Гидровыравнивание - это процесс выравнивания водных объектов в моделях рельефа. Это предполагает соблюдение постоянной высоты для озер и водохранилищ, реки выравниваются между берегов, но в то же время имеют уклон вниз по склону. Гидровыравнивание выполняется как для аналитических, так и для картографических целей. Это может улучшить моделирование течения и гарантирует, что водоемы на склонах холмов выглядят плоскими, контуры не пересекаются посередине озер или только пересекают реки, почти перпендикулярно направлению течения.
Несмотря на то, что можно выполнить гидровыравнивание существующей цифровой модели рельефа (ЦМР) после ее создания, как правило, это лучше делать при интерполяции ЦМР из исходных векторных данных. Это объясняется тем, что так немного легче контролировать переходную зону между землей и водой, избегая резких перепадов. Рабочий процесс, описанный ниже, выполняет выравнивание как часть создания ЦМР с использованием набора данных LAS.
Предварительные условия
Для создания ЦМР с гидровыравниванием вам понадобятся данные лидара с воздуха и береговые линии озер, водохранилищ и рек, представленные в виде полигонов. Как правило, обрабатываются озера и водохранилища площадью более 0,8 га, а также реки средней шириной 30 метров и более. Объекты меньшего размера обычно пропускаются. Отдельные реки моделируются отдельными полигонами. Речные сети также могут быть представлены с помощью отдельных полигонов, хотя и более сложных по форме. Для рек вам также понадобятся линии направления стока, которые используются для обозначения основных мест притока и оттока воды. Возможно, эти линии уже есть в существующих данных потоков (см. раздел Ресурсы ниже). Если нет, их можно сделать вручную.
Создание набора данных LAS с классифицированными данными земли и воды
Для начала создайте набор данных LAS по данным воздушного лидара. Если данные лидара еще не классифицированы как наземные, вы можете воспользоваться инструментом Классифицировать поверхность LAS.
Точки на воде также должны быть классифицированы. Если классификация данных лидара уже включает воду, правильным источником водных полигонов, необходимых для последующего рабочего процесса, будет тот, который используется в процессе классификации воды. Просмотрите данные о линиях перегиба, связанные с проектом данных лидара, для этих полигонов. Если точки воды не классифицированы, найдите полигоны воды из надежного источника и используйте их с инструментом геообработки Задать коды класса LAS с помощью объектов, с точками, отфильтрованными для земли, чтобы присвоить точкам класса 2 внутри полигонов класс 9 для воды. Одним из возможных источников информации о водных полигонах в США является NHDPlus. Полигоны также могут быть собраны вручную с из ортоизображений.
Работа с озерами и водохранилищами
Озера и водохранилища выравниваются путем применения полигонов постоянной высоты в качестве ограничений в наборе данных LAS. Процесс интерполяции, используемый для конвертации набора данных LAS в растровую ЦМР, обеспечит соблюдение ограничений.
Если у вас нет информации о высоте воды для полигонов, вы можете получить ее из данных лидара. Чтобы сделать это, отфильтруйте набор данных LAS по точкам земли и используйте инструмент геообработки Интерполировать форму с вашими полигонами, а для параметра Метод установите значение Объединить ближайшие Z. Это позволит присвоить высоту земли вершинам по периметру каждого полигона. Результат, скорее всего, будет колебаться вверх и вниз по всей длине. Поверхность не будет идеально ровной. Все, что вам нужно сделать, это найти минимальную высоту земли вокруг полигона и использовать ее в качестве высоты береговой линии. Используйте инструмент геообработки Добавить информацию Z, чтобы добавить наименьшее значение z для каждого полигона в качестве атрибута. Затем вы можете использовать инструмент геообработки Копировать объекты, с отключенным z-значением в параметрах среды инструмента, чтобы удалить z-значения из вершин, сохранив атрибут Min Z.
Как только у вас появятся полигоны водных объектов с указанием высоты, добавьте их в набор данных LAS с помощью инструмента геообработки Добавить файлы в набор данных LAS в качестве ограничений поверхности, используя атрибут Min Z в качестве значения Поле высоты и hardline в качестве значения Тип объекта поверхности. Также можно использовать значение hardreplace, но это более затратно с точки зрения производительности. До тех пор, пока внутри полигонов нет наземных точек, а водные точки исключаются при интерполяции, достаточно использовать тип hardline.
Работа с реками
Для выравнивания рек их необходимо сделать ровными от берега к берегу, сохраняя при этом нисходящий поток и применяя их в качестве ограничений в наборе данных LAS. Процесс интерполяции, используемый для конвертации набора данных LAS в растровую ЦМР, обеспечит соблюдение ограничений. Правильное определение высот рек является более сложной задачей, чем для полигонов постоянной высоты.
Если у вас нет информации о высоте воды для полигонов, вы можете получить ее из данных лидара. Чтобы сделать это, отфильтруйте набор данных LAS по точкам земли и используйте инструмент геообработки Интерполировать форму с вашими полигонами, а для параметра Метод установите значение Объединить ближайшие Z. Это позволит присвоить высоту земли вершинам по периметру каждого полигона. Вероятно, возникнут нежелательные колебания. Они могут подниматься и опускаться, а не быть выровненными от одного берега реки до другого. Используйте инструмент геообработки Учитывать монотонность реки для корректировки высот, чтобы выполнялись необходимые условия. Для этого инструмента в дополнение к полигонам требуются линии направления стока.
Линии направления стока - это 2D-объекты, используемые для указания правильного направления потока в инструменте Учитывать монотонность реки. Часть полигона, представляющая начало реки, должна иметь касающуюся ее линию направления стока. Эта линия также должна быть ориентирована в правильном направлении потока, поэтому ее последняя вершина должна быть той, которая соединяется с полигоном. Местоположение полигона, представляющего собой конец реки, также должно иметь касающуюся его линию направления стока, ориентированную в нужном направлении, причем ее первая точка должна касаться полигона. Каждая река должна иметь по крайней мере две линии направления стока, одна из которых определяет приток, а другая - отток. Эти линии направления стока могут быть длинными или короткими, с большим или малым количеством вершин. Они должны касаться границы речного полигона и быть правильно ориентированы. Используйте редактор объектов, чтобы гарантировать, что они соприкасаются с помощью замыкания. Используйте символы для визуального подтверждения направления линии. Для этого подходят символы линий со стрелками.
После того как вы определите высоту земли вокруг речных полигонов и линии направления стока, используйте инструмент Учитывать монотонность реки для регулировки высоты, чтобы река текла под уклон, оставаясь ровной от берега к берегу. На некоторых участках река может быть плоской, но она не должна подниматься вниз по течению. Результатом работы этого инструмента является набор 3D полилиний. Инструмент не выводит полигоны, поскольку более эффективно применять к поверхности набор линий ограниченного размера и экстента, чем большие полигоны, которые могут иметь большой экстент с многочисленными вершинами.
Выходные данные из инструмента Учитывать монотонность реки добавляются к набору данных LAS с помощью инструмента геообработки Добавить файлы в набор данных LAS в качестве ограничений поверхности, используя атрибут Shape.Z в качестве значения Поля высоты и hardline в качестве значения Тип объекта поверхности. Чтобы эти ограничения работали должным образом при построении ЦМР или цифровой модели поверхности (ЦМП), убедитесь, что в реках нет наземных точек, и исключите точки воды во время интерполяции.
Работа с речными сетями
Речные сети обрабатываются аналогично рекам. Основное отличие заключается в том, что для речных сетей совокупность соединенных рек моделируется с использованием одного полигона.
Каждое первичное местоположение притока и оттока должно быть представлено линиями направления стока. Например, в случае нескольких притоков, впадающих в более крупную реку, в верхней части каждого притока будет по одной линии притока и одна линия оттока в нижней части более крупной реки, с которой они соединяются.
Так же, как с реками, выходные данные из инструмента Учитывать монотонность реки добавляются к набору данных LAS с помощью инструмента Добавить файлы в набор данных LAS в качестве ограничений поверхности, используя атрибут Shape.Z в качестве значения Поля высоты и hardline в качестве значения Тип объекта поверхности.
Переход береговой линии
Некоторые наземные точки, полученные с помощью лидара, могут почти совпадать с границами водного полигона. Это может привести к нежелательным резким перепадам на границе раздела суши и воды. Чтобы смягчить их, постройте буфер вокруг полигонов воды на небольшом расстоянии (например, 0,3 метра) и используйте буферизованные полигоны для переклассификации наземных точек в класс 20, который игнорируется стандартами классификации LAS. Исключение их при интерполяции растровой ЦМР приведет к более плавному переходу от земли к воде.
Чтобы переклассифицировать наземную точку, расположенную вблизи береговой линии, отфильтруйте наземные точки и с помощью инструмента геообработки Задать коды класса LAS с помощью объектов переклассифицируйте наземные точки в игнорируемые наземные точки, класс 20.
Создание ЦМР
Вы можете создать ЦМР, если сделано следующее:
- Наземные и водные точки были классифицированы.
- Водные полигоны имеют расчетные и условные высоты.
- Водные полигоны были добавлены в качестве жестких линейных ограничений в набор данных LAS.
Используйте свойства слоя набора данных LAS для фильтрации наземных точек и включения ограничений поверхности. Затем запустите инструмент Набор данных LAS в растр с размером ячейки, подходящим для данных и приложения. Для создания ЦМР используйте опцию Триангуляция для значения Тип интерполяции, а не опцию Биннинг. Опция Естественная окрестность для значения Метод интерполяции создает более плавные переходы, чем опция Линейный, но для вычисления потребуется больше времени. Если вы используете опцию Естественная окрестность, вам потребуется ограничение на обрезку, если граница данных не является выпуклой; в противном случае время работы инструмента может быть длительным.
Ресурсы
Для получения более подробной информации обратитесь к следующим ресурсам:
- Блог ArcGIS: Hydro-Flattening of River Shorelines in Lidar Based DEM Production
- USGS: The 3D National Topography Model Call for Action—Part 1. Программа The 3D Hydrography
- USGS: NHDPlus High Resolution
- USGS: Lidar base specification
- USGS: Digital Elevation Models, Hydro-Flattening, and Hydro-Enforcement