Problem pozyskiwania wysokości budynków z opracowań LIDAR-owych składających się z produktów będących interpolowaną mapą ciągłą wartości odpowiadających Numerycznemu Modelowi Terenu (NMT) oraz Numerycznemu Modelowi Powierzchni Terenu (NMPT) spotykany jest w przypadku gdy dla celów obliczeń akustycznych niezbędne są nam rzeczywiste wysokości budynków. Wydawać by się mogło iż pozyskanie takich informacji w dobie technik skanowania laserowego (LIDAR) jest czynnością stosunkowo prostą i wymagająca od użytkownika niewiele więcej jak zdefiniowanie parametrów i pozostawienie obliczeń komputerowi. Co jednak można uczynić w przypadku gdy nie dysponujemy źródłowymi danymi z skanera laserowego w postaci chmury punktów a jedynie przetworzeniem danych dyskretnych na dane ciągłe w postaci interpolowanego materiału rastrowego ? Na pierwszy rzut oka rozwiązanie jest proste – mając obrysy budynków pozyskane z mapy zasadniczej czy też za pomocą metod fotogrametrycznych szukamy wśród punktów znajdujących się w obrysie najwyższej wartości piksela i przyjmujemy ją jako maksymalną wysokość budynku. Jest jednak kilka drobnych niedogodności związanych z dostępnymi materiałami, NMPT zawiera z reguły także oprócz obiektów antropogenicznych także obiekty środowiska przyrodniczego takie jak zadrzewienia i zakrzaczenia. Ponadto w odpowiednich przepisach prawnych tj. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 kwietnia 2002 r. sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 75, poz. 690)
uaktualnione o
ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 marca 2009 r. (Dz. U. Nr 75, poz. 690, z późn. zm.4)) zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. z dnia 7 kwietnia 2009 r.)

Wysokość budynku zdefiniowana jest jako:

„Wysokość budynku, służącą do przyporządkowania temu budynkowi odpowiednich wymagań rozporządzenia, mierzy się od poziomu terenu przy najniżej położonym wejściu do budynku lub\ jego części, znajdującym się na pierwszej kondygnacji nadziemnej budynku, do górnej powierzchni najwyżej położonego stropu, łącznie z grubością izolacji cieplnej i warstwy ją osłaniającej, bez uwzględniania wyniesionych ponad tę płaszczyznę maszynowni dźwigów i innych pomieszczeń technicznych, bądź do najwyżej położonego punktu stropodachu lub konstrukcji przekrycia budynku znajdującego się bezpośrednio nad pomieszczeniami przeznaczonymi na pobyt ludzi. „

Tak więc automatycznie przy mierzeniu jej powinniśmy stosować się do powyższych warunków i w przypadku zabudowy nie pobierać wysokości dobudówek, kominów, itp będących de facto najwyższymi elementami w obrysie dachu budynku. Jest to warunek dość trudny do spełnienia w przypadku pomiaru w pełni automatycznego.

Innym rozwiązaniem jakie można by zastosować jest pomiar wysokości obiektu w określonym punkcie. W tym miejscu należy się zastanowić nad sposobem pozyskania owego punktu pomiarowego, możliwe są dwie drogi albo automatyczne wygenerowanie tzw. centroidu obiektu poligonowego lub też ręczne wstawienie punktu w określonym przez operatora miejscu. Oba rozwiązania mają swoje wady i zalety (zależy jak dokładnie mają zostać pozyskane wartości wysokości):

- metoda automatyczna generowania punktów pomiarowych nie zawsze daje nam gwarancje że punkt zostanie umieszczony w interesującym nas miejscu. W przypadku dachów dwuspadzistych symetrycznych kalenica przebiega z grubsza przez środek budynku więc jest szansa że punkt zostanie umieszczony w odpowiednim miejscu, pewne ale stanowią kominy. Metoda nie sprawdzi się natomiast zupełnie w przypadku dachów jednospadzistych, wielospadzistych lub dwuspadzistych niesymetrycznych. Pewnym zagrożeniem dokładności pobranych danych są także drzewa rosnące w pobliżu budynków, których korony częściowo przesłaniają dachy. Zaletami tej metody jest szybkość generowania punktów pomiarowych co z reguły nie zajmuje więcej niż kilka minut nawet dla dużych zbiorów obiektów.

- metoda manualna generowania punktów pomiarowych powinna dać nam najbardziej wiarygodne wyniki gdyż operator mogący się dodatkowo posiłkować ortofotomapą i własną interpretacją pikseli w obrysie budynku powinien dac radę wstawić punkt pomiarowy na kalenicy budynku omijając takie „pułapki” jak kominy czy inne konstrukcje które nie powinny brać udziału w pomiarze. W ten sam sposób operator może wstawić punkt w obszarze nie przykrytym koronami drzew czy innymi obiektami przesłaniającymi widok. Poważną wadą tej metody jest wysoka czaso i pracochłonność, wyszkolony operator jest w stanie posykać od kilkuset do tysiąca obiektów na godzinę. Dodatkowo jednym z błędów występujących w tej metodzie jest tzw. błąd ludzki wynikający ze zmęczenia czy różnic interpretacyjnych.

Posiadając pozyskane punkty w których będziemy mierzyć wysokość budynku możemy w dalszym procesie użyć oprogramowania GIS do pozyskania odpowiednich wartości pixela z NMT i NMPT, których różnica da nam w efekcie oczekiwaną wysokość budynku.

Zastosowanie oprogramowania firmy ESRI czyli ArcGIS Desktop wymaga od nas posiadania rozszerzenia 3D Analyst które pozwoli nam na konwersję punktów do punktów 3D co automatycznie powoduje przypisanie wartości piksela położonego pod danym punktem z wskazanego materiału rastrowego NMT i NMPT, jak od razu widać operację trzeba wykonać dwa razy osobno dla NMT i osobno dla NMPT. Posiadając warstwy punktowe 3D musimy w następnym kroku przekształcić wartości ShapeZM do wartości dostępnych w tabeli. W tym celu konieczne jest utworzenie nowej kolumny np. typu float i wykonanie przy pomocy kalkulatora pól w zakładce właściwości zaawansowane następującego kodu:

W części pre-logic script edit box:

dim pGeometry as ipoint

set pGeometry = [shape]

W części ‘<new fieldname> =’ box:

pGeometry.z

Metoda ta sprawdza się na grupach punktów pomiarowych o liczebności maksymalnie kilku tysięcy, powyżej tej wartości problemy zaczyna sprawiać VBA. Ominięcie tych ograniczeń jest możliwe poprzez zastosowanie skryptu konwersji dostępnego w ArcToolbox -> 3D Analyst -> Conversion -> Freature Class Z to ASCII. Wybranie odpowiednich parametrów konwersji pozwoli nam na otrzymanie pliku ASCII zawierającego wartości XYZ oddzielone spacjami. Dalsza droga polega na konwersji pliku tekstowego do punktowego pliku shapefile przy pomocy dowolnego programu GIS (Quantum GIS, ArcGIS, Map Window itp.).

Pozyskanie podobnych danych z NMT i NMPT w oprogramowaniu Quantum GIS można zrealizować za pomocą pluginu Point Sampling Tool pozwalającego na pobranie i przypisanie wartości do punktu z piksela rastra umieszczonego pod nim. Narzędzie to jest w wersji rozwojowej i potrafi sprawiać problemy na większych partiach danych.

Dalsza droga do uzyskania jednej warstwy reprezentującej wysokość budynku umieszczoną w punktowej warstwie pomiarowej odbywa się poprzez wykonanie operacji Spatial Join pozwalającej na połączenie tabel dwóch warstw przestrzennych po lokalizacji przestrzennej obiektów. Możliwe jest oczywiście zdefiniowanie bufora w jakim ma nastąpić złączenie. Po wykonaniu operacji złączenia tabel  kolejnym i ostatnim krokiem jest wykonanie operacji matematycznej na kolumnach tabeli warstwy punktowej tj. różnicy NMPT i NMT co w efekcie pozwoli nam otrzymać wysokość obiektu wyrażoną w jednostkach mapy.

Materiały wykorzystane do opracowania

Plik pomocy programu Quantum GIS

ESRI Knowledge Base Article ID 22597

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA INFRASTRUKTURY z dnia 12 marca 2009 r.