Phương pháp tạo mạng lưới thoát nước chính xác (và lưu vực) từ LiDAR DEM độ phân giải cao?


28

Đây không phải là lần đầu tiên tôi vấp phải vấn đề này; có vẻ như tôi không thể tạo ra một mô hình mạng thoát nước chính xác và kết quả thu được từ dữ liệu LiDAR có độ phân giải đầy đủ (1 ô).

Khi tôi khái quát bộ dữ liệu LiDAR, chuyển đổi nó thành một DEM số nguyên và điền vào các số chìm, tất cả đều tốt và tôi có thể dễ dàng tạo ra những gì có vẻ là một mô hình rất khái quát. Tuy nhiên, tôi muốn sản xuất một mô hình trang web chi tiết cho bản đồ tỷ lệ lớn và đây là lúc tôi gặp vấn đề.

Tôi nên chỉ ra rằng hầu hết các vấn đề xảy ra trong các khu vực phẳng hơn.

Tôi muốn mạng lưới thoát nước theo chính xác địa hình nhưng khi tôi sử dụng tạo mạng thoát nước từ đầu vào DEM nguyên thì các luồng kết quả rất chung chung và thường bị "ngắt kết nối" ở những khu vực không nên có. Các dòng suối thậm chí không theo sát các rặng núi tự nhiên trong địa hình. Ngoài ra còn có rất nhiều phân khúc "mồ côi" hoặc "không đi đến đâu". Khi tôi sử dụng đầu vào DEM điểm nổi , mạng thoát nước kết quả là chi tiết và chính xác nhưng rất ngắt kết nối, phân cụm và "xả rác" với các luồng mồ côi.

Tôi nghi ngờ vấn đề của tôi nằm ở đâu đó trong việc chuẩn bị dữ liệu; số nguyên so với đầu vào DEM raster dấu phẩy động, điền chìm chính xác, v.v ... Hoặc có thể là tôi phải xử lý dữ liệu bề mặt bằng cách nào đó để tạo DEM đầu vào "chính xác về mặt thủy văn"?

Ai đó có thể mô tả phương pháp chính xác để tạo mạng lưới thoát nước liên tục và lưu vực bằng LiDAR độ phân giải cao không?

Vì thế, tôi có nhiều thành công hơn với việc tạo mô hình từ đầu vào DEM nguyên. Điều này tuy nhiên không lý tưởng cho phân tích quy mô lớn chi tiết:

Hình ảnh đính kèm đầu tiên là một mô hình được tạo ra từ đầu vào DEM nguyên. Một số khu vực vấn đề rõ ràng được khoanh tròn. Xin lưu ý rằng thực sự có một luồng trong kênh dường như là kênh thoát nước chính. Tôi đã thêm một phiên bản rất khái quát của luồng. nhập mô tả hình ảnh ở đây

EDIT: Như tôi đã đề cập, tôi có nhiều thành công hơn với việc tạo mô hình từ đầu vào DEM nguyên. Các ảnh chụp màn hình sau đây minh họa tại sao lại như vậy. Mặc dù đầu vào DEM nguyên có nhiều vấn đề như có thể thấy ở trên, nó vẫn tạo ra một mạng lưới thoát nước ít bị ngắt kết nối mặc dù không tuân thủ các đặc điểm địa hình. Như bạn có thể thấy trên hình ảnh ngay bên dưới bằng cách sử dụng đầu vào DEM dấu phẩy động tạo ra một mạng rất ngắt kết nối và cụm đầy đủ các phân đoạn mồ côi nhỏ.

Raster tích lũy dòng chảy được sản xuất từ ​​một DEM điểm nổi nhập mô tả hình ảnh ở đây

Luồng tích lũy lưu lượng được tạo ra từ một DEM nguyên nhập mô tả hình ảnh ở đây

Theo như tôi có thể khấu trừ, cả hai phương pháp đều mang lại kết quả khác nhau đáng kể, cả hai phương pháp đều không sử dụng được cho một mô hình chi tiết.

EDIT: Tôi xin lỗi vì đã làm cho bài đăng này ngày càng dài hơn (có lẽ tôi không thể hiện rõ ràng bằng tiếng Anh) Để minh họa thêm vấn đề với việc sử dụng DEM dấu phẩy động cho đầu vào Tôi đang đính kèm kết quả đầu ra Stream Link cũng như các lưu vực kết quả. Những gì tôi đang mong đợi là một Mạng Stream liên tục và toàn bộ khu vực được bao phủ trong các lưu vực mà tất cả đều chảy vào nhau.

Liên kết luồng được tạo từ DEM đầu vào dấu phẩy động: nhập mô tả hình ảnh ở đây

Lưu vực đầu nguồn được sản xuất từ ​​đầu vào điểm nổi DEM: nhập mô tả hình ảnh ở đây

Dưới đây là một ví dụ (khu vực gần đó, cùng dữ liệu) trong đó toàn bộ hướng dòng chảy của lưu vực bị thay đổi do sử dụng đầu vào DEM nguyên: Mũi tên đỏ là hướng dòng chảy của mô hình và mũi tên màu xanh biểu thị hướng của luồng thực tế . (đường màu xanh - luồng thực tế, mạng màu đỏ là mạng luồng có nguồn gốc LiDAR theo thứ tự Strahler) nhập mô tả hình ảnh ở đây

Liên kết đến dữ liệu: https://www.yousendit.com/doad/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (Sẽ hết hạn vào ngày 13 tháng 5 năm 2011)



Trường hợp đồi núi đến từ đâu? Các kết quả tích lũy dòng chảy (màu đen) dường như không bắt nguồn từ độ cao của ngọn đồi. Có lẽ bạn có thể chỉ cho chúng tôi bản đồ tương tự nhưng với biểu hiện được che chắn bằng lưới được sử dụng để thu được các giá trị tích lũy dòng chảy.
whuber

Đúng. Đáng lẽ tôi phải đề cập điều đó. Các ngọn đồi có nguồn gốc từ cùng một lưới. (Và mạng luồng đen là thứ tự Luồng (Strahler) có nguồn gốc từ raster Stream Link) Mọi thứ trên bản đồ này ngoại trừ vị trí của luồng (màu xanh) được tạo từ cùng một lưới.
Jakub Sisak GeoGraphics

2
Lời khuyên của tôi cho việc thu hẹp các vấn đề phức tạp là sử dụng một trường hợp thử nghiệm đơn giản. Trích một đoạn nhỏ từ nguồn raster thô của bạn và thử các bước theo cách bạn muốn (ví dụ: giữ nguyên trạng thái nổi). Chắc chắn lấp đầy bồn rửa, luôn luôn. Kiểm tra cẩn thận đầu ra của từng bước để đảm bảo nó "có vẻ đúng".
Mike T

2
Jakub tôi nhận được cùng một vấn đề chính xác. Bạn không cô đơn! Câu trả lời tôi đã được đưa ra trước đây là không sử dụng dữ liệu LiDAR để tạo mạng lưới thoát nước ...
Jacques Tardie

Câu trả lời:


11

Bạn đã cân nhắc sử dụng phân tích GRASS GIS chưa? Tôi có kinh nghiệm rằng các thuật toán GRASS có độ chính xác rất cao trong phân tích thủy văn. Ví dụ, tôi muốn tạo một cái gì đó như mạng thoát nước trên DTM với độ phân giải 5x5m. Tôi đã so sánh các công cụ từ ArcMap (bao gồm Công cụ ArcHydro) và bạn có thể xem kết quả trên ảnh đầu tiên (dòng màu đỏ). Sau đó, tôi đã thử sử dụng chức năng GRASS GIS 'r.stream.extract' và tôi đã có kết quả hiển thị trên hình 2 (đường màu đỏ). Cả hai đường thoát nước được tạo ra với diện tích 3 ha.

Nó thực sự khác biệt, và nó có độ chắc chắn khá cao trong việc kết hợp với các luồng thực (hình 3, các luồng thực có màu xanh). Và GRASS GIS có nhiều công cụ thủy văn, tức là để tạo ra diện tích lưu vực.

Đường thoát nước bằng ArcMap] Đường thoát nước sử dụng GRASS GIS Sự kết hợp giữa các đường thoát nước GRASS GIS và các luồng thực


1
Rất thú vị! Bạn có thể tạo ra lỗi tương tự mà tôi đang thấy bằng các công cụ ESRI. Điều này khiến tôi tin rằng thuật toán ESRI đơn giản là không có khả năng xử lý dữ liệu độ phân giải cao. Điều này khá nhiều câu trả lời câu hỏi. Cảm ơn cho hình ảnh - tuyệt vời! Tôi không có kinh nghiệm sử dụng các công cụ GRASS để phân tích lưu vực / thoát nước. Tôi sẽ đánh giá rất cao nếu bạn có thể chỉ cho tôi một hướng dẫn "cách làm" cơ bản.
Jakub Sisak GeoGraphics

1
Chỉ muốn nói rằng điều này là tuyệt vời! Chạy một số thử nghiệm sơ bộ với một đồng nghiệp của tôi trên bộ dữ liệu của chúng tôi và kết quả ban đầu có vẻ rất hứa hẹn. Số lượng các tính năng và tham số và khả năng thậm chí thêm một số chạm bản đồ là tuyệt vời. Kết quả phù hợp với các luồng thực tế. Ngoài ra, việc tìm ra các thuật toán ESRI đã lỗi thời như thế nào - không thay đổi kể từ giữa những năm 80. Điều đó giải thích rất nhiều. Cảm ơn bạn!
Jakub Sisak GeoGraphics

Tôi rất vui vì tôi đã giúp bạn! Tôi thích GRASS GIS cho nhiều phân tích thủy văn và cho kết quả rất tốt mà nó mang lại. Giống như bạn đã nói, ESRI thực sự lỗi thời. Tôi thậm chí không biết nó đã lỗi thời. Nếu bạn muốn thử phân tích thủy văn nhiều hơn, hãy xem các trang này (có thể bạn đã có sẵn): grasswiki.osgeo.org/wiki/Hydrological_Scaticsgrass.osgeo.org/grass70/manuals/topic_hydrology.html .
david_p

GRASS GIS chỉ có một nhược điểm, và đó là môi trường riêng đặc biệt cho các lớp. Đó là một chút khó chịu cho những người không biết GRASS là tốt. Nhưng sau một thời gian, bạn nên sử dụng nó.
david_p

8

Liên quan đến việc tạo ra các mô hình độ cao chính xác thủy văn, còn được gọi là thoát nước được thi hành, ANUDEM , vẫn là giống tốt nhất theo hiểu biết của tôi. Đây là chương trình được sử dụng để tạo bộ dữ liệu độ cao quốc gia Canada (CDED, được lưu trữ trớ trêu dưới dạng số nguyên). Ngoài ra, công cụ TopoToRaster trong ArcGIS sử dụng Anudem dưới mui xe (một bản sửa đổi hoặc ba sau hiện tại).

USGS đã sử dụng một chương trình khác cho mô hình Hoa Kỳ, Delta3D của AverStar, nhưng khi tôi hỏi (mười năm trước), đó là một chương trình tùy chỉnh và không có sẵn trên kệ (mặc dù trong vài 100k họ sẽ điều chỉnh nó theo nhu cầu của chúng tôi ).

Tôi không biết về bất kỳ công cụ nào khác để tạo các mô hình độ cao bắt buộc thoát nước, nhưng tôi rất muốn nghe về chúng.


Tôi thực sự đã thử điều này nhưng toold bị treo rất nhiều. Tôi đã sử dụng các đường viền dẫn xuất LiDAR (tập hợp con 2K x 2K) sau đó loại bỏ các đường viền nhỏ không đáng kể để làm cho bề mặt đơn giản hơn và thử TopoToRaster nhưng nó vẫn tiếp tục chết. (Quá nhiều điểm trong lỗi đa tuyến đường viền) Tôi có nên thử độ cao điểm thay thế không?
Jakub Sisak GeoGraphics

Và nói về CDED, tôi đã có tất cả các loại vấn đề (vẫn chưa được giải quyết) với việc làm tròn số nguyên và kết quả là các vấn đề "dị thường sân thượng".
Jakub Sisak GeoGraphics

Tôi đã có thể thành công tạo ra một bề mặt "chính xác thủy văn" với công cụ TopoToRaster bằng cách sử dụng các điểm LiDAR làm đầu vào điểm (điểm). Tôi đã tạo ra 2 bề mặt với các kích thước ô đầu ra khác nhau: 2 và 4. Kết quả raster tích lũy dòng chảy bị các vấn đề tương tự. Tôi bắt đầu nghi ngờ rằng điều này không thể được thực hiện trong ArcGIS. Tôi cũng muốn chỉ ra rằng phải mất rất nhiều thời gian để chạy TopoToRaster.
Jakub Sisak GeoGraphics

5

Trở lại trường đại học, tôi đã làm việc trong một dự án đã làm điều này khá tốt. Tôi không phải là một nhà thủy văn, tôi cũng không hoàn thành dự án (tốt nghiệp), nhưng bạn có thể muốn kiểm tra điều này:

TauDEM 5.0

Từ những gì tôi nhớ lại, nó hoạt động khá tốt. Đây là một công cụ miễn phí và có thể là những gì bạn cần.

Chỉnh sửa: Sau khi đọc câu hỏi của bạn cẩn thận hơn, tôi tin rằng đây chính xác là công cụ bạn cần. Nó không có ngắt kết nối như bạn mô tả, tất cả dòng chảy tiếp tục xuôi dòng, tức là không có dòng mồ côi. Hầu hết DEM tính toán hướng dòng chảy chỉ với 8 hướng có thể, N, E, S, W và NE, SE, SW, NW. Điều này dẫn đến một dòng chảy không tự nhiên. TauDEM có một hướng có trọng số, nó có thể chảy trong 360 độ. Nó sẽ có một dòng chảy tự nhiên hơn và tôi giả sử một dòng chính xác hơn.

Ngoài ra, nếu bạn có nhiều lõi, nó sẽ sử dụng chúng. Sử dụng LiDAR độ phân giải cao, TauDEM sẽ xử lý những gì bạn cần khá nhanh chóng.


2
Tôi sẽ thứ hai này! Hướng luồng D8 sẽ mang lại kết quả không mong muốn trên dữ liệu độ phân giải cao trong đó TauDEM có hướng luồng vô cực D có sẵn. Ngoài ra, hãy ghi nhớ ý định của một mô hình dòng chảy thủy văn. Lớn hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn (độ phân giải khôn ngoan). Một DEM độ phân giải cực cao là vấn đề của bạn nhiều hơn so với mô hình. DEM có nguồn gốc từ DEM vốn có "tiếng ồn" thực sự không bao giờ được sử dụng trong mô hình dòng chảy. Tôi rất muốn giới thiệu hạ thấp DEM của bạn.
Jeffrey Evans

Kiểm tra SAGA GIS-softwar quá. Tôi muốn chỉ ra rằng đây KHÔNG phải là vấn đề DEM LIÊN QUAN vì thông tin (đó là x, y, z) luôn giống nhau trong mỗi PHƯƠNG PHÁP tích lũy dòng chảy khác nhau (đó là D8, Dinfinity, v.v.) . Xử lý song song được tìm thấy trong SAGA GIS cũng cho phép xử lý dữ liệu khai thác khá nhanh. Tôi đã sử dụng các phương pháp này để tính toán khá lớn và chúng hoạt động tốt. Vấn đề là, bạn xử lý trước dữ liệu của mình đúng cách. Tức là đốt các cấu trúc thoát nước (cống, cầu) và lấp đầy chúng và THEN thực hiện các tính toán tích lũy dòng chảy!
reima

Tau dem cũng có khả năng đa bộ xử lý
Nếu bạn không biết - chỉ cần GIS

4

Cảm ơn tất cả những đóng góp của bạn. Tôi đã kết luận rằng bề mặt LiDAR độ phân giải đầy đủ là không phù hợp cho loại phân tích này.


bài viết này, Bộ dữ liệu địa hình, 10 lý do hàng đầu để sử dụng chúng , khiến tôi nghĩ rằng bề mặt raster DEM chỉ là mô hình dữ liệu sai để sử dụng trong trường hợp của bạn. Chúng tôi đã từ chối TIN cho các mô hình độ cao của chúng tôi vì các khía cạnh tạo ra quá nhiều tạo tác trong các thí nghiệm của chúng tôi. Tuy nhiên, dữ liệu nguồn của chúng tôi là các đường viền và không phải là một trường dày đặc về độ cao tại chỗ như Lidar.
matt wilkie

4

Cụ thể cho câu hỏi về việc sử dụng số nguyên hoặc dấu phẩy động: Số nguyên là tốt nhất cho tốc độ, lưu trữ và tránh một số loại trôi do lỗi làm tròn. Tuy nhiên, khi sử dụng số nguyên, không sử dụng mét cho các giá trị Z (độ cao) của bạn! Thay đổi đơn vị dọc thành centimet hoặc milimet hoặc giữ chúng dưới dạng mét và chia tỷ lệ các giá trị (nhân với 100 hoặc 1000) có cùng hiệu ứng. Nếu không thể sử dụng dấu phẩy động.

Phân tích độ dốc và khía cạnh và các đạo hàm bậc 2 & 3 khác đặc biệt nhạy cảm với độ thô của độ cao số nguyên dựa trên mét. Nó thực sự là thực hành xấu, tuy nhiên đó cũng là thực hành tiêu chuẩn.

Xem phân tích địa hình: các nguyên tắc và ứng dụng (John Peter Wilson & John C. Gallant) trong phần cụ thể 2.7.2 Đơn vị độ cao và độ chính xác dọcĐặc tính địa mạo của mô hình độ cao số ( Jo Wood ), tìm kiếm "làm tròn số nguyên". Cả hai tài liệu này đều có trọng lượng. Lần đầu tiên tôi nhận thức được vấn đề thông qua một mô tả ngắn gọn và dễ hiểu về vấn đề này trong một tài liệu về xây dựng mô hình độ cao lục địa đầu tiên cho Úc (khoảng năm 2000), bằng cách sử dụng phần mềm ANUDEM , nhưng tôi không thể xác định được ngay bây giờ.


1
Cảm ơn Matt. Đồ tốt. Tôi sẽ thử điều này và báo cáo lại. Rất nhiều thông tin rất thú vị. Cảm ơn các nỗ lực mà bạn đưa vào đây.
Jakub Sisak GeoGraphics

1
Khi tôi nhân raster đầu vào với 1000, tôi nhận được kết quả như trước. Tôi đã thử cả số nguyên và dấu phẩy động. Kết quả raster Accumulation Flow gần như giống hệt nhau trong cả hai trường hợp. Tắt để cố gắng làm cho kỹ thuật TopoToRaster hoạt động.
Jakub Sisak GeoGraphics

3

Không biết điều này có giúp ích gì không nhưng tôi đã viết một bài đăng trên blog một lúc sau trên mạng hydro cho LEMAR DEM 1cm. Có thể có một số cốm cho bạn.

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


Cảm ơn. Có được một raster Flow Direction liên tục mà từ đó tôi có thể có được một mạng lưới thoát nước có thể sử dụng được, đặc biệt là ở các khu vực bằng phẳng dường như là vấn đề chính của tôi. Bạn có thể mô tả cách sử dụng phương pháp D8 trong ArcGIS để tạo ra một raster hướng dòng chảy không?
Jakub Sisak GeoGraphics

Chỉ để thêm vào này. Tôi nghĩ rằng thuật toán hiện tại không phải là vô hạn - như thể nó có một tham số giới hạn không cho phép nó theo dõi dòng chảy ngược nếu nó xác định rằng có thể có vấn đề về bộ nhớ.
Jakub Sisak GeoGraphics

Bạn có thể tạo raster Flow Direction trong Arcgis. Tôi có thể chạy nó cho bạn nếu bạn không có khả năng.
Thad

Xin lỗi tôi có nghĩa là tích lũy dòng chảy trong nhận xét trên, không phải hướng dòng chảy. Đây là vấn đề ban đầu như được mô tả trong câu hỏi này. Công cụ công cụ hướng dòng chảy không mang lại kết quả có thể sử dụng khi chạy trên dữ liệu mật độ dày đặc ở vùng thấp. Trong thực tế, sử dụng raster dấu phẩy động sẽ tạo ra các lỗi không thể khắc phục trong khi sử dụng raster số nguyên tổng quát hóa dữ liệu quá nhiều. Vì thế, không thể lấy được mô hình thoát nước chính xác từ dữ liệu LiDAR chỉ bằng các công cụ ArcGIS.
Jakub Sisak GeoGraphics

Tôi không hiểu mật độ của dữ liệu sẽ quan trọng như thế nào. Dữ liệu tôi sử dụng là 1 cm ^ 2. cách dày đặc hơn. Hãy để tôi tải dữ liệu của bạn, và tôi sẽ thử.
Thad

1

Chỉ cần nghĩ rằng tôi sẽ thêm một cái gì đó để suy nghĩ ở đây. Bây giờ tôi đang đặt câu hỏi liệu quá trình phân định lưu vực đầu nguồn thậm chí có hoạt động hay không. Tôi có một mô hình mà tôi đã được chỉnh sửa thủ công và tôi liên tục đi qua các khu vực chỉ sai. Tôi không nghĩ rằng tôi có thể dựa vào các mô hình do máy tính ArcGIS tạo ra ...

Ảnh chụp màn hình

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.