Методология создания точных дренажных сетей (и водосборов) из LiDAR DEM высокого разрешения?

Я не первый раз сталкиваюсь с этой проблемой; кажется, что я не могу сгенерировать правильную модель дренажной сети и полученные данные из данных LiDAR с полным разрешением (1 м ячеек).

Когда я обобщаю набор данных LiDAR, преобразую его в целочисленную матрицу высот и заполняю приемники, все хорошо, и я легко могу создать то, что представляется очень обобщенной моделью. Тем не менее, я хотел бы создать детальную модель сайта для крупномасштабной карты, и именно здесь у меня возникают проблемы.

Я должен отметить, что большинство проблем происходит в более плоских областях.

Я хотел бы, чтобы дренажная сеть точно следовала рельефу, но когда я использую создание дренажной сети из целочисленного входа матрицы высот, результирующие потоки очень общие и часто «отключаются» в областях, где это не должно быть. Ручьи даже близко не следуют естественным хребтам на местности. Есть также много «сиротских» или «никуда» сегментов. Когда я использую вход матрицы высот с плавающей запятой , получающаяся дренажная сеть детализирована и точна, но очень отсоединена, сгруппирована и "засорена" бесхозными потоками.

Я подозреваю, что моя проблема лежит где-то в подготовке данных; целочисленные или растровые входные данные матрицы высот с плавающей точкой, правильное заполнение приемников и т. д. Или, может быть, мне нужно как-то обработать данные поверхности, чтобы сначала создать «гидрологически корректную» входную матрицу высот?

Может ли кто-нибудь описать правильную методологию создания непрерывных дренажных сетей и водосборов с использованием LiDAR высокого разрешения?

В настоящее время у меня больше успехов в создании модели из целочисленного ввода матрицы высот. Это, однако, не идеально для детального крупномасштабного анализа:

Первое прикрепленное изображение - это модель, полученная из целочисленного ввода ЦМР. Несколько очевидных проблемных областей обведены. Обратите внимание, что на самом деле в главном канализационном канале есть поток. Я добавил очень обобщенную версию потока.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Как я уже упоминал, у меня больше успехов в создании модели из целочисленного ввода ЦМР. На следующих снимках экрана показано, почему это так. Хотя целочисленный ввод ЦМР имеет много проблем, как можно видеть выше, он все же создает дренажную сеть, которая менее отключена, хотя и не соответствует характеристикам местности. Как вы можете видеть на изображении ниже, используя вход матрицы высот с плавающей запятой, вы получаете очень разрозненную и кластерную сеть, заполненную маленькими бесхозными сегментами.

Поток Аккумуляционный растр, созданный из матрицы высот с плавающей точкой

Поток Аккумуляционный растр, созданный из целочисленной матрицы высот

Насколько я могу вычесть, оба метода дают совершенно разные результаты, оба метода непригодны для детальной модели.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я прошу прощения за то, что сделал этот пост все длиннее и длиннее (возможно, я не выражаю себя четко на английском языке). Чтобы проиллюстрировать проблему с использованием DEM с плавающей запятой для ввода, я присоединяю результирующий вывод Stream Link, а также результирующие водоразделы. Чего я ожидаю, так это непрерывной потоковой сети и всей области, покрытой бассейнами, которые впадают друг в друга.

Stream Link производится с входной матрицы высот с плавающей запятой:

Водосборные бассейны, полученные из плавающей запятой ввода ЦМР:

Вот пример (близлежащая область, те же данные), где все направление потока бассейна изменяется из-за использования целочисленного ввода матрицы высот: красная стрелка указывает направление потока модели, а синяя стрелка указывает направление фактического потока. , (синие линии - фактические потоки, красная сеть - порядок Strahler, полученный из LiDAR)

Ссылка на данные: https://www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (истекает 13 мая 2011 г.)

Рассматривали ли вы использовать анализ GRASS GIS? У меня есть опыт, что алгоритмы GRASS имеют очень хорошую достоверность при анализе гидрологии. Например, я хочу создать что-то вроде дренажной сети на DTM с разрешением 5x5m. Я сравнил инструменты из ArcMap (включая ArcHydro Tools), и вы можете просмотреть результат на первом изображении (красные линии). Затем я попытался использовать функцию GRASS GIS 'r.stream.extract' и получил результат, показанный на рисунке 2 (красные линии). Обе дренажные линии генерируются с площадью катектации 3 га.

Он действительно отличается от других и имеет достаточную достоверность по сравнению с реальными потоками (рисунок 3, реальные потоки синего цвета). И GRASS GIS имеет много гидрологических инструментов, то есть, также для создания зоны сгущения.

Что касается создания гидрологически правильных моделей рельефа, также называемых принудительным дренажом, ANUDEM , насколько мне известно , остается лучшим выбором . Это программа, используемая для генерации канадского национального набора данных высот (CDED, по иронии судьбы хранится в виде целочисленных метров). Также инструмент TopoToRaster в ArcGIS использует Anudem под капотом (ревизия или три за текущей).

USGS использовал другую программу для модели Соединенных Штатов, Delta3D от AverStar, но когда я спросил (десять лет назад), это была пользовательская программа, которая не была в продаже (хотя за несколько сотен тысяч они адаптировали ее для наших нужд) ).

Мне не известны какие-либо другие инструменты для создания моделей рельефа с применением дренажа, но я бы хотел услышать о них.

Вернувшись в колледж, я работал над проектом, который сделал это довольно хорошо. Я не гидролог, и я не закончил проект (закончил), но вы можете проверить это:

Таудем 5.0

Из того, что я помню, это работало довольно хорошо. Это бесплатный инструмент и может быть именно то, что вам нужно.

Изменить: После более тщательного изучения вашего вопроса, я считаю, что это именно тот инструмент, который вам нужен. Как вы описываете, он не имеет разъединений, весь поток продолжается вниз по потоку, то есть нет потерянных потоков. Большинство ЦМР рассчитывают направление потока только с 8 возможными направлениями: N, E, S, W и NE, SE, SW, NW. Это приводит к неестественному потоку. Таудем имеет взвешенное направление, он может течь в 360 градусов. У него будет более естественный поток, и я предполагаю, что более точный.

Кроме того, если у вас есть несколько ядер, он будет использовать их. Используя LiDAR высокого разрешения, TauDEM должен обрабатывать то, что вам нужно, довольно быстро.

Спасибо всем за ваш вклад. Я пришел к выводу, что поверхность LiDAR с полным разрешением не подходит для такого типа анализа.

В частности, к вопросу об использовании целых чисел или чисел с плавающей запятой: целочисленное лучше всего подходит для скорости, хранения и позволяет избежать некоторых видов дрейфа из-за ошибок округления. Однако при использовании целого числа не используйте метры для ваших значений Z (высоты)! Измените вертикальные единицы на сантиметры или миллиметры или оставьте их в метрах и масштабируйте значения (умножьте на 100 или 1000), что дает тот же эффект. Если это невозможно, используйте число с плавающей запятой.

Анализ наклона и аспекта и другие производные 2-го и 3-го порядка особенно чувствительны к грубости целочисленных высот на основе метров. Это действительно плохая практика, но это также стандартная практика.

См. Анализ местности: принципы и приложения (Джон Питер Уилсон и Джон К. Галлант), в частности, раздел 2.7.2 Единицы высот и вертикальная точность , и Геоморфологическая характеристика цифровых моделей высот ( Джо Вуд ), поиск «целочисленное округление». Оба эти документа весомые. Сначала я узнал о проблеме через краткое и понятное описание проблемы в документе о создании первой континентальной модели рельефа для Австралии (около 2000 г.) с использованием программного обеспечения ANUDEM , но я не могу найти ее прямо сейчас.

Не знаю, поможет ли это, но я недавно написал пост в блоге о гидросети на 1 см LIDAR DEM. Может быть, есть несколько самородков для вас.

http://www.thadwester.com/1/post/2011/03/hydrologic-networks.html

Просто подумал, что добавлю кое-что еще, чтобы подумать здесь. Теперь я задаюсь вопросом, работает ли процесс разграничения водосборного бассейна. У меня есть модель, которую я редактировал вручную, и я постоянно прибегаю к ошибочным областям. Я не думаю, что могу вообще положиться на компьютерные модели ArcGIS ...