Из облака точек в DEM: как файл LAS/LAZ становится поверхностью
Облако точек — это миллионы отдельных измерений; DEM — одна отметка на ячейку сетки. Преобразование одного в другое — лидар в DEM, LAS в DEM — тот шаг, который превращает скан в нечто, по чему можно строить горизонтали, резать профили и считать объёмы. Запустить преобразование просто, а незаметно ошибиться легко, потому что внутри него спрятаны три решения: какие точки учитываются, какого размера ячейка и что происходит там, где точек нет. В этом руководстве разобрано каждое.
Какие точки: DTM и DSM — разные растры
Одно и то же облако даёт две разные поверхности. Возьмите только точки, классифицированные как земля, — получите модель «голой земли», DTM. Возьмите все точки — получите модель поверхности, DSM, которая проходит поверх растительности, зданий и техники.
Ни одна из них не является «правильной»: они отвечают на разные вопросы. Земляным работам, водоотводу и горизонталям нужна земля. Штабели, сооружения и прямая видимость измеряются по той поверхности, которая есть на самом деле.
| Результат | Используемые точки | Значение, сохраняемое в ячейке | Для чего |
|---|---|---|---|
| DEM «голой земли» (DTM) | Точки класса «земля» (класс 2) | Наименьшая отметка | Выемка и насыпь, планировка, водоотвод, горизонтали |
| Модель поверхности (DSM) | Все точки | Наибольшая отметка | Штабели, сооружения, прямая видимость, основа для ортофотоплана |
Классификация земли идёт до преобразования
DEM «голой земли» не может быть лучше, чем классификация земли в файле. В формате LAS каждая точка несёт код класса, и класс 2 означает землю. Если облако никогда не классифицировали, выбирать точки земли не из чего, и так называемая DTM, построенная по нему, — это DSM под другим названием.
Проверьте файл перед преобразованием: сколько в нём точек, есть ли точки класса «земля» и несёт ли он цвет. Облако прямо из фотограмметрической обработки часто не классифицировано; материалы воздушного лазерного сканирования обычно поставляются классифицированными.
Размер ячейки следует из плотности точек
Размер ячейки DEM должен соответствовать тому, что облако способно обеспечить. При четырёх точках на квадратный метр в ячейку 0,5 м попадает примерно одна точка; запросите 0,1 м — и большинство ячеек окажутся пустыми, их придётся заполнять по соседним. Растр вырастет в двадцать пять раз, а детальности не прибавится.
Надёжная отправная точка — среднее расстояние между точками: единица, делённая на квадратный корень из плотности. Берите крупнее, когда земля ровная и важен размер файла; мельче — только когда плотность действительно есть.
Ячейки без точек
Пустые ячейки — норма: вода почти не возвращает сигнал топографического лазера, под зданием нет точек земли, а густой полог пропускает мало импульсов. Конвертер либо оставляет такие ячейки как NoData, либо заполняет их интерполяцией по окружающим точкам.
Заполненные ячейки выглядят как данные, но ими не являются. Озеро, заполненное от берегов, — догадка, как и земля под складом. Знайте, что делает ваш инструмент, и считайте крупные заполненные участки неизмеренными, когда от них зависит объём.
Проверки результата
Постройте отмывку DEM и посмотрите на неё. Полосы вдоль маршрутов полёта говорят о несведённом маршруте; ямы и пики — о сохранившихся шумовых точках; ступенчатый вид означает, что ячейка мельче данных. Затем сравните поверхность с несколькими съёмочными контрольными точками и до любых измерений подтвердите плановую и высотную систему координат: DEM в эллипсоидальных высотах, прочитанная как высоты над уровнем моря, ошибочна всюду на величину высоты геоида.
Облако точек в DEM в STREAM
STREAM открывает LAS и LAZ напрямую и читает файл до преобразования: число точек, классификацию, цвет и охват. Затем он предлагает три результата в виде флажков: DEM «голой земли» по точкам класса «земля», с наименьшей отметкой в ячейке; модель поверхности по всем точкам, с наибольшей; и ортофотоплан по цвету самой верхней точки. Если в облаке нет точек класса «земля», вариант «голой земли» отключается и сообщает почему.
Размер ячейки заранее заполняется по плотности точек облака, а размер результата показывается в пикселях; задайте его мельче плотности — и STREAM сообщит, что детальности это не добавит. Облако читается порциями, а не загружается целиком, поэтому размер файла не является пределом, а результат открывается как тайловый рельеф, на котором работают все инструменты — объёмы, поперечные профили, горизонтали, уклон, гидрология. Полученная DEM экспортируется в GeoTIFF.
STREAM не классифицирует и не редактирует точки. Облако, которому нужна классификация земли, должно быть классифицировано до импорта.
Частые вопросы
Как преобразовать лидарное облако точек в DEM?
Выберите точки — точки класса «земля» для DEM «голой земли», все точки для модели поверхности, — задайте размер ячейки, соответствующий плотности точек, и растеризуйте: каждая ячейка получает одну отметку из попавших в неё точек. Затем проверьте результат по известным точкам и подтвердите его систему координат.
Какой размер ячейки должен быть у DEM из облака точек?
Примерно равный среднему расстоянию между точками, то есть единице, делённой на квадратный корень из плотности: около 0,5 м при четырёх точках на квадратный метр. При более мелкой ячейке большинство ячеек пусты и заполняются по соседним — файл растёт, а детальности не прибавляется.
Можно ли построить DTM по неклассифицированному облаку точек?
Настоящую — нет. Модель «голой земли» строится по точкам класса «земля»; без классификации выбирать нечего, и в результат попадут растительность и сооружения. Сначала классифицируйте облако или постройте модель поверхности по всем точкам.
Чем DEM по лидару отличается от DEM по фотограмметрии?
Обе получаются растеризацией облака точек. Импульсы лидара достигают земли через просветы в растительности, поэтому лидарное облако с классифицированной землёй даёт модель «голой земли» под пологом; фотограмметрическое облако видит только то, что видела камера, и даёт верхнюю поверхность.
Может ли STREAM преобразовать LAS или LAZ в DEM?
Да. Он открывает LAS и LAZ, строит DEM «голой земли» по точкам класса «земля», модель поверхности по всем точкам или обе за один импорт, с размером ячейки, предложенным по плотности точек, и экспортирует результат в GeoTIFF. Точки он не классифицирует.
Почему в моей DEM есть дыры или плоские пятна?
Ячейки без точек — вода, земля под зданиями, густой полог — либо остаются NoData, либо заполняются интерполяцией. Плоские или смазанные пятна — это заполненные ячейки; считайте их неизмеренными, когда от них зависит объём.
Источники
Превратите облако точек LAS или LAZ в DEM в STREAM
Нативное Windows-приложение · полностью офлайн · бесплатная бета