Hydro-Abflachung bei der Erstellung eines DEM in Global Mapper
Die Methode des Hydro-Flattening hilft, Probleme bei der Erstellung von Höhenrastern zu lösen, die oft dadurch entstehen, dass Wasser flüssig ist und sich ständig bewegt und seine Form und Textur verändert.
Aufgrund dieser ständigen Bewegung sind viele 3D-Datenerfassungsmethoden nicht in der Lage, geeignete Daten zur Darstellung von Wasserflächen oder Flussläufen zu erzeugen. Beim Nachdenken über dieses spezielle Problem der Datenerfassung und -erstellung stellen sich häufig Fragen:
- Soll das Wasser diese unregelmäßige Textur in den erzeugten Daten aufweisen?
- Reichen meine üblichen Datenerfassungsmethoden aus?
- Wie kann ich die Fläche eines Sees oder Teiches mit einem einheitlichen und gleichmäßigen Wasserstand darstellen?
- Gibt das Gelände das Gefälle eines Baches korrekt wieder?
Glücklicherweise bietet Global Mapper wertvolle Funktionen und Methoden zur Datenerstellung und -bearbeitung, die dazu beitragen können, Wasser und andere Merkmale im resultierenden Oberflächenmodell besser darzustellen.
Reicht eine Punktwolke aus?
Eine gängige Form von 3D-Rohdaten sind Punktwolkendaten, die mit der Datenerfassung beginnen. Während diese Art von Daten aktiv mit einem Lidar-Sensor erfasst oder aus passiv erfassten Bildern generiert werden kann, ist das Endergebnis bei Gewässern das gleiche. Wenn die Daten einen Teil des Wassers abdecken, gibt es wahrscheinlich Löcher, Bereiche ohne Daten oder verrauschte Ergebnisse über dem Gewässerbereich.
Anhand einer Querschnittsansicht der Wasserfläche in einer Punktwolke wird die Höhenvarianz deutlich. Dies wird letztendlich zu einer rauen Geländeoberfläche in diesem Bereich führen.
Welche Elemente können Wasser besser darstellen?
Um eine flache, ebene Fläche oder ein geneigtes Element im Falle eines Baches oder Flusses bestmöglich darzustellen, können 3D-Vektorelemnte geladen und bei der Erstellung von Geländemodellen zur Hydroglättung lokaler Bereiche verwendet werden.
Diese Flächen- und Linienelemente werden nicht in einer Punktwolke erfasst, können aber in Global Mapper leicht erstellt werden. Im besten Fall verfügen öffentliche GIS-Datenbestände wie z. B. Daten der Landesvermessung bereits über Daten, die die von Ihnen benötigten Merkmale repräsentieren, aber Sie können diese Merkmale auch mit den Zeichenwerkzeugen in Global Mapper digitalisieren.
In Global Mapper erstellte Vektor-Elemente sind standardmäßig zweidimensional und müssen mit einem Höhen- oder Z-Wert versehen werden. Bei Flächen und Linien kann dem gesamten Feature mit einem Attribut im Dialogfeld Element-Info ändern oder im Attribut-Editor eine Höhe hinzugefügt werden.
Durch das Hinzufügen eines Höhenattributs zu einem einzelnen Elemente wird dieses zu einem 3D-Element mit einer gleichmäßigen Höhe. Global Mapper erkennt automatisch Höhenattribute mit Namen wie Elevation, Elev, Height und Z.
Wenn ein Bach oder ein anderes Element ein Gefälle oder eine unterschiedliche Höhe haben soll, kann dies durch die Verwendung von Höhenangaben pro Knotenpunkt erreicht werden. Wenn Sie die Knotenpunktliste anzeigen, können Sie die Höhe für jeden Knotenpunkt entlang des Elements hinzufügen oder ändern. Zu den weiteren relevanten Optionen für die Knotenpunktbearbeitung gehören die Optionen Ausgewählte 3D-Linien zum Abwärtsfließen zwingen und Höhen an eine einzige Neigung anpassen.
Die Knotenpunkte eines Elements können jeweils eine Höhe enthalten, wodurch dieses Element zu einem 3D-Element mit unterschiedlichen Höhen entlang der Linie wird.
Erstellen einer Geländeoberfläche mit Hydro-Flattening
Mit einer Punktwolke, die das Gelände beschreibt, und 3D-Vektor-Elementen, die das Wasser darstellen, können diese Ebenen zu einem einzigen Geländeraster kombiniert werden. Das Werkzeug Höhenraster erstellen in Global Mapper enthält eine Checkbox zur Verwendung von 3D-Flächen-/Linienelementen als Bruchlinien bei der Erstellung der Oberflächenebene. Dies wird gemeinhin als Hydro-Flattening bezeichnet.
Sehen wir uns zunächst ein Raster an, das nur aus den Punktwolkendaten erstellt wurde. Dieses Raster wurde mit einer Binning-Methode erstellt, um die Punktwolke zu glätten, und berücksichtigt alle Punkte außerhalb und innerhalb der ausgewiesenen Seegrenze. Das Ergebnis zeigt, dass der Bereich des Sees zwar erkennbar ist, aber nicht auf eine einheitliche Höhe abgeflacht wurde und dass die Oberfläche des Sees etwas verrauscht ist, was durch Hydro-Flattening entfernt werden kann.
Global Mapper kann zwar über die Lücken in den Daten interpolieren, um eine gerasterte Ebene ohne Löcher zu erstellen, aber der Grad des Rauschens in der Punktwolke über dem Seegebiet führt zu groben Abschnitten im erzeugten Raster.
Bei einem zweiten Blick auf die Gittererstellung für diesen Bereich wird ein 3D-Flächenelement, das den See beschreibt, zusammen mit den Punktwolkendaten verwendet. Unter Verwendung dieser beiden Datenebenen und Aktivierung der Option 3D-Flächen-/Linienelemente als Bruchlinien verwenden kann die Seeoberfläche auf eine bestimmte Höhe abgeflacht werden. Die Einstellung unter der Checkbox für die Verwendung von Bruchkanten bestimmt, wie die abgeflachte Fläche mit der umgebenden, aus der Punktwolke abgeleiteten Oberfläche verschmilzt.
Die Checkbox 3D-Flächen-/Linien-Elemente als Bruchlinien verwenden ermöglicht das Hydroflattening durch Einbeziehung geladener 3D-Elemente in die Erstellung der gerasterten Oberfläche.
Beim Vergleich der beiden Oberflächen ist der Hydro-Flattening-Effekt deutlich zu erkennen. Die Oberfläche, die unter Verwendung des 3D-Seegebiets als Bruchlinie erzeugt wurde, glättet das Gebiet des Sees auf eine gleichmäßige Höhe.
Ähnlich wie bei der Verwendung eines Flächenelementes als Bruchlinie kann die gleiche Hydroabflachung oder Glättung auf eine 3D-Linie angewendet werden. In diesem Fall wurde eine Linie, die eine Fahrbahn darstellt, in den Arbeitsbereich geladen, und diese Linie enthält Erhebungen pro Knotenpunkt, wodurch sie eine genaue 3D-Darstellung der Straße ist. Es handelt sich zwar nicht um eine Abflachung im wörtlichen Sinne, aber durch die Verwendung dieses Elements als Bruchlinie mit denselben Punktwolkendaten wird die Fahrbahn geglättet und auf die durch das Linienelement beschriebene Höhe abgeflacht. Dies führt zu einer besseren Darstellung der Straße in dem generierten Geländeraster.
Die Straße ist abgeflacht und durch die Verwendung einer 3D-Linie bei der Erstellung der Oberfläche deutlich in das Gelände eingeschnitten.
Diese Querschnittsansicht zeigt die abgeflachte Fahrbahn und den See in der endgültigen Geländeoberfläche.
Warum Bruchkanten verwenden?
Die Verwendung von Flächen oder Linien als Bruchkanten bei der Erstellung von Höhenrastern wird gemeinhin als Hydro-Flattening bezeichnet, wird aber nicht ausschließlich für Wasserelemente verwendet. Wie im obigen Beispiel der Straße können Bruchkanten verwendet werden, um ein beliebiges beschriebenes Element in einem in Global Mapper erstellten Höhenmodell zu glätten oder zu schneiden. Die Verwendung von Bruchkanten oder Hydroflattening für diskrete Elemente in den Daten führt zu einer genaueren Oberfläche, die anschließend für Strömungsanalysen, Volumenmessungen oder eine Vielzahl anderer Zwecke verwendet werden kann.