Jak lidary zmieniają sposób zbierania danych w badaniach terenowych?

Wstęp – dla kogo jest ten przewodnik i dlaczego LiDAR jest ważny

Ten przewodnik został przygotowany z myślą o geodetach, inżynierach, studentach kierunków geoinformatycznych oraz wszystkich osobach pracujących z danymi przestrzennymi, które chcą w pełni wykorzystać potencjał technologii LiDAR w praktyce zawodowej i naukowej. Obejmuje on kompleksowy zakres zagadnień: od podstawowych informacji o formatach danych (LAS/LAZ), przez szczegółowe instrukcje pobierania i przetwarzania danych z Geoportalu, aż po praktyczne zastosowania w geodezji, inżynierii, archeologii, leśnictwie i hydrologii. Szczególny nacisk położono na workflow w QGIS i CloudCompare, typowe problemy interpretacyjne oraz porównanie LiDAR z fotogrametrią. Temat LiDAR jest obecnie kluczowy w geodezji ze względu na rosnącą dostępność bezpłatnych, wysokorozdzielczych danych dla całej Polski, które umożliwiają realizację zadań niemożliwych lub bardzo kosztownych przy użyciu tradycyjnych metod pomiarowych.

Najważniejsze wnioski

Dane LiDAR dla Polski (ALS z projektów ISOK i następczych) są bezpłatnie dostępne w serwisie geoportal.gov.pl jako pliki LAS/LAZ oraz usługi WMS/WFS/WMTS, co stanowi kluczowe źródło danych wysokościowych dla każdego geodety.
Dane ALS z ISOK pochodzą głównie z lat 2011–2014, a dla wielu obszarów są dostępne późniejsze dogęszczenia i aktualizacje — konkretny rok sprawdzisz w metadanych kafla w Geoportalu.
Kluczowe zastosowania geodezyjne obejmują: numeryczny model terenu (NMT), NMPT, modelowanie objętości, inwentaryzację obiektów, analizy inżynierskie, archeologię i leśnictwo.
Artykuł pokazuje krok po kroku: jak włączyć lidar w Geoportalu, jak pobierać pliki LAZ, jak je obrabiać w QGIS/CloudCompare oraz jak unikać typowych błędów interpretacyjnych.

Czym jest LiDAR z perspektywy geodety

Technologia LiDAR stanowi dziś standardowe źródło danych wysokościowych w nowoczesnej geodezji. Jej rozwój w ostatnich dwóch dekadach fundamentalnie zmienił podejście do pozyskiwania informacji o powierzchni ziemi, oferując precyzję niedostępną dla wcześniejszych metod.

Definicja i zasada działania: LiDAR (Light Detection and Ranging) to aktywna metoda pomiaru odległości wykorzystująca impulsy laserowe. Czujnik lidar emituje wiązkę światła o częstotliwości rzędu setek tysięcy do kilku milionów impulsów na sekundę (zależnie od sensora i konfiguracji). Odległość obliczana jest ze wzoru d = (c × t)/2, gdzie c to prędkość światła, a t to czas powrotu impulsu.
Rodzaje LiDAR w praktyce geodezyjnej:
- ALS (Airborne Laser Scanning) – lotniczy skaning laserowy realizowany z samolotów, śmigłowców lub UAV
- TLS (Terrestrial Laser Scanning) – stacjonarne skanery naziemne o zasięgu do setek metrów
- MLS (Mobile Laser Scanning) – systemy montowane na pojazdach autonomicznych lub innych platformach mobilnych
- LiDAR batymetryczny – wykorzystujący zielone pasmo (532 nm) do pomiaru dna morskiego, dna rzek i stref przybrzeżnych
Dane państwowe: W państwowych zasobach geodezyjnych najważniejszy jest ALS realizowany w latach 2011–2014 w ramach projektu ISOK oraz późniejsze dogęszczenia i aktualizacje (po 2018 r.). Dane te stanowią reprezentację terenu o najwyższej dostępnej dokładności dla dużych obszarów kraju.
Produkty surowe vs pochodne: Należy rozróżniać dane surowe w postaci chmury punktów pomiarowych (pliki LAS/LAZ) od produktów pochodnych: NMT, NMPT, cieniowanie terenu, mapy wysokościowe czy modele 3D zabudowy. Te ostatnie są wykorzystywane m.in. w planowaniu przestrzennym i analizach inżynieryjnych.

Struktura danych LiDAR: chmura punktów, LAS, LAZ, klasyfikacja

Poprawna interpretacja chmury punktów ma kluczowe znaczenie dla wiarygodności opracowań geodezyjnych. Znajomość struktury danych pozwala na ich efektywne wykorzystanie i unikanie błędów metodycznych.

Atrybuty chmury punktów: Wynik pomiaru LiDAR to chmura punktów 3D, gdzie każdy punkt posiada określone współrzędne xyz oraz dodatkowe atrybuty: intensywność odbicia, numer echa (pierwszy/ostatni powrót), znacznik czasu, klasę obiektu, a w niektórych systemach również wartości RGB. Standardowy format zapisu to LAS w wersjach 1.2–1.4.

LAS vs LAZ:

Kompresja:

- LAS: brak
- LAZ: bezstratna

Rozmiar pliku:

- LAS: 100% (plik w pełnym rozmiarze)
- LAZ: ok. 10–20% rozmiaru LAS

Szybkość odczytu:

- LAS: wysoka (bez dodatkowych operacji)
- LAZ: wymaga dekompresji

Zachowanie danych:

- LAS: pełne (bez utraty informacji)
- LAZ: pełne (bez utraty informacji)

Format LAZ redukuje rozmiar pliku 5–10 razy przy zachowaniu pełnej informacji, co jest szczególnie istotne przy pracy z danymi dla dużych obszarów.

Klasyfikacja punktów wg ASPRS:

Klasa	Opis	Zastosowanie
0	Nieklasyfikowane	Punkty przed klasyfikacją
1	Nieokreślone	Punkty nieprzypisane
2	Grunt	Podstawa dla NMT
3	Niska roślinność	Do 0,5 m
4	Średnia roślinność	0,5–2 m
5	Wysoka roślinność	Powyżej 2 m
6	Budynki	Zabudowa

Klasa gruntu (2) jest szczególnie istotna – to na jej podstawie generowany jest numeryczny model terenu.

Zastosowania LiDAR w geodezji, inżynierii i nauce

Technologii lidar używa się dziś jako standardu w wielu opracowaniach, których wcześniej nie dało się wykonać lub były zbyt kosztowne. Zakres zastosowania stale się poszerza wraz z rosnącą dostępnością danych przestrzennych.

Modelowanie terenu dla inżynierii lądowej: Precyzyjne NMT stanowią podstawę projektowania dróg, linii kolejowych i sieci przesyłowych. Typowe skale opracowań to 1:5 000 i 1:10 000. Lotniczy skaning laserowy pozwala na pokrycie rzędu setek do 1000 km²/dzień przy jednym przelocie, co czyni go efektywnym kosztowo rozwiązaniem.
Obliczanie objętości: Dane lidar są wykorzystywane do precyzyjnego obliczania mas ziemnych wykopów i nasypów, inwentaryzacji zwałowisk, wyrobisk górniczych i zbiorników wodnych. Przy znanych parametrach danych (gęstość, dokładność) można osiągnąć błąd objętości poniżej 5% dla typowych obiektów ziemnych - dodajmy jednak, że zakres ten jest osiągalny przy dobrej klasyfikacji i kontroli — ale błąd zależy od geometrii obiektu i jakości danych.
Monitoring deformacji i zagrożeń: Wykrywanie osuwisk, erozji stoków oraz modelowanie stref zalewowych – w kontekście opracowań hydrologicznych tworzonych w ramach ISOK. Dokładność pionowa poniżej 15 cm pozwala na identyfikację subtelnych form terenowych, takich jak skarpy czy pęknięcia napięciowe.
Zastosowania interdyscyplinarne:
- Archeologia: odkrywanie stanowisk pod lasem (grodziska, kurhany, systemy pól)
- Leśnictwo: pomiar wysokości drzewostanu, gęstości koron, szacowanie biomasy z dokładnością 10–15%
- Urbanistyka: modele 3D zabudowy, analiza nasłonecznienia i stabilności konstrukcji
Analiza infrastruktury liniowej: Wykorzystanie danych lidar do oceny przebiegu linii energetycznych, gazociągów i innych obiektów liniowych. LiDAR umożliwia precyzyjną ocenę prześwitów, potencjalnych kolizji z roślinnością oraz pochylenia słupów energetycznych – informacje niedostępne w tradycyjnej fotogrametrii.

Jak włączyć i przeglądać dane LiDAR w Geoportalu

Krok 1: Uruchomienie aplikacji mapowej
- Wejdź na www.geoportal.gov.pl
- Kliknij przycisk uruchamiający pełny widok aplikacji mapowej (np. „Mapa zasadnicza” lub „Pełna wersja serwisu”)
- Poczekaj na załadowanie interfejsu z panelami nawigacyjnymi
Krok 2: Włączenie wizualizacji NMT/NMPT
- Otwórz panel „Zawartość mapy” lub podobny (map contents)
- Znajdź kategorię „Dane wysokościowe” lub „Numeryczne modele terenu”
- Aktywuj odpowiednie warstwy: NMT oraz „ISOK cieniowanie” (WMTS)
- Warstwa isok cieniowanie pozwala na szybką wizualną ocenę rzeźby terenu
Krok 3: Podgląd chmury punktów
- Przybliż mapę do interesującego obszaru
- Klikając prawym przyciskiem myszy na mapie, otwórz nowe menu kontekstowe
- Wybierz opcję podglądu chmury punktów (jeśli dostępne dla danego obszaru)
- Alternatywnie: skorzystaj z warstwy „Widok chmury punktów”
Krok 4: Regulacja przezroczystości warstw
- Użyj suwaków w interfejsie do regulacji przezroczystości NMT względem ortofotomapy
- Funkcja ta jest szczególnie przydatna przy analizie zależności między rzeźbą terenu a zabudową
- Pozwala użytkownikom na lepszą interpretację danych
Krok 5: Korzystanie z usług WMS/WFS
- Lidar w geoportalu jest dostępne również poprzez usługi sieciowe
- Adresy usług WMS/WMTS można skopiować i wykorzystać w programach GIS
- Usługi krajowe obejmują zarówno cieniowanie, jak i dane pomiarowe

Pobieranie plików LAS/LAZ z Geoportalu – krok po kroku

Wejście do sekcji pobierania
- W geoportalu przejdź do sekcji „Dane do pobrania” lub „Pobierz dane”
- Wybierz grupę „Dane pomiarowe NMT”
- Następny krok to wybór odpowiedniej warstwy, np. „Dane pom. NMT-PL-EVRF2007-NH”
Nawigacja do obszaru zainteresowania
- Przybliż mapę do interesującego obszaru
- Po osiągnięciu odpowiedniej skali pojawią się prostokątne kafle
- Każdy kafel odpowiada jednemu plikowi LAZ (rozmiar: 200–600 MB)
Pobieranie pliku
- Kliknij w wybrany kafel prawym przyciskiem myszy
- W oknie informacyjnym znajdź link do pobrania pliku LAZ
- Nazwa pliku zawiera identyfikator kafla oraz informację o układzie wysokościowym
Alternatywa przez QGIS
- Dodaj warstwę skorowidza WFS do projektu
- Użyj narzędzia „Informacja o obiekcie” na warstwie skorowidza
- Skopiuj link do pliku z atrybutów obiektu
Pobieranie wielu kafli
- Dla dużych obszarów skorzystaj z dedykowanych wtyczek QGIS
- Wtyczki automatyzują pobieranie wielu plików jednocześnie
- Dokumentacja dostępna na stronach GUGiK

Uwaga: Przed pobieraniem sprawdź dostępne metadane, w tym datę nalotu i gęstość punktów dla danego kafla. Przeglądać mapy lidar można również w trybie podglądu przed pobraniem.

Praca z danymi LiDAR w praktyce: QGIS, CloudCompare i inne narzędzia

Import do QGIS

QGIS obsługuje pliki LAS/LAZ poprzez wbudowane narzędzia do chmur punktów
Skonfiguruj widok 3D dla wizualizacji przestrzennej
Zastosuj filtrowanie po klasie punktów: oddziel grunt od roślinności i budynków
Praca z plikami laz wymaga odpowiedniej konfiguracji pamięci dla dużych zbiorów

CloudCompare – zaawansowane operacje

Filtry statystyczne pomagają usuwać szum i odosobnione punkty — skuteczność zależy od danych i parametrów.
Subsampling dla redukcji gęstości przy zachowaniu reprezentatywności
Klasyfikacja punktów i weryfikacja istniejących klas
Porównywanie chmur z różnych okresów (monitoring zmian)
Oprogramowanie jest szczególnie polecany dla analiz struktur terenowych

Generowanie NMT i NMPT

Model	Klasy punktów	Zastosowanie
NMT	Tylko grunt (klasa 2)	Nagi teren, hydrologia
NMPT	Grunt + budynki + roślinność	Planowanie przestrzenne
Interpolacja do siatki GRID wykonywana jest zwykle z oczkiem 0,5 m lub 1 m, w zależności od wymagań projektu.

Typowe problemy i ograniczenia danych LiDAR

Problemy z penetracją roślinności

W obszarach, gdzie występuje gęsty las (szczególnie młodniki i zarośla), chmura punktów gruntu może zawierać „dziury”
Naloty wykonane w okresie pełnej wegetacji dają gorsze wyniki niż w sezonie bezlistnym
Skutkiem są artefakty w NMT – lokalne błędy wysokościowe nawet do 1–2 m

Błędna klasyfikacja obiektów

Mury, konstrukcje stalowe, elementy infrastruktury bywają klasyfikowane jako roślinność lub szum
Linie energetyczne mogą być błędnie przypisane do różnych klas
Wymaga to manualnej weryfikacji i reklasyfikacji przed wykorzystaniem w NMT

Ograniczenia w terenach zurbanizowanych

Odbicia wielokrotne od fasad budynków
Zacienienia – brak punktów leżące w wąskich ulicach i przy wysokich budynkach
Konieczność uzupełnienia danymi z innych źródeł

Brak datowania form terenowych

Sam LiDAR nie pozwala na określenie wieku ujawnionych struktur (np. stanowisk archeologicznych)
Konieczne są dodatkowe badania terenowe i źródła archiwalne
Dotyczy to również datowania zmian terenu między kampaniami nalotów

Procedury minimalizacji błędów

Łączenie LiDAR z ortofotomapą i danymi wektorowymi
Pomiary terenowe GNSS/niwelacją na punktach kontrolnych
Stosowanie wielu wariantów wizualizacji (różne kierunki hillshade)
Analiza z wykorzystaniem scans of topographic maps dla weryfikacji historycznej

LiDAR a fotogrametria – kiedy którą technologię wybrać

Parametr	LiDAR	Fotogrametria
Typ metody	Aktywna	Pasywna
Praca w nocy	Tak	Nie
Penetracja roślinności	Tak	Nie
Dokładność wysokościowa (RMSE)	<10 cm	20–50 cm
Koszt sprzętu lotniczego	>100 000 USD	10 000–50 000 USD
Gęstość danych	2–50 pkt/m²	Zależna od rozdzielczości zdjęć
Warunki pogodowe	Wrażliwy na deszcz/mgłę	Wymaga dobrej widoczności
Tekstury RGB	Opcjonalnie	Natywnie

Kiedy LiDAR ma przewagę

Tereny pod zwartą roślinnością – las, zarośla, młodniki
Analiza obiektów nad powierzchnią terenu (linie energetyczne, mosty)
Modelowanie objętości w trudno dostępnym terenie
Wymagana wysoka dokładność pomiarów wysokościowych
Praca w warunkach ograniczonej widoczności

Kiedy fotogrametria jest wystarczająca

Dokumentacja wizualna z wysoką rozdzielczością tekstur
Obszary otwarte (pola, tereny przemysłowe)
Projekty z umiarkowanymi wymaganiami dokładnościowymi
Ograniczony budżet

Podejście hybrydowe

Łączenie LiDAR (geometria) z fotogrametrią (tekstury, kolory)
Idealnie nadaje się do fotorealistycznych modeli 3D miast
Wykorzystywane w inwentaryzacji obiektów inżynierskich
Pozwala na pełną dokumentację zarówno geometryczną, jak i wizualną

Specjalistyczne zastosowania LiDAR: archeologia, leśnictwo, hydrologia

Archeologia

NMT z ISOK umożliwia odkrywanie zatartej rzeźby terenu – grodziska, kurhany, dawne systemy pól, fortyfikacje
Penetracja zwartej roślinności ujawnia struktury niewidoczne na ortofotomapie
Projekty badawcze wspierane są przez krajowe instytucje naukowe i edukacyjne
Dokładność LiDAR pozwala na identyfikację form o wysokości zaledwie 10–20 cm

Leśnictwo

Ocena wysokości drzew poprzez różnicę NMPT–NMT (Canopy Height Model)
Szacowanie gęstości koron i biomasy z błędem 10–15%
Identyfikacja zagrożeń: wywroty, korytarze wiatrowe
Planowanie zrównoważonej gospodarki leśnej
Dane dostępne dla całego kraju bez konieczności kosztownych pomiarów terenowych

Hydrologia i ochrona przeciwpowodziowa

Wysokorozdzielczy NMT jako podstawa modelowania przepływu wód
Wyznaczanie stref zalewowych z dokładnością nieosiągalną wcześniej
Planowanie i monitoring wałów przeciwpowodziowych
Działania realizowane przez państwowe służby hydrologiczne
Batymetryczny LiDAR penetruje wodę do około 50 m w czystych warunkach

Wymagania dla opracowań branżowych

Geodeta przygotowujący dokumentację dla tych sektorów musi uwzględnić wymagane standardy dokładności
Formaty danych określone w dokumentach administracji publicznej
Konieczność zachowania spójności z układami odniesienia

Podsumowanie w formie Q&A

Pytanie 1: Skąd geodeta może bezpłatnie pobrać dane LiDAR dla obszaru Polski? Z serwisu geoportal.gov.pl, korzystając z sekcji pobierania danych pomiarowych NMT oraz usług WMS/WFS udostępnianych przez państwowy zasób geodezyjny.

Pytanie 2: Jakie są typowe parametry jakościowe lotniczego LiDAR w Polsce? Gęstość 4–12 pkt/m² i dokładność wysokościowa rzędu 0,10–0,15 m, zależnie od kampanii nalotów i charakteru terenu.

Pytanie 3: Do czego w praktyce geodezyjnej najczęściej wykorzystuje się dane LiDAR? Do budowy NMT i NMPT, obliczeń objętości mas ziemnych, analiz inżynierskich i hydrologicznych, inwentaryzacji oraz opracowań dla archeologii i leśnictwa.

Pytanie 4: Kiedy LiDAR ma przewagę nad fotogrametrią? Przede wszystkim w terenach zalesionych i skomplikowanych, gdy potrzebna jest wysoka dokładność wysokościowa oraz możliwość „zajrzenia” pod korony drzew.

Pytanie 5: Jakie oprogramowanie warto znać do pracy z chmurami punktów LAS/LAZ? Co najmniej QGIS do integracji z innymi danymi GIS i CloudCompare (lub podobne narzędzia) do szczegółowej analizy i przetwarzania chmur punktów.

FAQ – najczęściej zadawane pytania o LiDAR

W jakim układzie wysokościowym udostępniane są dane LiDAR w Polsce? Aktualne dane pomiarowe LiDAR są najczęściej udostępniane w europejskim układzie wysokościowym EVRF2007 realizowanym w Polsce (PL-EVRF2007-NH). Przy integracji z danymi w innych układach (np. Kronsztad’86) konieczne jest zastosowanie odpowiednich transformacji wysokościowych.

Czy można legalnie wykorzystywać dane LiDAR z Geoportalu w opracowaniach komercyjnych? Tak, pod warunkiem zachowania warunków licencyjnych państwowego zasobu, w tym prawidłowego oznaczenia źródła danych zgodnie z komunikatami Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii. Szczegółowe warunki określa regulamin serwisu.

Jak rozpoznać datę nalotu LiDAR dla konkretnego obszaru? Informację o roku pozyskania danych można znaleźć w metadanych warstwy lub skorowidzu w Geoportalu (np. w opisie obiektu WFS). Oficjalne zestawienia publikowane są również przez jednostki państwowe, w tym GUGiK.

Czy LiDAR może zastąpić tradycyjne pomiary terenowe przy zakładaniu osnowy i mapach do celów projektowych? Nie, LiDAR jest doskonałym uzupełnieniem i źródłem tła wysokościowego, ale nie zastępuje pomiarów osnowy ani szczegółów terenowych wymaganych przepisami dla map do celów projektowych. Wymogi prawne i techniczne jasno określają zakres niezbędnych prac polowych.

Jak postępować przy łączeniu chmur punktów z różnych kampanii nalotów? Należy najpierw ujednolicić układ odniesienia (poziomy i pionowy), sprawdzić różnice wysokościowe na punktach kontrolnych i w razie potrzeby zastosować transformacje lub lokalne korekty. Cały proces powinien być udokumentowany w opisie technicznym opracowania, ze wskazaniem źródeł danych i zastosowanych procedur.

LiDAR – kompletny przewodnik dla geodetów (formaty LAS/LAZ, Geoportal, zastosowania)