Punktskyer som prosjekteringsgrunnlag

Bruk av punktskyer for prosjekteringsgrunnlag

Med Kartverkets frislipp av punktskydata i slutten av april 2017 har det nå blitt mulig å få tak i gode høydedata i store deler av Norge – gratis. Gjennom kartportalen kan man laste ned dataene enkelt selv, og man slipper bestillingsbyråkrati som noen ganger drar ut i tid. Dataene kan brukes til for eksempel prosjekteringsgrunnlag hvor man tynner dataene og lager et TIN (Triangulært Irregulært Nettverk – terrengmodell). Punktskydata gir et mer nøyaktig bilde av terrenget enn for eksempel høydekurver.

Selv om punktskyene har gått igjennom en kvalitetssikring kan det oppstå problemer med bruken av dataene. Ofte vil disse problemene bli synlige når man først har gått i gang med bygging, og kan medføre store kostnader i tekniske avklaringer. Denne teksten vil belyse noen av disse problemene.

Punktskyer er ferskvare

Datasettene man kan hente fra kartportalen går helt tilbake til 2004. Det må forventes at eksisterende situasjon kan ha endret seg siden skanningen. Dette kan kontrolleres med for eksempel sammenligning mot FKB-data eller innmålinger.

Systematisk høydedifferanse

Ved skanning vil endelig punktsky bli justert i høyde mot passpunkter (fastmerker) plassert rundt i kommunene. Disse passpunktene vil ikke nødvendigvis stemme med prosjektets fastmerkenett, og man kan få et systematisk høydeavvik mellom innmålinger basert på fastmerkene og punktskyen. Dette kan være kritisk i grensesnittområder hvor man tilpasser ny veg mot eksisterende situasjon.

Fotavtrykk

Laserpulsen som sendes går ikke i en «rett» strek, men den divergerer. Se figur. Det medfører at kvaliteten på et laserpunkt i plan er dårligere enn i høyde. Man vil ofte se ved murer, fjellskjæringer og lignende at man får avvik mot landmålte data. Andre detaljer som kantstein vil bli «smurt» utover.

Vegetasjon

Luftbårne laserskannere har flere returpulser slik at de kan trenge igjennom vegetasjon og bladverk, se figur. Med høy tetthet på antall punkter vil man ofte se at den siste returen treffer bakken. Men det er tilfeller hvor vegetasjonen er såpass tett at den siste returen kan være på lavt voksende vegetasjon.

Under er noen eksempler vist hvor Vegdirektoratet har kontrollmålt med landmåling i områder med tett vegetasjon.

Tett ungskog

Den nederste figuren viser en punktsky i snitt (grå og oransje punkter) samt landmålte kontrollpunkter (rosa). Punktskyen er automatisk klassifisert, slik at man får ut de laveste punktene der det er flere returer. I utgangspunktet ser klassifiseringen fornuftig ut om man ignorerer de landmålte kontrollpunktene. Men i praksis, spesielt der det er lav punkttetthet, vil man få store høydefeil i punktskyens bakkeklasse. Tabellen viser at høydedifferansen i snitt er 70cm.

Ofte er det svært tett vegetasjon ved bekker, og man må forvente at terrengmodell basert på laserskanning er misvisende her. Dette kan skape problemer ved for eksempel flomberegninger.

Ormegress

Tilsvarende eksempel ved ormegress. Selv om ormegresset ikke når høyt over bakken er den såpass tett at laserpulsen ikke trenger helt igjennom. I praksis vil resulterende terrengmodell ligge like under toppen av gresset.

Vegetasjon og feil i terrengmodell

Scan Survey har laget mange terrengmodeller for prosjektering basert på punktskyer. Ofte er det vanskelig å vurdere kvaliteten på punktskyen uten å ha andre data å sammenligne mot. Under er et eksempel hvor det har gått galt under bygging fordi modellen var feil. Figuren under viser et snitt av terrengmodellen basert på punktsky (grønt) og innmålt terreng under bygging (rødt). Som man ser nederst til høyre er det stor differanse mellom modellene. Her var det et bekkefar med mye vegetasjon, og bakkeklassifiseringen var ikke riktig. Bildet til høyre viser situasjonen etter delvis avskoging. Bekkefaret kan skimtes ved landmåleren. Vegetasjonen som står igjen er svært tett som man kan se.

Feilen i terrengmodellen medførte at prosjektert skjæringsfot måtte forlenges ned i terrenget. Det ga ikke bare ekstra kostnader for fyllingsmasser, men også problemer for grunnerverv da det gikk en grense langs bekkefaret.

Det er tidkrevende å måle inn en slik situasjon med landmåling, men kostnadene for dette blir små sammenlignet med utgiftene som kommer dersom denne typen feil oppdages for sent.

Et annet eksempel viser hvordan man kan påvise feil i bakkeklassifiseringen. En veisituasjon er vist, hvor det er god dekning med bakkepunkter (rød punkter). Sør for veien er det en skjæring med tett vegetasjon, og dermed få bakkepunkter:

Veisituasjon og sideterreng ble her landmålt, og man kan lage en høydekontroll. Her er kontrollen vist som et koroplett, som er en fin måte å visualisere differansene:

Jo mørkere farger, jo større høydedifferanser. Her visualiserer rød farge at modell fra punktsky ligger over landmålt modell. Området som skiller seg ut midt i bildet kommer av ett feilklassifisert bakkepunkt – denne ligger nok da på en busk eller et mindre tre under trekronen.

Ellers kan man også se at det er en del mørke striper andre steder. Her er det murer, og som nevnt er det problemer med brå vertikale endringer på grunn av laserpulsens fotavtrykk.

Råd til prosjekterende

Bruk av punktskydata fra luftbåren laserskanning er en svært kostnadseffektiv metode for å skaffe et godt høydegrunnlag for prosjektering. Men det man sparer på innmåling i prosjekteringsfasen kan fort tapes i byggefasen da man kan ha feil i prosjekteringsgrunnlaget. Dermed kan det lønne seg å ta stilling til tilfellene hvor man har:

  • Grensesnitt ny/gammel situasjon
  • Kritiske områder hvor gode høyder er viktig
  • Utdatert/gammel punktsky