El hidroaplanamiento es el proceso de nivelación de masas de agua en modelos de elevación. Implica garantizar que los lagos y embalses estén a una altura constante, y que los ríos estén nivelados de orilla a orilla mientras fluyen de manera constante cuesta abajo. El hidroaplanamiento se realiza con fines analíticos y cartográficos. Puede mejorar el modelado del flujo y garantiza que las masas de agua en las sombras de relieve derivadas parezcan planas, que los contornos no se crucen en medio de los lagos y que los contornos crucen los ríos de forma limpia, prácticamente perpendiculares a la dirección del flujo.
Si bien es posible realizar el hidroaplanamiento en un modelo digital de elevación (DEM) existente como un proceso posterior, suele ser mejor hacerlo al interpolar el DEM a partir de los datos vectoriales de origen. Esto se debe a que es un poco más fácil controlar la zona de transición entre el suelo y el agua, evitando discontinuidades bruscas. El flujo de trabajo que se describe a continuación maneja el aplanamiento como parte de la producción del DEM utilizando un Dataset LAS.
Requisitos previos
Para producir DEM hidroplanos, se necesita lidar aéreo y líneas de costa de agua para lagos, embalses y ríos, todos representados como polígonos. Generalmente se tratan los lagos y embalses de más de 0,8 hectáreas y los ríos de 30 metros o más de ancho medio. Las entidades menores suelen omitirse. Cada río se modela mediante polígonos individuales. Las redes fluviales también pueden representarse mediante polígonos individuales, aunque con formas más complejas. En el caso de los ríos, también se necesitan líneas de dirección de flujo que se utilizan para indicar las ubicaciones principales del flujo de entrada y el flujo de salida. Estas líneas pueden estar ya disponibles en los datos de líneas de corriente existentes (véase la sección de Recursos más abajo). Si no es así, pueden crearse manualmente.
Crear un dataset LAS con suelo y agua clasificados
Para empezar, cree un dataset LAS a partir de su lidar aéreo. Si su lidar aún no se ha clasificado para el suelo, puede utilizar la herramienta Clasificar suelo LAS.
Los puntos de agua también deben clasificarse. Si la clasificación del lidar ya incluye el agua, la fuente adecuada de polígonos de agua que se necesitan en un flujo de trabajo posterior serán los utilizados para el proceso de clasificación del agua. Revise los datos de líneas de ruptura asociados con el proyecto lidar para estos polígonos. Si el agua no está clasificada, busque polígonos de agua de una fuente fiable y utilícelos con la herramienta de geoprocesamiento Establecer códigos de clase LAS utilizando entidades, con puntos filtrados a tierra, para asignar los puntos de clase 2 dentro de los polígonos como clase 9 para el agua. Una posible fuente de polígonos de agua en EE. UU. es NHDPlus. Los polígonos también pueden recopilarse manualmente a partir de ortoimágenes.
Trabajar con lagos y embalses
Los lagos y embalses se aplanan aplicando polígonos de altura constante como restricciones en el dataset LAS. El proceso de interpolación utilizado para convertir el dataset LAS en un DEM ráster aplicará las restricciones.
Si no tienes información sobre la altura del agua para los polígonos, puedes obtenerla del lidar. Para ello, filtre el dataset LAS a tierra y utiliza la herramienta de geoprocesamiento Interpolar forma con sus polígonos y el parámetro Método establecido en Combinar Z más cercano. Esto asignará la altura del suelo a los vértices alrededor del perímetro de cada polígono. Sin embargo, es probable que el resultado se ondule hacia arriba y hacia abajo. No será perfectamente plano. Lo que hay que hacer es encontrar la altura mínima del suelo alrededor del polígono y utilizarla como altura de la línea de costa del polígono. Utilice la herramienta de geoprocesamiento Agregar información de Z para agregar el valor z más bajo de cada polígono como atributo. A continuación, puede utilizar la herramienta de geoprocesamiento Copiar entidades, con el valor z desactivado en el entorno de la herramienta, para eliminar los valores z de los vértices y conservar el atributo Min Z.
Una vez que tenga polígonos de masas de agua con altura, agréguelos al dataset LAS utilizando la herramienta de geoprocesamiento Agregar archivos al dataset LAS como restricciones de superficie utilizando el atributo Min Z como valor de Campo de altura y línea dura como valor de Tipo de entidad de superficie. El valor reemplazo duro también se puede utilizar, pero es más costoso desde una perspectiva de rendimiento. Siempre que no haya puntos de tierra dentro de los polígonos y los puntos de agua se excluyan durante la interpolación, el tipo línea dura es suficiente.
Trabajar con ríos
Los ríos se aplanan nivelándolos de orilla a orilla, manteniendo el flujo descendente y aplicándolos como restricciones en el dataset LAS. El proceso de interpolación utilizado para convertir el dataset LAS en un DEM ráster aplicará las restricciones. El acondicionamiento adecuado de las alturas de los ríos es más complicado que para los polígonos de altura constante.
Si no tienes información sobre la altura del agua para los polígonos, puedes obtenerla del lidar. Para ello, filtre el dataset LAS a tierra y utiliza la herramienta de geoprocesamiento Interpolar forma con sus polígonos y el parámetro Método establecido en Combinar Z más cercano. Esto asignará la altura del suelo a los vértices alrededor del perímetro de cada polígono. Es probable que haya ondulaciones indeseables. Podrían subir y bajar y no estar niveladas de un lado del río al otro. Utilice la herramienta de geoprocesamiento Exigir monotonicidad fluvial para realizar ajustes de altura, de modo que se cumplan las condiciones necesarias. Esta herramienta requiere líneas de dirección de vertido, además de los polígonos.
Las líneas de dirección de vertido son entidades 2D que se utilizan para indicar la dirección de flujo adecuada para la herramienta Exigir monotonicidad fluvial. La parte del polígono que representa el comienzo del río debe tener una línea de vertido que lo toque. Esa línea también debe estar orientada en la dirección correcta del flujo, por lo que su último vértice debe ser el que conecta con el polígono. La ubicación del polígono que representa el final del río también debe tener una línea de vertido que lo toque, orientada en la dirección correcta, con su primer punto siendo el que toca el polígono. Cada río debe tener al menos dos líneas de dirección de vertido, una que defina la entrada y otra que defina la salida. Estas líneas de dirección de vertido pueden ser largas o cortas, con muchos vértices o pocos. Deben tocar el límite del polígono del río y estar orientadas correctamente. Utilice el editor de entidades para asegurarse de que tocan mediante el ajuste. Utilice la simbología para confirmar visualmente la dirección de la línea. Los símbolos que dibujan líneas con flechas funcionan para esto.
Una vez que tenga la altura del suelo alrededor de los polígonos del río y las líneas de dirección de vertido, utilice la herramienta Exigir monotonicidad fluvial para ajustar la altura y asegurarse de que el río fluye cuesta abajo mientras está nivelado de orilla a orilla a través del río. El río puede ser plano a lo largo de algunos tramos, pero nunca se permite que suba. El resultado de esta herramienta es una colección de polilíneas en 3D. La herramienta no genera polígonos porque es más eficiente aplicar una colección de líneas de tamaño y extensión limitados en la superficie que polígonos grandes que pueden tener una gran extensión con muchos vértices.
El resultado de la herramienta Exigir monotonicidad fluvial se agrega al dataset LAS utilizando la herramienta de geoprocesamiento Agregar archivos al dataset LAS como restricciones de superficie utilizando el atributo Shape.Z como valor de Campo de altura y línea dura para valor de Tipo de entidad de superficie. Para que estas restricciones funcionen correctamente al construir un DEM o un modelo digital del terreno (DTM), asegúrese de que no haya puntos de tierra dentro de las zonas fluviales y excluya los puntos de agua durante la interpolación.
Trabajar con redes fluviales
Las redes fluviales se manejan de manera similar a los ríos. La principal diferencia es que, para las redes fluviales, un conjunto de ríos conectados se modela utilizando un único polígono.
Cada ubicación principal de entrada del flujo y salida del flujo debe representarse mediante líneas de dirección del flujo. Por ejemplo, en el caso de múltiples afluentes que desembocan en un río más grande, habrá una línea de entrada del flujo en la parte superior de cada afluente y una sola línea de salida del flujo en la parte inferior del río más grande al que están conectados.
Al igual que con los ríos, el resultado de la herramienta Exigir monotonicidad fluvial se agrega al dataset LAS utilizando la herramienta Agregar archivos al dataset LAS como restricciones de superficie utilizando el atributo Shape.Z como valor de Campo de altura y línea dura para valor de Tipo de entidad de superficie.
Transición de la línea de costa
Algunos puntos terrestres lidar pueden coincidir prácticamente con los límites de los polígonos de agua. Esto puede dar lugar a discontinuidades bruscas e indeseables en la interfaz tierra-agua. Para paliar esto, separe los polígonos de agua una distancia corta (por ejemplo, 0,3 metros) y utilice los polígonos separados para reclasificar los puntos terrestres a la clase 20, que es tierra ignorada por los estándares de clasificación LAS. Excluirlos al interpolar un DEM ráster dará como resultado una transición más suave del suelo al agua.
Para reclasificar el punto de tierra cercano a la línea de costa, filtre los puntos a tierra y utilice la herramienta de geoprocesamiento Establecer códigos de clase LAS utilizando entidades para reclasificar los puntos de tierra a tierra ignorada, clase 20.
Crear el DEM
Puede crear el DEM una vez que se hayan realizado las siguientes acciones:
- Se han clasificado los puntos terrestres y acuáticos.
- Se han estimado y condicionado las alturas de los polígonos acuáticos.
- Se han agregado polígonos acuáticos como restricciones de línea dura al dataset LAS.
Utilice las propiedades de capa del dataset LAS para filtrar puntos hasta el suelo y habilitar restricciones de superficie. A continuación, ejecute la herramienta De dataset LAS a ráster con un tamaño de celda adecuado para los datos y la aplicación. Utilice la opción Triangulación para el valor Tipo de interpolación, no la opción Agrupación en bins, para la producción de DEM. La opción Vecinos naturales para el valor Método de interpolación es más suave que la opción Lineal, pero tardará más en calcularse. Si utiliza la opción Vecinos naturales, necesitará una restricción de recorte si el límite de datos no es convexo; de lo contrario, el tiempo de ejecución de la herramienta puede ser prolongado.
Recursos
Para obtener más información, consulte los recursos siguientes:
- Blog de ArcGIS: Hidroaplanamiento de las costas fluviales en la producción de DEM basados en lidar
- USGS: El modelo topográfico nacional en 3D. Llamada a la acción. Parte 1. El programa de hidrografía en 3D
- USGS: NHDPlus de alta resolución
- USGS: Especificación de base lidar
- USGS: Modelos digitales de elevación, hidroaplanamiento e hidroaplicación