Die Überlappungsklassifizierung ist ein grundlegender Verarbeitungsschritt für LIDAR-Luftbilder. Das Ziel ist, eine relativ gleichmäßige Punktverteilung zu erreichen, durch welche die nachfolgenden geometrischen und statistischen Prozesse effizienter und stabiler ausgeführt werden können.
LIDAR-Luftbilder werden in der Regel durch ein Flugzeug erfasst, dass in aufeinander folgenden, parallel zueinander liegenden Bahnen fliegt. Entlang jeder Flugbahn werden Daten für einen Streifen erfasst. Benachbarte Streifen überlappen einander in gewissem Umfang. Dies geschieht absichtlich, um eine vollständige Abdeckung und lückenlose Datenerfassung zu gewährleisten.
In den überlappenden Bereichen ist die Punktdichte doppelt so hoch wie in Bereichen ohne Überlappung.
Die Kalibrierung der Daten zwischen den Flugbahnen erfolgt leider nicht immer vollständig. Dies kann zu einem leichten Höhenversatz zwischen den Flugbahnen führen. Der Versatz tritt am deutlichsten in den überlappenden Bereichen an den Seiten der Flugbahnen auf. Selbst bei idealer Kalibrierung erzeugt die höhere Punktdichte in den überlappenden Bereichen mehr sichtbares Rauschen. Dies liegt daran, dass die Punkte in XY näher beieinander liegen, die Höhenunterschiede zwischen benachbarten Punkten jedoch konstant bleiben (anders gesagt: aufgrund der eingeschränkten vertikalen Genauigkeit entspricht derselbe vertikale Versatz bei kürzeren Entfernungen einer größeren Neigung). Eine Oberfläche in einem Überlappungsbereich hat eine größere durchschnittliche Neigung als eine Oberfläche in einem Bereich ohne Überlappung.
Um die Konsistenz der Punktdichte zu erhöhen und die Auswirkungen von Rauschen und Kalibrierungsproblemen zu minimieren, können Sie einige der Punkte aus dem Überlappungsbereich ausschließen. Dies erfolgt mittels der Überlappungsklassifizierung. Hierbei wird eine Teilmenge von Punkten in den Überlappungsbereichen klassifiziert bzw. gekennzeichnet. Diese Überlappungspunkte können dann in nachfolgenden Klassifizierungs- und Analyseschritten ausgeschlossen werden. So schließen z. B. die Geoverarbeitungswerkzeuge Boden aus LAS klassifizieren und Gebäude aus LAS klassifizieren Überlappungspunkte aus.
Voraussetzungen
Für die Überlappungsklassifizierung sind folgende Punkte erforderlich:
- Anhand der Punktquell-ID wird die Flugbahn identifiziert, zu der ein Punkt gehört. Diese Informationen müssen jedem Punkt zugewiesen werden. Dies sollte in der Regel durch den Datenanbieter erfolgen.
- Daten von verschiedenen Flugbahnen sollten zusammengeführt und zu einem Set zusammenhängender, nicht überlappender Kacheln zusammengefasst werden. Hierfür kann das Geoverarbeitungswerkzeug LAS kacheln verwendet werden.
- Die Daten müssen sich in einem projizierten Koordinatensystem befinden. Wenn sich die LAS-Daten in einem geographischen Koordinatensystem befinden, müssen sie stattdessen in ein projiziertes Koordinatensystem projiziert werden. Zum Projizieren der Daten kann das Geoverarbeitungswerkzeug LAS extrahieren verwendet werden.
Prüfen der Verwendung der Punktquell-ID in den LAS-Daten
Im Geoverarbeitungswerkzeug LAS-Überlappung klassifizieren wird angenommen, dass die Punktquell-ID jedes Punktes auf die Nummer der Flugbahn festgelegt wurde, in der dieser Punkt erfasst wurde. Diese Art der Flugbahnzuweisung wird von den meisten Datenanbietern praktiziert. Allerdings fordert die LAS-Spezifikation dies nicht explizit und der Wortlaut bietet Spielraum für Interpretationen.
Führen Sie die folgenden Schritte aus, um die Punkte nach Quell-ID symbolisiert anzuzeigen.
- Fügen Sie den LAS-Dataset-Layer einer 2D-Karte oder einer lokalen 3D-Szene hinzu.
- Öffnen Sie den Bereich Symbolisierung für den LAS-Dataset-Layer.
- Wählen Sie auf der Registerkarte Punkte aus der Dropdown-Liste neben dem aktivierten Kontrollkästchen Darstellen mit die Option Punktquell-ID aus.
Im oberen Teil des Bereichs "Symbolisierung" eines LAS-Datasets sind Punkte ausgewählt, die nach Punktquell-ID angezeigt werden sollen.
Wenn die Punktquell-ID der Nummer der Flugbahn entspricht, sollten die Punkte für jeden Streifen in der gleichen Farbe angezeigt werden, wobei die Streifen in der Regel parallel nebeneinander liegen und sich zumindest bis zu einem gewissen Grad überlappen.
Werkzeug "LAS-Überlappung klassifizieren"
Das Geoverarbeitungswerkzeug LAS-Überlappung klassifizieren partitioniert und unterteilt die Punkte in quadratische Abschnitte. Danach prüft es die Rangstufe des Abtastwinkels aller Punkte in jedem Abschnitt. Die Rangstufe des Abtastwinkels entspricht dem Abtastwinkel des Punktes im Verhältnis zum Nadir direkt unter dem Flugzeug und dem Scanner. Die Werte können zwischen -90 und 90 Grad liegen. Die Punktquell-ID (Flugbahn-ID) des Punktes, dessen Abtastwinkel-Rangstufe am nächsten an oder gleich 0,0 ist, wird zur Klassifizierung und Analyse verwendet. Der Grund ist, dass die Punkte, die dicht am Nadirpunkt liegen, eine höhere Genauigkeit aufweisen als die Punkte am Rand des Streifens. Punkte im Abschnitt, die nicht zur ausgewählten Flugbahn gehören, werden als Überlappungspunkte klassifiziert bzw. gekennzeichnet. In Dateien der LAS-Version 1.4, die in der Regel die Punktformate 6 bis 8 verwenden, wird dazu ein Überlappungs-Flag gesetzt. Für Dateien anderer LAS-Versionen und andere Punktformate wird der Überlappungs-Klassencode 12 verwendet.
Das Bild oben zeigt einen Beispiel-Überlappungsabschnitt für LIDAR-Punkte an der Seite einer Strecke von einigen Metern. Die blauen Punkte gehören zu einer Flugbahn, die orangefarbenen Punkte zu einer anderen. Der minimale absolute Abtastwinkel der blauen Punkte liegt bei 5. Der minimale absolute Abtastwinkel der orangen Punkte liegt bei 17. Die blauen Punkte liegen näher am Nadir bzw. an 0 und sind somit genauer. Die orangefarbenen Punkte werden entsprechend als Überlappungspunkte gekennzeichnet.
Der Parameter Stichprobenentfernung legt die Größe der Abschnitte fest, die zum Partitionieren der Punkte verwendet werden. Abschnitte sind Quadrate in 2D, wobei die Stichprobenentfernung der Seitenlänge eines Abschnitts entspricht.
Die gewählte Stichprobenentfernung sollte mindestens einem Vielfachen des nominalen Punktabstands entsprechen. Sie kann auch größer sein, denn sie bestimmt, welche Flugbahndaten für einen bestimmten Bereich verwendet werden. Es ist sinnvoll, wenn sie bis zu einigen Metern beträgt. Nachdem die Überlappungspunkte als solche klassifiziert wurden, können sie herausgefiltert und in den nachfolgenden Klassifizierungs- und Analyseschritten ausgeschlossen werden. Klicken Sie mit der rechten Maustaste im Bereich Inhalt auf den LAS-Dataset-Layer, und wählen Sie Eigenschaften aus. Deaktivieren Sie auf der Registerkarte LAS-Filter unter Klassifizierungs-Flags die Option Überlappung.
In den Eigenschaften des LAS-Datasets kann festgelegt werden, ob Überlappungspunkte in den Punktfiltereinstellungen berücksichtigt werden. Das Bild oben zeigt Dateien der LAS-Version 1.4, in denen das Klassifizierungs-Flag "Überlappung" anstelle des Überlappungs-Klassencodes verwendet wird.
Wenn Sie zuerst die klassifizierten Punkte herausfiltern und danach die LAS-Daten mittels der Punktquell-ID visualisieren, erkennen Sie eine klare Grenze zwischen den Flugbahnen, wie in den Bildern unten gezeigt. Das erste Bild zeigt Punkte mit Überlappung, das zweite Bild zeigt Punkte ohne Überlappung.
Die Erkennung und der Ausschluss von Überlappungen führen zu einer konsistenteren Punktdichte und können die Ergebnisse nachfolgender Vorgänge wie Bodenklassifizierung, Gebäudeklassifizierung oder DEM-Erstellung verbessern.