Assessing The Positional Accuracy Of Airborne Laser Scanning in urban areas

A new method for assessment of the absolute positional accuracy of lidar point clouds is described. It is based on the plane surfaces of building roofs which are derived from laser footprints. Three such planes intersect at a point and the coordinates of several of these well-defined points are compared with points determined from aerial photography. From the differences obtained accuracy measures are derived. An analysis regarding the type of error distribution is carried out in order to determine whether to apply either standard or robust accuracy measures. Confidence intervals are derived for each accuracy measure by means of a unique computational method. A practical test with the proposed method revealed a high precision in the intersected points. The absolute positional accuracy of the lidar point cloud was determined with both standard and robust accuracy measures; the latter always produced smaller values. Suggestions for standards in the assessment of the positional accuracy of laser point clouds are made. Resume Cet article decrit une nouvelle methode pour l'evaluation de l'exactitude absolue de la position des nuages de point de lidar. Elle est basee sur des surfaces planes des toits de bâtiments derives des signaux laser. Trois de ces surfaces se coupent dans un point. Les coordonnees de plusieurs de tels points bien definis sont comparees avec des points determines par des images aeriennes. Avec les differences obtenues des mesures de precision sont derivees. Une analyse concernant le type de distribution des erreurs est effectuee pour determiner s'il faut appliquer des mesures de precision standard ou robuste. Des intervalles de confiance sont derives pour chaque mesure de precision par une methode de calcul unique. Un test pratique avec la methode proposee a revele une grande precision des points d'intersection. L'exactitude absolue de la position des nuages de lidar a ete determinee par des mesures d'exactitude standard et robustes. Des mesures d'exactitude robustes ont toujours produit des valeurs plus petites. Des propositions pour des standards dans l'evaluation de la position des nuages de point de lidar sont faites. Zusammenfassung Es wird eine neue Methode fur die Ermittlung der absoluten Lagegenauigkeit von Lidar-Punktwolken beschrieben. Sie basiert auf ebenen Flachen von Gebaudedachern, welche aus Laser-Signalen abgeleitet werden. Drei dieser Ebenen werden zum Schnitt gebracht und ergeben einen Punkt. Die Koordinaten von einigen dieser gut definierten Punkte werden mit Punktkoordinaten verglichen, die aus digitalen Luftbildern bestimmt wurden. Aus den erhaltenen Differenzen werden Genauigkeitsmase abgeleitet. Eine Untersuchung bezuglich der Art der Fehlerverteilung wird ausgefuhrt um zu bestimmen, ob Standard oder robuste Genauigkeitsmase angewendet werden mussen. Vertrauensintervalle fur jedes Fehlermas sind mittels einer einzigartigen Berechnungsmethode abgeleitet worden. Ein praktischer Test mit der vorgeschlagenen Methode ergab eine hohe Prazision der Schnittpunkte. Die absolute Genauigkeit von Lidar-Punktwolken wurde mit Standard- und robusten Genauigkeitsmasen bestimmt. Die robusten Genauigkeitsmase hatten immer kleinere Werte. Vorschlage fur Standards zur Beurteilung der Lagegenauigkeit von Laser Punktwolken werden gegeben. Resumen En este articulo se describe un nuevo metodo para evaluar la precision absoluta de posicion de las nubes de puntos lidar. Este se basa en los planos definidos por tejados de edificios derivadas de las huellas de puntos laser. La interseccion de tres de estos planos es un punto y las coordenadas de varios de estos puntos bien definidos se comparan con puntos determinados a partir de fotografia aerea. Se lleva a cabo un analisis concerniente al tipo de distribucion de los errores para determinar si es preciso aplicar medidas de precision estandar o robusta. Se derivan intervalos de confianza para cada medida de precision mediante un unico metodo computacional. Un test practico del metodo propuesto ha revelado que los puntos de interseccion tienen alta precision. La precision absoluta de posicion de la nube de puntos lidar ha sido determinada con ambas medidas estandar y robusta; la ultima siempre ha producido valores mas pequenos. Se realizan propuestas para estandares en la validacion de la precision posicional de nubes de puntos.