ranging). Genom generering av en egen ytmodell från punktmolnet Laserdata NH framställdes referensdata för jämförelser med Copernicus GLO-30 DEM. Som referensdata för jämförelser med FABDEM användes GSD-Höjddata Grid 2+, vilket är ett markmodellsraster. Utvärderingen utfördes över tre provytor i Sverige. Dessa provytor representerar karaktäristiska marktyper inom landet. I granskningen av kvaliteten för de globala modellerna analyserades statistik för jämförelserna. Dessutom skapades plottar för att kunna visualisera höjdskillnaderna. Studien innehåller även en litteraturstudie om hur de globala modellerna har skapats. Skaparna av Copernicus GLO-30 DEM garanterar en utvidgad standardosäkerhet med täckningsgraden 90% (LE90) på 4 m. Den här studien resulterade i lite högre utvidgade osäkerheter, mellan ca 4,3 och 6,1 meter. Den lägsta osäkerheten uppnåddes i provytan över Stockholm som innehåller höga byggnader, vatten och en del vegetation. De mest avgörande avvikelserna för FABDEM kan kopplats till svagheter i metoden att framställa en markmodell från ytmodellen Copernicus GLO-30 DEM, men FABDEM påverkas också signifikant av brister i den underliggande modellen, d.v.s. i Copernicus GLO-30 DEM. / Elevation data is fundamental in a variety of applications. By creating a digital elevation model (DEM), i.e. a mathematical model representing the physical shape of the surface of the Earth, altitude data can be used effectively. Access to digital elevation models facilitates both sustainable spatial planning and monitoring of climate change. When applying a DEM, it is of greatest interest to know how well the model represents the earth's surface. The central part of the study includes a review of the two global height models Copernicus GLO-30 DEM and FABDEM (Forest And Buildings removed Copernicus DEM), which are compared with reference models based on Swedish national LiDAR data (Light Detection And Ranging). By generating its own surface model from the point cloud Laserdata NH, reference data was produced for comparisons with Copernicus GLO-30 DEM. GSD-Elevation data Grid 2+, which is a terrain model in grid format, was used as reference data for comparisons with FABDEM. The evaluation was performed over three test areas in Sweden. These test areas represent characteristic land types within the country. In the review of the quality of the global models, statistics for the comparisons were analysed. In addition, plots were created to be able to visualize the height differences. The study also includes a literature study on how the global models have been created. The creators of the Copernicus GLO-30 DEM guarantee an extended standard uncertainty at 90 % coverage probability (LE90) of 4 m. This study resulted in somewhat larger expanded uncertainties (90 %), between about 4.3 and 6.1 meters. The lowest uncertainty was achieved in the sample area over Stockholm, which contains tall buildings, water and some vegetation. The most significant deviations for FABDEM can be linked to weaknesses in the method of producing a terrain model from the surface model Copernicus GLO-30 DEM, but FABDEM is also significantly affected by the deficiencies in the underlying model, i.e. in Copernicus GLO-30 DEM.

This thesis project investigates, analyzes, designs, simulates, constructs and tests a dual-axis solar tracker system to track the sun and concentrates the heat of the sunlight, using a Fresnel lens, into a small area, which is above of an evaporator, to increase the temperature of the seawater to convert it into freshwater. The dual-axis solar tracker was designed with the main objectives that the structure was portable, dismountable, lightweight, low cost, corrosion resistant, wires inside pipes, accurate, small size, follow the sun automatically, off-grid (electrical), use green energy (solar powered), and has an empty area right below of the lens. First, a 500 mm diameter flat Fresnel lens was selected and simulated based on an algorithmic method achieved by a previous PhD student at UNT using MATLAB®, to give the optimization lens dimensions. The lens profile was drawn with AutoCAD®, then output profile lens was simulated in COMSOL Multiphysics®. The objective was to provide the high efficiency, optimum and high precision of the focal rays and heat to the receiver of the evaporator. A novel dual-axis solar tracker system was then designed that is portable, dismountable, lightweight and corrosion resistant. The solar tracker tracks the sun in two axis of rotation automatically during the day time, maximizing the angles of inclination on each axis. After testing computer simulations, the dual-axis solar tracker system was constructed and tested. Last, a detailed cost analysis was performed of the entire project. The outcome of this work can be applied for desalination seawater purposes or other any Fresnel lens application that require a focal high temperature directed by dual-axis solar tracker system.

The increased temperatures in the Arctic accelerate the loss of land based ice stored in glaciers. The Greenland Ice Sheet is the largest ice mass in the Northern Hemisphere and holds ~10% of all the freshwater on Earth, equivalent to ~7 metres of global sea level rise. A few decades ago, the mass balance of the Greenland Ice Sheet was poorly known and assumed to have little impact on global sea level rise. The development of regional climate models and remote sensing of the ice sheet during the past decade have revealed a significant mass loss. To monitor how the Greenland Ice Sheet will affect sea levels in the future requires understanding the physical processes that govern its mass balance and movement. In the southeastern and central western regions, mass loss is dominated by the dynamic behaviour of ice streams calving into the ocean. Changes in surface mass balance dominate mass loss from the Greenland Ice Sheet in the central northern, southwestern and northeastern regions. Little is known about what the hydrological system looks like beneath the ice sheet; how well the hydrological system is developed decides the water’s impact on ice movement. In this thesis, I have focused on radar sounding measurements to map the subglacial topography in detail for a land-terminating section of the western Greenland Ice Sheet. This knowledge is a critical prerequisite for any subglacial hydrological modelling. Using the high-resolution ice thickness and bed topography data, I have made the following specific studies: First, I have analysed the geological setting and glaciological history of the region by comparing proglacial and subglacial spectral roughness. Second, I have analysed the subglacial water drainage routing and revealed a potential for subglacial water piracy between adjacent subglacial water catchments with changes in the subglacial water pressure regime. Finally, I have looked in more detail into englacial features that are commonly observed in radar sounding data from western Greenland. In all, the thesis highlights the need not only for accurate high-resolution subglacial digital elevation models, but also for regionally optimised interpolation when conducting detailed hydrological studies of the Greenland Ice Sheet. / De ökade temperaturerna i Arktis påskyndar förlusten av landbaserad is lagrad i glaciärer och permafrost. Grönlands inlandsis är den största ismassan på norra halvklotet och lagrar ca 10% av allt sötvatten på jorden, vilket motsvarar ca 7 meter global havsnivåhöjning. För ett par decennier sedan var inlandsisens massbalans dåligt känd och antogs ha liten inverkan på dagens havsnivåhöjning. Utvecklingen av regionala klimatmodeller och satellitbaserad fjärranalys av inlandsisen har under de senaste decenniet påvisat en betydande massförlust. För att förutse vilken inverkan inlandsisen har på framtida havsnivåhöjningar krävs en förståelse för de fysikaliska processerna som styr dess massbalans och isrörelse. I de sydöstra och centrala västra delarna av inlandsisen domineras massförlusten av dynamiska processer i isströmmar som kalvar ut i havet. Massförlusten i de centrala norra, sydvästra och nordöstra delarna domineras av isytans massbalans. Ytterst lite är känt om hur det hydrologiska systemet ser ut under inlandsisen; hur väl det hydrologiska systemet är utvecklat avgör vattnets påverkan på isrörelsen. I denna doktorsavhandling har jag använt markbaserade radarmätningar för att kartlägga den subglaciala topografin för en del av den västra landbaserade inlandsisen. Denna kunskap är en viktig förutsättning för att kunna modellera den subglaciala hydrologin. Med hjälp av rumsligt högupplöst data över istjockleken och bottentopografin har jag gjort följande specifika studier: Först har jag analyserat de geologiska och glaciologiska förhållandena i regionen genom att jämföra proglacial och subglacial spektralanalys av terrängens ytojämnheter. Sedan har jag analyserat den subglaciala vattenavrinningen och påvisat en potential för att avrinningsområdena kan ändras beroende på vattentryckförhållandena på botten. Slutligen har jag tittat mer i detalj på englaciala radarstrukturer som ofta observerats i radardata från västra Grönland. Sammanfattningsvis belyser avhandlingen behovet av inte bara noggranna rumsligt högupplösta subglaciala digitala höjdmodeller, utan även regionalt optimerad interpolering när detaljerade hydrologiska studier ska utföras på Grönlands inlandsis.

摘要 本研究主要利用誤差偵測方法發掘數值高程模型中可能出現的高程誤差，藉以提升數值高程模型之高程品質。本研究採用三種誤差偵測方法即參數統計、水流方向矩陣、坡度與變化約制等，這三種方法過去是應用在航測資料測製之格網式數值高程模型，本研究嘗試推廣至空載光達製作的數值高程模型。 利用模擬DEM資料以驗證三種偵測方法之偵測能力。首先利用多項式函數擬合出各種地形，並假設該地形無誤差。再將人為誤差隨機加入模擬DEM資料；第二部份則將誤差偵測之方法應用至真實的數值高程模型資料，並配合檢核點高程測量檢驗之。根據誤差偵測結果，參數統計和坡度變化結果類似而且皆有過度偵測之缺點，可透過提高門檻值或高通濾波改善；水流方向矩陣比較不適合誤差偵測，但可透過窪地填平最佳化地形。 關鍵字：數值高程模型、誤差偵測、參數統計法、坡度與變化約制、水流方向矩陣。 / Abstract In this study, error detection methods were proposed to find possible elevation errors in digital elevation model (DEM), and to improve the quality of DEM. Three methods were employed to detect errors in the study, i.e. parametric statistical method, flow direction matrix, and constrained slope and change. These methods can deal with grid DEM from photogrammetric approach in the past, and now the methods are used to find errors in high resolution DEM from light detection and ranging (LIDAR). The simulated DEMs were used to approve the detection capability of the proposed methods. The fitted DEMs were first obtained by polynomial functions fit the different terrains and assuming these DEMs were free of errors. Then the artificial errors were added to fitted DEMs. The proposed methods were also applied to real DEM data got from LIDAR and field check works were run to insure the results. The results of parametric statistical method and constrained slope and change are similar, and all show the over-detection of errors. These results can be improved by using high threshold or high-pass filter. Flow direction matrix is not suitable for error detection in DEM, but can be applied to fill sink to optimize terrain for watershed analysis. Keyword: digital elevation model, error detection, parametric statistical method, constrained slope and change, flow direction matrix.