A comparison between LiDAR and photogrammetry digital terrain models in a forest area on Tenerife Island

Abstract

This paper compares two types of digital terrain models (DTMs) with ground elevation measures collected through field work in a dense forest area on the island of Tenerife (Canary Islands, Spain). The first was an existing DTM derived from altimetric features obtained by manual photogrammetric restitution. The second DTM was computed from aerial LiDAR data with a nadir density of 0.8 points·m⁻². Both DTMs have a pixel size of 5 m. The field work consisted of measuring three elevation profiles by land surveying techniques using a total station survey and taking into account different vegetation covers. The analysis of the profiles by means of nonparametric techniques showed an accuracy at the 95th percentile between 0.54 m and 24.26 m for the photogrammetry-derived DTM and between 0.22 m and 3.20 m for the LiDAR-derived DTM. Plotting the elevation profiles allowed for the visual detection of locations where the models failed. The LiDAR data were able to reflect more accurately the true ground surface in areas of dense vegetation, especially in places where the ground was invisible to photogrammetric operators as in the case of Canarian pine forest with understory.

Cet article compare deux types de MNTs avec des mesures d’élévation du sol recueillies lors du travail sur le terrain dans une zone de forêt dense sur l’île de Tenerife (Îles Canaries, Espagne). Le premier était un MNT existant dérivé des caractéristiques altimétriques obtenues par restitution photogrammétrique manuel. Le deuxième MNT a été calculé à partir des données LiDAR aériennes avec une densité de points minimum (Nadir) de 0,8 points·m⁻². Les deux MNT ont une taille de pixel de 5 m. Le travail de terrain a consisté à mesurer trois profils d’élévation avec une station totale et en tenant compte des couvertures végétales différentes. L'analyse des profils au moyen de techniques non paramétriques a montré une précision du 0,95 quantile entre 0,54 m et 24,26 m pour le MNT dérivé de la photogrammétrie et entre 0,22 m et 3,20 m pour le MNT dérivé des données LiDAR. La représentation graphique des profils d'altitude a permis de détecter visuellement les endroits où les modèles ont échoué. Les données LiDAR ont été capables de refléter avec plus de précision la vraie surface du sol dans des zones de végétation dense, surtout dans les endroits où le sol était invisible aux opérateurs photogrammétriques, comme c'est le cas de la forêt de pins des canaries avec des sous-bois.

Acknowledgements

This work was supported by project CGL2010-22189-CO2 financed by Ministerio de Economía y Competitividad, Gobierno de España. Thanks also to SATELMAC project, PCT-MAC 2007-2013 MAC/1/C055, co-financed with FEDER funds. We would especially like to thank GRAFCAN for providing the LiDAR data. We also would like to thank Alberto de la Rosa from TOPCON for his technical support and Juan Suarez from GMR for his help during the field work.