Combination of morphological and distributional filtering for UAV - LiDAR point cloud density to establish the Digital Terrain Model

  • Anh Trung Tran Hanoi University of Mining and Geology, Ha Noi, Vietnam
  • Hanh Hong Tran Hanoi University of Mining and Geology, Ha Noi, Vietnam
  • Tuan Manh Quach Northern QT Trading and Construction Joint Stock Company, Ha Noi, Vietnam
Keywords: DTM, Filtering, Land cover, Point Cloud, UAV-LiDAR

Abstract

Filtering the LiDAR point cloud based the Unmaned Aerial Vehilce (UAV - LiDAR) in the dense land cover areas to build a Digital Terrain Model (DTM) is a basic requirement of large-scale topographic mapping. The aim of this paper is to study the use of the Simple Morphological Filter (SMRF) with suitable parameters to separate the non-terrain points (trees, noise points, etc.) and the topographical points. The methods of this article are algorithmic programming and combining the two filtering algorithms including SMRF and distributed filtering. The various data input was studied in the Ba Be case study. These parameters include the grid width called Gcell (m), the radius of filters called nwd and the threshold of the feature elevation called Eth (m). The point cloud of the terrain obtained after applying the SMRF continues to be filtered using distributional filter with the algorithm keeping only minimum elevation in the filtering window in order to remove the locations of high density of points. Then, it will contribute to lighten the point capacity to build DTM, to accurately interpolate the contour lines and to ensure the aesthetics of large-scale topographic maps. The results of the study are the fomulas to estimate reasonable input parameters (Gcell = 3 m, nwd = 3, Eth = 0.2 m) of the two filters for the establishment of a topographic map of 1:2000 scale, 1 m level in the Ba Be national forest, Bac Kan province, Vietnam.

References

Axelsson, P., (2000). DEM generation from laser scanner data using adaptive TIN models. International archives of photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences 33 (Part B4), 110-117.

Baudelet, M., (Ed.). (2014). Laser spectroscopy for sensing: Fundamentals, techniques and applications. Elsevier. Pages 292-312. https://doi. org/10.1533/9780857098733. 2.292.

Bộ Tài nguyên và Môi trường, (2015). Thông tư số 68/2015/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường: Quy định kỹ thuật đo đạc trực tiếp địa hình phục vụ thành lập bản đồ địa hình và cơ sở dữ liệu nền địa lý tỷ lệ 1:500, 1:1000, 1:2000, 1:5000. Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Chen, C., Guo, J., Wu, H., Li, Y., Shi, B., (2021). Performance Comparison of Filtering Algorithms for High-Density Airborne LiDAR Point Clouds over Complex LandScapes. Remote Sens. 2021, 13, 2663. https://doi.org/ 10.3390/rs13142663.

Jahromi, A. B., Zoej, M. J. V., Mohammadzadeh, A., Sadeghian, S., (2011). A novel filtering algorithm for bare-earth extraction from airborne laser scanning data using an artificial neural network. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing 4 (4), 836-843. DOI: 10.1109/ JSTARS. 2011.2132793.

Kraus, K., Pfeifer, N., (1998). Determination of terrain models in wooded areas with airborne laser scanner data. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 53 (4), 193-203. https://doi.org/10.1016/S0924-2716(98)00009-4.

Lê, M. và Lương, C.K., (2008). Cơ sở đánh giá độ chính xác DEM thành lập bằng công nghệ LiDAR. Viễn thám và Địa tin học. Trung tâm Viễn thám Quốc gia - Bộ Tài nguyên và Môi trường. (số 4 - 5/2008).

Lin, Y., Hyyppä, J., Jaakkola, A., (2010). Mini-UAV-borne LIDAR for fine-scale mapping. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 8(3), 426-430. DOI: 10.1109/LGRS.2010.2079913.

Mathworks, (2022). SegmentGroundSMRF, Segment ground from LiDAR data using a SMRF algorithm. Mathworks.com. Available at: https://www.mathworks.com/help/LiDAR/ref/segmentgroundsmrf.html. (accessed at 21-April-2022).

Meng, X., Currit, N., Zhao, K., (2010). Ground filtering algorithms for airborne LiDAR data: A review of critical issues. Remote Sensing, 2(3), 833-860.

Nguyễn, N., (2011). Vườn quốc gia Ba Bể - Tỉnh Bắc Kạn. Cổng thông tin điện tử tỉnh Bắc Kạn. Tại https://backan.gov.vn/pages/vuon-quoc-gia-ba-be-tinh-bac-kan.aspx (truy cập 28/4/ 2022).

Nguyễn, T.H.P., Đặng, V.Đ., Nguyễn, T.X., (2017). Khai phá dữ liệu LiDAR trong nghiên cứu các đối tượng trên bề mặt địa hình. Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ X về Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR), Đà Nẵng, ngày 17-18/08/2017. DOI: 10.15625/vap.2017.00039.

Pingel, T. J., Clarke, K. C., McBride, W. A. (2013). An improved simple morphological filter for the terrain classification of airborne LIDAR data. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 77, 21-30.

Stenning, D., Kashyap, V., Lee T. C. M., Van Dyk, D. A., and Young, C. A., (2013). Morphological Image Analysis and Its Application to Sunspot Classification. Available at: https://www. researchgate.net/publication/265259717_Morphological_Image_Analysis_and_Its_Application_to_Sunspot_Classification (accessed at 21-April-2022) DOI: 10.1007/978-1-4614-3520-4-31.

Trần Đ.L., Nguyễn, T.K.D., Lưu, T.T.T., Trần, H.H., (2015). Khả năng ứng dụng công nghệ LiDAR xây dựng mô hình số địa hình vùng bãi bồi cửa sông ven biển trong điều kiện Việt Nam. Tạp chí Tài nguyên và Môi trường, vol. 1, pp. 24-28, 2015.

Published
2022-10-31
Section
Applied sciences