高解像度LiDAR DEMから正確な排水ネットワーク（および集水域）を作成する方法

この問題につまずいたのはこれが初めてではありません。正しい排水ネットワークモデルと、フル解像度（1mセル）のLiDARデータから得られる集水域を生成できないようです。

LiDARデータセットを一般化して整数DEMに変換し、シンクを埋めると、すべてが良好であり、非常に一般化されたモデルのように見えるものを簡単に作成できます。ただし、大規模な地図の詳細なサイトモデルを作成したいのですが、ここで問題が発生しています。

ほとんどの問題は、より平坦な領域で発生することを指摘しておく必要があります。

排水ネットワークを地形に正確に追従させたいのですが、使用する整数DEM入力から排水ネットワークを作成すると、結果のストリームは非常に一般的であり、あるべきではない領域で「切断」されることがよくあります。ストリームは、地形の自然の尾根に密接に続いていません。また、多くの「孤立」または「どこにも行かない」セグメントがあります。浮動小数点DEM入力を使用すると、結果の排水ネットワークは詳細かつ正確ですが、非常に切断され、孤立しており、孤立したストリームで「散らばっています」。

私の問題はデータ準備のどこかにあるのではないかと思います。整数vs浮動小数点ラスターDEM入力、シンクを正しく埋めるなど。または、「水文学的に正しい」入力DEMを最初に作成するために、何らかの方法でサーフェスデータを処理する必要があるのでしょうか。

誰かが高解像度LiDARを使用して連続排水ネットワークと集水域を作成するための正しい方法論を説明できますか？

現状では、整数DEM入力からモデルを作成することに成功しています。ただし、これは詳細な大規模分析には理想的ではありません。

最初の添付画像は、整数DEM入力から生成されたモデルです。いくつかの明らかな問題領域が丸で囲まれています。メインの排水路と思われる場所には実際に水が流れていることに注意してください。非常に一般化されたバージョンのストリームを追加しました。

編集：既に述べたように、整数DEM入力からモデルを作成することでより多くの成功を収めています。次のスクリーンキャプチャは、その理由を示しています。整数DEM入力には、上記のように多くの問題がありますが、地形の特性に適合していないにも関わらず、切断されていない排水ネットワークを生成します。下の画像でわかるように、浮動小数点DEM入力を使用すると、小さな孤立したセグメントでいっぱいの非常に切断されたクラスター化されたネットワークが生成されます。

浮動小数点DEMから生成されたFlow Accumulationラスター

整数DEMから生成された流量累積ラスタ

私が推論できる限り、両方の方法は劇的に異なる結果をもたらし、両方の方法は詳細なモデルには使用できません。

編集：この投稿を長くして申し訳ありません（おそらく私は自分を英語で明確に表明していないでしょう）私が期待しているのは、連続したストリームネットワークと、すべてが互いに流れ込む流域で覆われたエリア全体です。

浮動小数点入力DEMから生成されたストリームリンク：

浮動小数点入力DEMから生成された流域盆地：

整数DEM入力の使用により流域全体の流れ方向が変更される例（近隣地域、同じデータ）：赤い矢印はモデルの流れ方向、青い矢印は実際の流れの方向を示します。（青い線-実際のストリーム、赤いネットワークはLiDARから派生したストリームネットワークのストララー注文です）

データへのリンク：https : //www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ （2011年5月13日まで有効）

GRASS GIS分析の使用を検討しましたか？私は、GRASSアルゴリズムが水文学分析に対して非常に優れた精度を持っているという経験を持っています。たとえば、解像度5x5mのDTMで排水ネットワークのようなものを生成したい。ArcMapのツール（ArcHydro Toolsを含む）を比較したところ、最初の画像（赤線）で結果を確認できます。次に、GRASS GIS関数「r.stream.extract」を使用しようとしましたが、写真2（赤い線）に示す結果が得られました。両方の排水路は、カテーテル領域3ヘクタールで生成されます。

それは本当に異なり、実際のストリームと比較してかなり正確です（写真3、実際のストリームは青です）。また、GRASS GISには、集水域を生成するための多くの水文学的ツールがあります。

水理学的に適切な標高モデルの生成に関しては、強制排水とも呼ばれますANUDEMは、私の知る限り最高の品種です。カナダの国家標高データセット（CDED、皮肉なことに整数メートルとして保存）を生成するために使用されるプログラムです。また、ArcGIS のTopoToRasterツールは、内部でAnudemを使用します（現在のリビジョンまたは3つ後ろのリビジョン）。

USGSは米国モデルに別のプログラム、AverStarによるDelta3Dを使用しましたが、私が問い合わせたとき（10年前）、それはカスタムプログラムであり、市販されていません（数十万個は彼らのニーズに合わせて調整していましたが） ）。

排水強制標高モデルを生成する他のツールは知りませんが、それらについて聞いてみたいです。

大学に戻って、私はこれを非常にうまくやったプロジェクトに取り組みました。私は水文学者ではなく、プロジェクトを終了しませんでした（卒業）が、あなたはこれをチェックしたいかもしれません：

TauDEM 5.0

私が覚えていることから、それはかなりうまくいった。それは無料のツールであり、まさにあなたが必要とするものかもしれません。

編集：質問をより注意深く読んだ後、これがまさにあなたが必要とするツールだと思います。あなたが説明しているように切断はなく、すべてのフローはダウンストリームに続きます。つまり、孤立したストリームはありません。ほとんどのDEMは、N、E、S、WおよびNE、SE、SW、NWの8つの可能な方向のみで流れ方向を計算します。これは不自然な流れにつながります。TauDEMには方向が重み付けされており、360度流れることができます。より自然な流れになり、より正確なものになると思います。

また、複数のコアがある場合は、それらを利用します。TauDEMは、高解像度のLiDARを使用して、必要なものをかなり迅速に処理する必要があります。

あなたの貢献に感謝します。私は、フル解像度のLiDAR表面はこのタイプの分析には適さないと結論付けました。

特に、整数または浮動小数点の使用に関する質問：整数は、速度、ストレージに最適であり、丸め誤差によるある種のドリフトを回避します。ただし、整数を使用する場合は、Z（標高）値にメートルを使用しないでください！垂直単位をセンチメートルまたはミリメートルに変更するか、メートル単位のままにして値をスケーリング（100または1000倍）します。これにより同じ効果が得られます。それができない場合は、浮動小数点を使用してください。

勾配とアスペクトの分析、およびその他の2次と3次の導関数は、メートルベースの整数標高の粗さに特に敏感です。本当に悪い習慣ですが、標準的な習慣でもあります。

参照地形分析：原理と応用（ジョン・ピーター・ウィルソン＆ジョン・C・ギャラント）特定のセクションで2.7.2標高単位と垂直精度、および数値標高モデルの地形特性評価（ジョー・ウッド）、「丸め整数」を検索してください。これらのドキュメントは両方とも重要です。私は最初に、ANUDEMソフトウェアを使用して、オーストラリアの最初の大陸標高モデル（2000年頃）の構築に関するドキュメントの問題の簡潔で理解可能な説明を通じて問題に気付きましたが、今のところ見つけることができません。

これが役立つかどうかはわかりませんが、1cm LIDAR DEMの水力ネットワークに関するブログ記事をしばらく書きました。あなたのためにいくつかのナゲットがあるかもしれません。

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

ここでもっと考えてみようと思いました。私は今、流域の流域描写プロセスがうまく機能するかどうか疑問に思っています。私は手動で編集しているモデルを持っていますが、間違っている領域を常に見ています。ArcGISコンピューターで生成されたモデルにまったく頼ることができないと思います...