Zlinszky, Boergens, Glira, Pfeifer: Airborne LIDAR for calibration of satellite altimetry

Zlinszky András, Boergens Eva, Glira Philipp, Pfeifer Norbert
2017
Airborne Laser Scanning for calibration and validation of inshore satellite altimetry: a proof of concept
Remote Sensing of Environment 197: pp 35-42
Összefoglaló: 

A műholdas vízszintmérés fejlődése egyre részletesebb térbeli felbontást eredményez és így lehetővé teszi a tengerek partközeli részének, valamint tavaknak és folyóknak vizsgálatát is. Kihívást jelent azonban ezeknek a szenzoroknak a part közelében történő ellenőrzése, mert ehhez pontszerű méréseket (GPS bóják vagy vízmércék) fel kell skálázni a műholdas radar mérés által összegzett nagyobb területre. A légi lézerszkennelés (LIDAR) ugyanakkor nagy vízfelületekre is hatékonyan tud pontos magassági adatokat gyűjteni. Ebben az első vizsgálatban összehasonlítjuk a Balaton víztükrének lézerszkenneléssel és csaknem egyszerre Envisat és Jason-2 műholddal mért magasságát, valamint a vízmércék adatait. A LIDAR mérések pontosságát sávkiengyenlítéssel és földi referenciapontokhoz történő abszolút georeferálással javítottuk, a radar adatokat a jelalak visszakövetésével pontosítottuk. A LIDAR adatpontok magasságát átlagoltuk az egyes radar mérések területén belül. Mind a LIDAR, mind a műholdas altimetriás adatok abszolút hibáját a vízmércékhez képest állapítottuk meg, míg egy-egy áthaladáson belül a magasság standard szórásával is számszerűsítettük a bizonytalanságot. Eredményeink szerint a LIDAR adatok szórása milliméteres tartományban van a LIDAR mérésekre és 40-50 cm a műholdas radarra, míg az abszolút hiba a vízmércékhez képest konstans 5 cm a LIDAR adatokban és 40 cm körül alakul a műholdas eljárással mért magasságokban. A légi lézerszkennelés tehát alkalmas nagy térbeli felbontású műholdas radar vízszintek kalibrálására.

Angol nyelvű összefoglaló: 

Recent developments in satellite altimetry are leading to improved spatial resolution, allowing applications in the coastal zone and over inland waters. Validation of these sensors near the shore remains a challenge, since the process of upscaling from single point measurements (gauges or GPS buoys) to the radar altimetry footprint is a source of uncertainty. Meanwhile, airborne laser scanning (LIDAR) has been proven capable of delivering accurate water surface heights rapidly over large areas. Here we show a proof of concept by comparing airborne LIDAR heights over Lake Balaton, Hungary with near-concurrent Envisat and Jason-2 altimeter heights and water level gauge data. The accuracy of LIDAR heights was improved by strip adjustment and absolute georeferencing to ground control points; waveform retracking improved the accuracy of altimetry data. LIDAR heights were averaged within the outlines of the altimetry footprints. Bias is measured for LIDAR and altimetry with respect to gauge heights, and standard deviation of heights measures the vertical dispersion of footprints within one track. Results show standard deviation of heights is in the order of millimeters for LIDAR and 40-50 cm for altimetry and bias with respect to gauge heights is 5 cm for LIDAR compared to 40 cm for altimetry. We conclude that LIDAR may be used for calibration and validation of high resolution satellite radar altimetry over inland waters.