Beim LAS-Format werden die Koordinatensysteminformationen in der .las-Datei gespeichert. Wie diese Informationen gespeichert werden, hängt von der LAS-Dateiversion und dem Punktdatensatzformat ab. Dies sind Eigenschaften, die sich auf die Attribute und Werte, die in der .las-Datei gespeichert werden, auswirken. Die aktuellen LAS-Versionen sind 1.0, 1.1, 1.2, 1.3 und 1.4. Die durch die einzelnen Versionen unterstützten Punktdatensatzformate sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
Bei den LAS-Versionen 1.0 bis 1.3 wird das Koordinatensystem mit GeoTIFF-Tags gespeichert, während die LAS-Version 1.4 die beiden Konventionen GeoTIFF und Well-Known Text (WKT) unterstützt. Der GeoTIFF-Metadatenstandard für Koordinatensysteminformationen ist eine beliebte Konvention, die zum Georeferenzieren eines TIFF-Rasters entwickelt wurde. Da LAS kein Raster-Format ist, muss dafür nur ein Teil der GeoTIFF-Tags in der realen Welt richtig positioniert sein. In ArcGIS werden die GeoTIFF-Informationen unter Verwendung der Geospatial Data Abstraction Library (GDAL) interpretiert. Dies ist eine Bibliothek zum Lesen und Schreiben von räumlichen Daten in verschiedenen Formaten. Der WKT-Standard ist eine textbasierte Beschreibung eines Raumbezugs, die durch das Open Geospatial Consortium (OGC) übernommen wurde. In LAS 1.4-Dateien mit den Punktformaten 0 bis 5 kann der Raumbezug als GeoTIFF oder WKT gespeichert werden, während die neueren Punktformate 6 bis 10 nur WKT unterstützen.
Die LAS-Versionen unterscheiden sich auch hinsichtlich der Position der Koordinatensysteminformationen. Jede .las-Datei besteht aus den folgenden Elementen:
- Öffentlicher Header-Block (Public Header Block)
- Datensätze variabler Länge (Variable Length Records, VLR)
- Datensätze mit Punktdaten (Point Data Records)
- Erweiterte Datensätze variabler Länge (Extended Variable Length Records, EVLR): Nur in LAS 1.3 und 1.4 verfügbar
- In LAS 1.3 ist dies nur für die Punktdaten-Datensatzformate 4 und 5 verfügbar und für die Speicherung von Waveform-Datenpaketen aus dem ursprünglichen LIDAR-Survey vorgesehen.
- In LAS 1.4 wird dies für alle Punktdaten-Datensatzformate unterstützt. Die EVLR können in diesem Fall ein breites Spektrum an Informationen aufnehmen.
Bei den LAS-Versionen 1.0 bis 1.3 wird das Koordinatensystem im Dateiabschnitt mit den Datensätzen variabler Länge gespeichert, der sich in der Nähe des Anfangs der binären Datei befindet, und kann, nachdem es erstellt wurde, nicht mehr geändert werden. In LAS 1.4 können die Koordinatensysteminformationen in VLR oder in EVLR erstellt werden. Hier können die Informationen aktualisiert werden, indem ein neues Koordinatensystem im EVLR-Abschnitt erstellt wird und das ursprüngliche Koordinatensystem modifiziert wird, um anzugeben, dass es ersetzt worden ist.
Koordinatensystem im LAS-Dataset und in einer einzelnen LAS-Datei
Das LAS-Dataset (*.lasd) kann mehrere .las- und .zlas-Dateien referenzieren, um die Visualisierung und Verarbeitung einer großen Sammlung zusammenhängender Dateien zu unterstützen. In der Regel gilt für die Daten, die in einem LAS-Dataset verwendet werden, dasselbe Koordinatensystem. Dateien mit verschiedenen Koordinatensystemen können aber auch über das LAS-Dataset angezeigt werden. Das LAS-Dataset hat sein eigenes Koordinatensystem. Dies ist das Koordinatensystem, das beim Verarbeiten der Daten verwendet werden soll. Das Koordinatensystem des LAS-Datasets wird in der Regel von der Eingabe-.las- oder -.zlas-Datei abgeleitet, die ihm zuerst hinzugefügt wurde. Dies kann jedoch beim Erstellen des LAS-Datasets geändert werden.
Wenn ein LAS-Dataset das Dataset ist, das der Karte oder 3D-Szene zuerst hinzugefügt wurde, dann definiert sein Raumbezug das Koordinatensystem der Karte. Jede .las- oder .zlas-Datei, die durch das LAS-Dataset referenziert wird, aber ein anderes Koordinatensystem hat, wird direkt neu projiziert und danach im Koordinatensystem der Karte dargestellt. Wenn das LAS-Dataset durch ein Geoverarbeitungswerkzeug zum Erstellen abgeleiteter Datenprodukte verarbeitet wird, wie zum Beispiel ein Höhen-Raster, dann verwendet das Standardkoordinatensystem der Ausgabe den Raumbezug aus dem LAS-Dataset. Dies kann auch über die Umgebungseinstellung "Ausgabe-Koordinatensystem" geändert werden.
Horizontale und vertikale Koordinatensysteme
Das horizontale Koordinatensystem definiert die XY-Positionierung der LAS-Daten und das vertikale Koordinatensystem ihre Z-Positionierung. Mit diesen Informationen wird sichergestellt, dass die Daten präzise positioniert werden. Wenn für die Daten nur das horizontale Koordinatensystem definiert ist, dann werden die Z-Einheiten aus dem horizontalen Koordinatensystem abgeleitet. Wenn bei solchen Daten die XY-Koordinaten auf ein geographisches Koordinatensystem festgelegt sind, dann wird Meter als Einheit für die Z-Koordinaten vorausgesetzt.
Neuprojizieren von LAS- und ZLAS-Dateien
Das Werkzeug LAS projizieren kann verwendet werden, um .las- und .zlas-Dateien aus dem einen in ein anderes Koordinatensystem zu projizieren. Dieses Werkzeug bietet eine einfache Möglichkeit zum Auswählen der geeigneten geographischen Datumstransformation, wenn die Daten von dem einen in ein anderes geodätisches Datum transformiert werden sollen. Um eine vertikale Datumstransformation durchführen zu können, muss das Paket "ArcGIS Coordinate Systems Data" installiert werden. Diese Softwarekomponente wird über eine separate Installation bereitgestellt, die von Ihrer Seite "My Esri" heruntergeladen werden kann. Weitere Informationen zum Installieren der zusätzlichen Koordinatensystemdateien finden Sie hier.
Die meisten Geoverarbeitungswerkzeuge, die Ausgabe-.las- oder -.zlas-Dateien erstellen, unterstützen das Neuprojizieren der Daten über die Umgebungseinstellungen Ausgabe-Koordinatensystem und Geographische Transformationen. Die Verwendung solcher Werkzeuge anstelle des Werkzeugs LAS projizieren kann dabei helfen, die Erstellung unnötiger Zwischendaten zu vermeiden. Zum Neuprojizieren Ihrer Daten sollten Sie die folgenden Werkzeuge verwenden, wenn Sie die nachfolgend beschriebenen Operationen nutzen müssen.
- LAS ausdünnen: Reduziert die Punktdichte der Daten.
- LAS kacheln: Unterteilt die Punktwolke in ein regelmäßiges Kachelschema.
- LAS extrahieren: Schneidet die Punktwolke aus und filtert sie.
Allgemeine Probleme mit LAS-Koordinatensystemen
Der Standard der Amerikanischen Gesellschaft für Photogrammetrie und Fernerkundung (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing, ASPRS) für das LAS-Format fordert, dass .las-Dateien einen Raumbezug haben. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es könnte sein, dass LAS-Daten in Innenräumen erfasst werden, in denen die GPS-Positionsbestimmung nicht möglich ist. Es könnte auch sein, dass für Punktwolken, die aus photogrammetrischen Techniken abgeleitet wurden, kein Raumbezug definiert ist. Weiterhin könnte es sein, dass bei LAS-Formatdateien die Raumbezugsinformation fehlt, unvollständig ist oder nicht ordnungsgemäß definiert ist, was dazu führt, dass die Punkte an der falschen Position dargestellt werden.
Beim Anzeigen der Dataset-Eigenschaften von .las- oder .zlas-Dateien, bei denen die Raumbezugsinformation fehlt oder nicht erkannt werden kann, wird angegeben, dass ein unbekanntes Koordinatensystem vorhanden ist. Bei LAS-Formatdateien, bei denen GeoTIFF-Tags zum Speichern des Raumbezugs verwendet werden, könnte auch gemeldet werden, dass GCS WGS84 verwendet wird, wenn die Raumbezugsinformation unvollständig ist. Dies liegt daran, wie die Bibliothek GDAL unvollständige GeoTIFF-Raumbezugsdaten interpretiert.
Ein weiteres Problem, das bei .las-Dateien auftreten kann, besteht darin, dass die Daten entlang der Z-Dimension überhöht (zu sehr gestreckt) oder komprimiert (zu sehr gestaucht) angezeigt werden könnten. Dazu kommt es in der Regel dann, wenn die linearen Einheiten, die zum Darstellen der Daten verwendet werden, nicht mit den Einheiten übereinstimmen, in denen die Höheninformation erfasst wurde. Wenn für ein Dataset nur ein XY-Koordinatensystem, aber kein Z-Koordinatensystem definiert ist, dann wird die lineare Einheit des XY-Koordinatensystems zum Darstellen der Höheninformation verwendet. Wenn solche Daten zwischen horizontale Koordinatensystem verschiedener Einheiten umprojiziert werden, dann werden die Z-Einheiten nicht konvertiert, da sie überhaupt nicht definiert sind. Um die Skalierungsverzerrungen, die in einem solchen Szenario auftreten, zu beseitigen, müssen Sie das richtige Z-Koordinatensystem definieren.
Verwenden von .prj-Dateien zum Beheben von Problemen mit dem Raumbezug
In ArcGIS Pro kann für .las- oder .zlas-Dateien, bei denen die Raumbezugsinformation fehlt oder fehlerhaft ist, das Koordinatensystem über eine .prj-Zusatzdatei definiert sein. Diese Zusatzdatei befindet sich in demselben Verzeichnis wie die .las- oder .zlas-Datei und trägt auch denselben Basisnamen, ihre Dateierweiterung lautet aber .prj. In der .prj-Datei ist das Koordinatensystem unter Verwendung der Konvention WKT gespeichert. Wenn diese Datei vorhanden ist, dann werden die Informationen in der .las- bzw. .zlas-Datei überschrieben.
Die .prj-Datei für eine einzelne .las- oder .zlas-Datei können Sie mit dem Geoverarbeitungswerkzeug Projektion definieren erstellen. Mit dem Werkzeug LAS-Dataset erstellen können Sie die .prj-Datei auch für eine Sammlung mehrerer .las- oder .zlas-Dateien erstellen, indem Sie den gewünschten Raumbezug im Parameter Koordinatensystem definieren und angeben, ob für alle Dateien oder nur für die Dateien, bei denen der Raumbezug fehlt, eine .prj-Datei erstellt werden soll.
Wenn die LAS-Daten ursprünglich georeferenziert wurden, die eingebettete Raumbezugsinformation aber in der Datei entweder gefehlt hat oder falsch definiert wurde, dann reicht es aus, eine .prj-Datei mit den korrekten Informationen zu erstellen, damit die Daten in ArcGIS Pro ausgerichtet sind. Wenn die LAS-Daten zuvor nicht georeferenziert wurden, dann kann eine anpassbare lokale Kartenprojektion verwendet werden, um die Daten entlang der XY-Ebene so zu verschieben und zu drehen, dass sie an ihrer tatsächlichen Position in der realen Welt dargestellt werden. Die lokale Projektion kann für Daten nützlich sein, die einen kleinen Projektbereich, wie zum Beispiel ein Gebäude oder einen kleinen Stadtteil, darstellen. Nachdem ein Dataset mit der lokalen Projektion georeferenziert wurde, kann es in ein Standardkoordinatensystem neu projiziert werden, das durch andere Anwendungen erkannt wird. Weitere Informationen zur lokalen Projektion.
Ähnlich der lokalen Projektion für die horizontale Positionierung stellt ArcGIS Pro auch ein unspezifisches Höhensystem zum Definieren der Höheneinheiten von 3D-Daten bereit. Damit können Sie die Verzerrungen in Z-Richtung, die bei Daten ohne ein definiertes Z-Koordinatensystem und mit einem horizontalen Koordinatensystem mit einer abweichenden linearen Einheit auftreten können, korrigieren.
Wenn .las- oder .zlas-Dateien mit einem in einer .prj-Datei definierten Raumbezug in Anwendungen von Drittanbietern verwendet werden, dann wird das Koordinatensystem in der .prj-Datei möglicherweise nicht erkannt. In diesem Fall muss das Koordinatensystem in der .prj-Datei in den .las- bzw. .zlas-Dateien eingebettet werden, um sicherzustellen, dass andere Anwendungen die korrigierten Informationen erkennen können. Zum Einbetten dieser Koordinateninformationen können Sie jedes Geoverarbeitungswerkzeug verwenden, das neue .las-Dateien ausgibt. Zusätzlich zu den oben erwähnten Werkzeugen, die LAS-Formatdateien ausgeben, kann auch das Werkzeug LAS konvertieren verwendet werden, um neue LAS-Dateien in einer anderen LAS-Version und einem anderen Punktdatensatzformat zu erstellen.