Lidar veri formatları

Lazer sensörü ve hedef arasındaki mesafe bilgisi genel olarak uçuş zamanlı (TOF) mesafe belirleme ilkesine göre belirlenmektedir. Bu bilgi, tarama açısı, konumsal (INS/POS) ve navigasyon (GPS, GLONASS, GALLELIO) verileri ile birleştirildikten sonra lazer ışının kapladığı alanın 3B konumu lokal koordinat sisteminde tam olarak hesaplanabilir. Günümüzde lazer verilerinin işlenmesi, analiz edilmesi ve kullanılmasına yönelik çalışmalar önemli ölçüde geliştirilmiş ve artırılmıştır. Hem hava lazer tarama hem de yersel lazer tarama verilerinin sivil mühendislik ve haritalama projelerinde yaygın olarak kullanıldığı pek çok uygulama vardır. Hava lazer tarayıcılar ve yersel lazer tarayıcılar lazer nokta bulutu verisi üretir ve bu veri en az XYZ koordinat, yoğunluk ve zaman etiketi içeren bir dosya olarak depolanır. Lidar veri kümesi olarak adlandırılan bu dosya içeriğindeki bilgilerden 3B model üretilir. İşlenmiş lidar veri kümeleri genellikle uygun bir yazılım kullanılarak uygun bir formata dönüştürülür. Böylece, lidar verileri herhangi bir GIS ve CAD yazılımına kolayca aktarılabilir.

İlk başlarda çeşitli donanım imalatçıları, ticari işletmelerin müşteri gereksinimlerine ve istenen ürün çeşidine bağlı kalarak kendi özel lazer veri dosyası formatlarını geliştirmişlerdir. Teknolojisinin gelişmesi ve donanımların çeşitliliğinin artması ile birlikte farklı format yapısında lidar veri kümeleri ortaya çıkmıştır. Çizelge

Yersel Lazer Tarayıcılar

Panoramik

4.1 teknik dökümanlar, raporlar ve literatürde yer alan bu dosya formatlarından bazılarının özetini sunmaktadır.

Çizelge 4.1 Lazer verisi dosya formatlarının genel özeti

FORMAT TÜR DĠPNOT

.3DD Binary Reigl

.ASC ASCII Text dosyası

.BIN Binary TerraScan

.IXF propriety Optech ILRIS parser

.LAS Binary ASPRS LAS

.PTS ASCII Leica Geosystems

.TS Binary TerraScan

.XML DTM dosyası

.ZFS Binary Zoller+Fröhlich .XYZ ASCII Text dosyası .DAT ASCII Text dosyası .CSD propriety Optech Realm .TXT ASCII Text dosyası

Çizelge 4.1' de verilen bilgilerden görüldüğü üzere lazer tarayıcılar lidar veri kümesini genel olarak ASCII ve binary formatında ham nokta bulutu olarak depolamaktadırlar. ASCII (American Standard Code for Information Interchange), türkçe karşılığı Bilgi DeğiĢimi Ġçin Amerikan Standart Kodlama Sistemi olan Latin alfabesi üzerine kurulu 7 bitlik bir karakter setidir. İlk kez 1963 yılında ANSI tarafından standart olarak sunulmuştur. Lidar veri kümesi olarak ASCII, sütunlar halinde düzenlenmiş XYZ noktaların listesini içeren text dosyasıdır. Bu dosya genel olarak X, Y, Z sütunları ve tercihen yoğunluk ile RGB sütunlarından oluşur. Binary dosya formatı, birçok şirket tarafından kullanılan genel ASCII dosya değişim sistemine veya özel sistemlere alternatiftir. Binary kod, metin ya da bilgisayar donanım yapısının ikili rakam sistemi 0 ve 1 bitleri kullanılarak gösterilmesidir. Bu işlem her özel sembole ya da yapıya bir bit dizisinin atanmasıyla gerçekleşmektedir. ASCII dosya değişiminde iki büyük problemle karşılaşılmaktadır. Bunlardan ilki performanstır. Dosya boyutunun aşırı büyük olması durumunda ASCII yükseklik verilerinin okunması ve yorumlanması

yavaş olabilmektedir. İkinci problem ise lidar verilerine özgü tüm bilgilerin kaybolmasıdır. Lidar'a özgü bilgileri korumak için LAS dosya biçimi binary formatı geliştirilmiştir.

Farklı format yapısındaki lidar veri kümelerinin girdi ve çıktı ürünlerini desteklemek ve 3B bilginin dağıtımı ve yönetimi için farklı yazılım paketleri ile entegrasyonun kolaylaştırmak amacıyla 2000'li yılların başlarında ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing) Lidar komitesi tarafından lidar veri formatı standartlaştırılması adına ilk adımlar atılmıştır. Genel bir ifadeyle ASPRS LAS (Log ASCII Standart) dosya formatının amacı farklı lidar donanım ve yazılım araçlarının çıktı verilerini genel bir formatta açılmasını sağlamaktır. Bu amaç doğrultusunda 2003 yılında binary dosya formatında "ASPRS LAS 1.0" versiyonu Amerikan Fotogrametri ve Uzaktan Algılama Birliği tarafından kabul edilmiştir. Başlangıçta bu versiyon hava lazer tarama (LiDAR) gereksinimlerini karşılamak için tasarlanmış ve geliştirilmiştir. 2005 yılında ASPRS LAS 1.0 versiyonunun yerini küçük bir değişiklikle ASPRS LAS 1.1 versiyonu almıştır. 2011 yılından itibaren ise ASPRS LAS 1.4 versiyonu onaylanarak lidar kullanıcılarının hizmetine sunulmuştur. ASPRS LAS 1.4 versiyonun dosya yapısı genel hatlarıyla şekil 4.8' de gösterildiği gibidir.

ġekil 4.8 ASPRS 1.4 versiyonunun basitleştirilmiş yapısı

Genel BaĢlık Bloğu; sistem bilgisi, dosyanın oluşturulma yılı/günü gibi tarih bilgileri, kullanılan yazılım paketi ve versiyonu, minimum/maksimum X,Y,Z değerleri,

•Sistem bilgisi •Toplam kayıt sayısı •Min/Maks. değerler

Genel Başlık Bloğu

(Public Header Block)

•Projeksiyon bilgisi

•Metadata, kullanıcı uygulama verileri •Dalga paketi verileri

Değişken uzunluk kayıtları-

(Variable length records - (VLRs))

•XYZi •RGB •Sınıflama

Nokta veri kayıtları

(Point Data Records)

•Genişletilmiş VLR bloğu

Genişletilmiş uzunluk kayıtları -(Extendend

Variable Lenght Records (EVLRs)

toplam nokta kayıt sayısı, sinyal iletiminden sonra geri dönen sinyal sayısı, dalga veri paketi kullanıldıysa EVLRs sayısı ve bu bilgilerin bilgisayarda kapladığı veri boyutu gibi bilgileri içerir. VLRs; projeksiyon bilgisi, dalga paketi verileri, kullanıcı uygulama verileri gibi değişken veri türleri içerir. Her bir VLRs bağlantısı 54 bayt uzunluğundadır. Veri yükleme 65,535 bayt ile sınırlıdır. Nokta veri kayıtları; LAS I/O dosya yazılımı Genel BaĢlık Bloğunda ilk nokta veri kayıt başlangıç konumunu bulmak için kullanılır. Tüm nokta veri kayıtları aynı tip olup (0-10) arasında farklı kayıt öğeleri içerir. LAS 1.4 versiyonu Nokta veri kayıt formatı 0 (Point Data Record

Format 0) kayıt öğeleri, LAS formatı tanımlamasında kullanılan veri biçimleri ve bu

verilerin boyutları Çizelge 4.2 de gösterildiği gibidir. Diğer veri kayıt formatlarında ise temel kayıt öğeleri format 0 ile aynı olup, GPS zamanı, RGB renk kanalları, lidar noktaları için dalga veri paketlerinin eklenmesi ile birlikte 10 farklı nokta veri kayıt formatı oluşturulmuştur.

Çizelge 4.2 Point Data Record Format 0

Item Format Size Required

X long 4 bytes *

Y long 4 bytes *

Z long 4 bytes *

Intensity unsigned short 2 bytes Return Number 3 bits (bits 0-2) 3 bits

Number of Returns 3 bits (bits 3-5) 3 bits * Scan Direction Flag 1 bit (bit6) 1 bit * Edge of Flight Line 1 bit (bit7) 1 bit * Classification unsigned char 1 byte *

Scan Angle Rank char 1 byte *

User Data unsigned char 1 byte

Point Source ID unsigned short 2 bytes *

(0-5) aralığındaki nokta veri kayıt formatları 20 baytlık çekirdek içerirken, (0-6) aralığındaki veri kayıt formatları 30 baytlık çekirdek içerir. LAS 1.4 versiyonu, (0-10) aralığındaki tüm nokta kayıt formatlarını destekler fakat tercih edilen nokta veri kayıt formatları (6-10) aralığındadır. LAS 1.4 versiyonu, dosya boyutu 32 bit dosya

yapısından maksimum 64 bit'e kadar olan dosya yapısı ile uyumludur. İlave sensör kanalları ile mobil haritalama sistemlerini desteklenmektedir. Gönderilen sinyal başına 15 adete kadar dönen sinyal alabilme yeteneğine sahiptir. Nokta sınıflama alanı genişletilerek 256 sınıflama aralığına ulaşılmıştır. Daha iyi açı çözünürlüğü için tarama açısı kayıt alanı 2 byte olarak genişletilmiştir. GPS zamanı (6-10) aralığında zorunludur. EVLRs; VLR ile aynıdır fakat kayıt uzunluğu VLR' e göre daha uzundur. Her bir EVLR başlığı 60 bayt uzunluğundadır.

Nokta verileri için koordinat referans sistem bilgisi (CRS), tüm nokta veri kayıt formatları için gereklidir. CRS bilgisi, VLR ya da EVLR kayıtları içinde yer alır. CRS bilgisi ya GeoTIFF ya da WKT (Well Know Text) georeferanslama olarak temsil edilmektedir. GeoTIFF, TIFF altyapısına dayanan bir görüntü formatıdır. TIFF’ten farkı, görüntü koordinatları dışında arazi koordinatlarını da aynı dosya içinde içermesidir. Bu özelliği sayesinde, seçilen pikselin arazi koordinatları hakkında da bilgi içerir. TIFF formatındaki görüntülere dönüşüm değerleri ve koordinat bilgileri eklenerek GeoTIFF formatındaki görüntüler elde edilir. GeoTIFF, TIFF’e eklenmiş yeni etiketlerden oluşur. Bu etiketler sayesinde görüntü koordinatlarından arazi koordinatlarına dönüşüm sağlanır (Acar ve ark., 2004). WKT, objeleri bir harita üzerinde vektör geometri olarak temsil eden bir işaretleme dili metnidir. Konumsal nesnelerin ikili kod halinde metinsel gösterimi WKB (well-known binary) olarak adlandırılır. WKB, PostGIS ve DB2 gibi veritabanları üzerine aynı bilgiyi aktarmak ve saklamak için kullanılır (URL12). (0-5) aralığındaki nokta veri kayıt formatları ya GeoTIFF ya da WKT kullanırken, (6-10) aralığındaki nokta veri kayıt formatları sadece WKT kullanır. Nokta kayıt türleri ve içerikleri hakkında detaylı bilgiye LAS 1.4 versiyonundan ulaşılabilir (Samberg, 2007; ASPRS LAS ver 1.4).