Methode zur Erstellung genauer Entwässerungsnetze (und Einzugsgebiete) aus hochauflösendem LiDAR DEM?

Dies ist nicht das erste Mal, dass ich über dieses Problem gestolpert bin. Es scheint, dass ich aus LiDAR-Daten mit voller Auflösung (1 m Zellen) kein korrektes Entwässerungsnetzmodell und die daraus resultierenden Einzugsgebiete generieren kann.

Wenn ich das LiDAR-Dataset verallgemeinere, es in ein ganzzahliges DEM konvertiere und Senken fülle, ist alles in Ordnung und ich kann leicht ein scheinbar sehr verallgemeinertes Modell erstellen. Ich möchte jedoch ein detailliertes Standortmodell für eine Karte in großem Maßstab erstellen, und hier habe ich Probleme.

Ich möchte darauf hinweisen, dass die meisten Probleme in flacheren Gebieten auftreten.

Ich möchte, dass das Entwässerungsnetz genau dem Gelände folgt, aber wenn ich das Entwässerungsnetz aus einer ganzzahligen DEM-Eingabe erstelle, sind die resultierenden Ströme sehr allgemein und oft in Bereichen "getrennt", in denen dies nicht der Fall sein sollte. Die Bäche folgen nicht einmal eng den natürlichen Höhenrücken im Gelände. Es gibt auch viele "Orphan" - oder "Go Nowhere" -Segmente. Wenn ich einen Floating-Point-DEM-Eingang verwende , ist das resultierende Drainagenetz detailliert und genau, aber sehr getrennt, gruppiert und mit verwaisten Strömen "übersät".

Ich vermute, mein Problem liegt irgendwo in der Datenaufbereitung. Ganzzahl gegen Gleitkomma-Raster-DEM-Eingabe, Füllung sinkt korrekt usw. Oder kann es sein, dass ich die Oberflächendaten irgendwie verarbeiten muss, um zuerst ein "hydrologisch korrektes" Eingabe-DEM zu erstellen?

Kann jemand die richtige Methode zur Erstellung kontinuierlicher Entwässerungsnetze und -einzugsgebiete mit hochauflösendem LiDAR beschreiben?

Derzeit habe ich mehr Erfolg mit der Erstellung des Modells aus einer ganzzahligen DEM-Eingabe. Dies ist jedoch nicht ideal für eine detaillierte Analyse in großem Maßstab:

Das erste angehängte Bild ist ein Modell, das aus einer ganzzahligen DEM-Eingabe erstellt wurde. Mehrere offensichtliche Problembereiche sind eingekreist. Bitte beachten Sie, dass sich tatsächlich ein Bach im scheinbar Hauptentwässerungskanal befindet. Ich habe eine sehr verallgemeinerte Version des Streams hinzugefügt.

EDIT: Wie ich bereits erwähnte, habe ich mehr Erfolg mit der Erstellung des Modells aus einer ganzzahligen DEM-Eingabe. Die folgenden Screenshots veranschaulichen, warum das so ist. Obwohl der ganzzahlige DEM-Eingang viele Probleme aufweist, wie oben zu sehen ist, erzeugt er dennoch ein Drainagenetz, das weniger getrennt ist, obwohl es nicht den Geländeeigenschaften entspricht. Wie Sie auf dem Bild direkt unten sehen können, führt die Verwendung eines Floating-Point-DEM-Eingangs zu einem sehr getrennten und gruppierten Netzwerk voller kleiner verwaister Segmente.

Flow Accumulation-Raster, das aus einem Gleitkomma-DEM erstellt wurde

Flow Accumulation-Raster, das aus einem ganzzahligen DEM erstellt wurde

Soweit ich abziehen kann, ergeben beide Methoden dramatisch unterschiedliche Ergebnisse, beide Methoden sind für ein detailliertes Modell unbrauchbar.

BEARBEITEN: Ich entschuldige mich dafür, dass ich diesen Beitrag länger und länger mache (vielleicht drücke ich mich nicht klar auf Englisch aus). Um das Problem mit der Verwendung eines Gleitkomma-DEM für die Eingabe weiter zu veranschaulichen, füge ich die resultierende Stream-Link-Ausgabe sowie die resultierenden Wasserscheiden hinzu. Was ich erwarte, ist ein kontinuierliches Stream-Netzwerk und ein ganzes Gebiet, das von Becken bedeckt ist, die alle ineinander fließen.

Stream Link erzeugt aus einem Floating Point Input DEM:

Wassereinzugsgebiete, die aus einem Fließkomma-Input-DEM erzeugt wurden:

Hier ist ein Beispiel (in der Nähe, gleiche Daten), in dem die gesamte Flussrichtung eines Beckens aufgrund der Verwendung einer ganzzahligen DEM-Eingabe geändert wird: Der rote Pfeil gibt die Flussrichtung des Modells an und der blaue Pfeil gibt die Richtung des tatsächlichen Flusses an . (blaue Linien - aktuelle Streams, rotes Netzwerk ist das von LiDAR abgeleitete Stream-Netzwerk nach Strahler)

Link zu Daten: https://www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (läuft am 13. Mai 2011 ab)

Möchten Sie die GRASS GIS-Analyse verwenden? Ich habe Erfahrung damit, dass GRASS-Algorithmen eine sehr gute Genauigkeit bei der hydrologischen Analyse aufweisen. Ich möchte zum Beispiel ein Entwässerungsnetz mit einer Auflösung von 5 x 5 m auf einem DTM erzeugen. Ich habe Tools von ArcMap (einschließlich ArcHydro Tools) verglichen und Sie können das Ergebnis auf dem ersten Bild (rote Linien) anzeigen. Dann habe ich versucht, die GRASS GIS-Funktion 'r.stream.extract' zu verwenden, und das Ergebnis wurde in Bild 2 (rote Linien) angezeigt. Beide Entwässerungsleitungen werden mit einer Kathementfläche von 3 Hektar erzeugt.

Es ist wirklich anders und im Vergleich zu echten Streams ziemlich genau (Bild 3, echte Streams sind blau). Und GRASS GIS verfügt über viele hydrologische Instrumente, um zB auch Einzugsgebiete zu generieren.

Im Hinblick auf die Generierung hydrologisch korrekter Höhenmodelle, auch als drainage enforced bezeichnet , ist ANUDEM meines Wissens nach nach wie vor best of breed. Es ist das Programm, mit dem der kanadische nationale Höhendatensatz (CDED, ironischerweise als Ganzzahl-Meter gespeichert) generiert wird . Auch das TopoToRaster- Tool in ArcGIS verwendet Anudem unter der Haube (eine Revision oder drei hinter der aktuellen Version).

Das USGS verwendete ein anderes Programm für das US-amerikanische Modell Delta3D von AverStar, aber als ich mich vor zehn Jahren erkundigte, war es ein benutzerdefiniertes Programm, das nicht von der Stange erhältlich war (obwohl es für einige 100.000 Stück an unsere Bedürfnisse angepasst wurde ).

Mir sind keine anderen Tools zum Generieren entwässerungserzwungener Höhenmodelle bekannt, aber ich würde gerne davon hören.

Zurück am College habe ich an einem Projekt gearbeitet, das das ganz gut gemacht hat. Ich bin kein Hydrologe und habe das Projekt auch nicht abgeschlossen (abgeschlossen), aber vielleicht möchten Sie Folgendes überprüfen:

TauDEM 5.0

Soweit ich mich erinnere, hat es ziemlich gut funktioniert. Es ist ein kostenloses Tool und kann genau das sein, was Sie brauchen.

Bearbeiten: Nachdem Sie Ihre Frage genauer gelesen haben, glaube ich, dass dies genau das Werkzeug ist, das Sie benötigen. Es gibt keine Unterbrechungen, wie Sie beschreiben, der gesamte Strom fließt stromabwärts weiter, dh es gibt keine verwaisten Ströme. Die meisten DEMs berechnen die Durchflussrichtung mit nur 8 möglichen Richtungen, N, E, S, W und NE, SE, SW, NW. Dies führt zu einer unnatürlichen Strömung. TauDEM hat eine gewichtete Richtung, es kann in 360 Grad fließen. Es wird natürlicher fließen und ich gehe von einem genaueren aus.

Wenn Sie mehrere Kerne haben, werden diese auch verwendet. Mit einem hochauflösenden LiDAR sollte TauDEM das, was Sie benötigen, relativ schnell verarbeiten.

Ich danke Ihnen allen für Ihre Beiträge. Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass eine LiDAR-Oberfläche mit voller Auflösung für diese Art der Analyse ungeeignet ist.

Speziell zur Frage zur Verwendung von Ganzzahlen oder Gleitkommazahlen: Ganzzahlen eignen sich am besten für Geschwindigkeit und Speicherung und vermeiden einige Arten von Abweichungen aufgrund von Rundungsfehlern. Verwenden Sie bei Verwendung einer Ganzzahl jedoch keine Meter für Ihre Z-Werte (Höhe)! Ändern Sie die vertikalen Einheiten in Zentimeter oder Millimeter oder behalten Sie sie als Meter bei und skalieren Sie die Werte (multiplizieren Sie mit 100 oder 1000), was den gleichen Effekt hat. Wenn dies nicht möglich ist, verwenden Sie Gleitkomma.

Die Steigungs- und Aspektanalyse sowie andere Derivate 2. und 3. Ordnung sind besonders empfindlich gegenüber der Grobheit meterbasierter ganzzahliger Erhebungen. Es ist wirklich schlechtes Training, aber es ist auch Standard.

Siehe Geländeanalyse: Prinzipien und Anwendungen (John Peter Wilson & John C. Gallant), insbesondere Abschnitt 2.7.2 Höheneinheiten und vertikale Präzision und die geomorphologische Charakterisierung digitaler Höhenmodelle ( Jo Wood ), Suche nach "Ganzzahlenrundung". Beide Dokumente sind gewichtig. Das Problem wurde mir zunächst durch eine kurze und verständliche Beschreibung des Problems in einem Dokument zum Erstellen des ersten Kontinentalhöhenmodells für Australien (ca. 2000) unter Verwendung der ANUDEM- Software bewusst , das ich jedoch derzeit nicht lokalisieren kann.

Ich weiß nicht, ob das helfen wird, aber ich habe vor einiger Zeit einen Blogeintrag für 1 cm LIDAR DEM auf hydro network geschrieben. Könnte ein paar Nuggets für dich haben.

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

Ich dachte nur, ich würde hier etwas mehr zum Nachdenken hinzufügen. Ich frage mich jetzt, ob die Abgrenzung der Wasserscheide überhaupt funktioniert. Ich habe ein Modell, das ich manuell bearbeitet habe, und komme ständig über Bereiche, die einfach falsch sind. Ich glaube nicht, dass ich mich überhaupt auf computergenerierte ArcGIS-Modelle verlassen kann ...