Metodologia para criar redes de drenagem precisas (e captações) a partir de LiDAR DEM de alta resolução?

Esta não é a primeira vez que me deparei com esse problema; parece que sou incapaz de gerar um modelo de rede de drenagem correto e as captações resultantes dos dados LiDAR de resolução máxima (1 milhão de células).

Quando generalizo o conjunto de dados LiDAR, converto-o em um DEM inteiro e preenche pias, tudo é bom e posso criar facilmente o que parece ser um modelo muito generalizado. No entanto, eu gostaria de produzir um modelo de site detalhado para um mapa em grande escala e é aqui que estou tendo problemas.

Devo salientar que a maioria dos problemas ocorre em áreas mais planas.

Eu gostaria que a rede de drenagem seguisse com precisão o terreno, mas quando eu uso criar a rede de drenagem a partir de uma entrada DEM inteira, os fluxos resultantes são muito gerais e geralmente "desconectados" em áreas onde não deveria estar. Os córregos não seguem nem de perto as cristas naturais do terreno. Também existem muitos segmentos "órfãos" ou "não vão a lugar algum". Quando uso uma entrada DEM de ponto flutuante , a rede de drenagem resultante é detalhada e precisa, mas muito desconectada, agrupada e "desarrumada" com fluxos órfãos.

Suspeito que meu problema esteja em algum lugar na preparação dos dados; entrada DEM de varredura de número inteiro versus ponto flutuante, preenchimento de sumidouros corretamente etc. Ou será que eu tenho que processar os dados da superfície de alguma forma para criar primeiro um DEM de entrada "hidrologicamente correto"?

Alguém pode descrever a metodologia correta para a criação de redes de drenagem e bacias hidrográficas contínuas usando LiDAR de alta resolução?

Tal como está, tenho mais sucesso com a criação do modelo a partir de uma entrada inteira do DEM. No entanto, isso não é ideal para análises detalhadas em larga escala:

A primeira imagem anexada é um modelo produzido a partir de uma entrada inteira DEM. Várias áreas problemáticas óbvias estão circuladas. Observe que, na verdade, existe um fluxo no que parece ser o principal canal de drenagem. Eu adicionei uma versão muito generalizada do fluxo.

Edição: Como eu já mencionei, tenho mais sucesso com a criação do modelo a partir de uma entrada inteira DEM. As capturas de tela a seguir ilustram o motivo. Embora a entrada inteira do DEM tenha muitos problemas, como pode ser visto acima, ela ainda produz uma rede de drenagem menos desconectada, embora não esteja em conformidade com as características do terreno. Como você pode ver na imagem diretamente abaixo, usar uma entrada DEM de ponto flutuante produz uma rede muito desconectada e agrupada, cheia de pequenos segmentos órfãos.

Varredura de acumulação de fluxo produzida a partir de um ponto flutuante DEM

Rasterização de Acumulação de Fluxo produzida a partir de um DEM inteiro

Tanto quanto posso deduzir, ambos os métodos produzem resultados dramaticamente diferentes, ambos os métodos são inutilizáveis ​​para um modelo detalhado.

EDIT: Peço desculpas por tornar este post cada vez mais longo (talvez não esteja me expressando claramente em inglês). Para ilustrar melhor o problema do uso de um DEM de ponto flutuante como entrada, estou anexando a saída resultante do Stream Link, bem como as bacias hidrográficas resultantes. O que estou esperando é uma Rede de Fluxo contínua e uma área inteira coberta por bacias que fluem umas para as outras.

Link de fluxo produzido a partir de uma entrada de ponto flutuante DEM:

Bacias hidrográficas produzidas a partir de um ponto flutuante DEM:

Aqui está um exemplo (área próxima, mesmos dados) de onde toda a direção do fluxo de uma bacia é alterada devido ao uso da entrada inteira DEM: Seta vermelha é a direção do fluxo do modelo e seta azul indica a direção do fluxo real . (linhas azuis - fluxos reais, rede vermelha é a ordem Strahler da rede de fluxo derivada de LiDAR)

Link para dados: https://www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (expirará em 13 de maio de 2011)

Você considera usar a análise GRASS GIS? Tenho consciência de que os algoritmos GRASS têm uma precisão muito boa na análise de hidrologia. Por exemplo, quero gerar algo como uma rede de drenagem no DTM com resolução 5x5m. Comparei as ferramentas do ArcMap (incluindo ArcHydro Tools) e você pode ver o resultado na primeira foto (linhas vermelhas). Depois tentei usar a função GRASS GIS 'r.stream.extract' e obtive o resultado mostrado na figura 2 (linhas vermelhas). Ambas as linhas de drenagem são geradas com a área de 3 hectares.

É realmente diferente e tem bastante segurança em comparação com fluxos reais (figura 3, fluxos reais são azuis). E o GRASS GIS tem muitas ferramentas hidrológicas, ou seja, para gerar área de criação também.

No que diz respeito à geração de modelos de elevação hidrologicamente corretos, também chamados de drenagem forçada, ANUDEM , continua sendo o melhor da raça, até onde sei . É o programa usado para gerar o conjunto de dados de elevação nacional do Canadá (CDED, ironicamente armazenado como metros inteiros). Além disso, a ferramenta TopoToRaster no ArcGIS usa o Anudem sob o capô (uma revisão ou três atrás da corrente).

O USGS usou um programa diferente para o modelo dos Estados Unidos, o Delta3D da AverStar, mas quando perguntei (há dez anos) era um programa personalizado e não estava disponível nas prateleiras (embora por alguns 100 mil eles o adaptassem às nossas necessidades) )

Não conheço outras ferramentas para gerar modelos de elevação impostos por drenagem, mas gostaria de saber sobre eles.

De volta à faculdade, trabalhei em um projeto que fez isso muito bem. Eu não sou um hidrólogo, nem terminei o projeto (formado), mas você pode querer verificar isso:

TauDEM 5.0

Pelo que me lembro, funcionou bastante bem. É uma ferramenta gratuita e pode ser exatamente o que você precisa.

Edit: Depois de ler sua pergunta com mais cuidado, acredito que esta é exatamente a ferramenta que você precisa. Ele não tem desconexões como você descreve, todo o fluxo continua a jusante, ou seja, sem fluxos órfãos. A maioria dos DEM calcula a direção do fluxo com apenas 8 direções possíveis, N, E, S, W e NE, SE, SW, NW. Isso leva a um fluxo não natural. O TauDEM tem uma direção ponderada, pode fluir em 360 graus. Terá um fluxo mais natural e presumo que seja mais preciso.

Além disso, se você tiver vários núcleos, eles serão utilizados. Usando um LiDAR de alta resolução, o TauDEM deve processar o que você precisa rapidamente.

Obrigado a todos por suas contribuições. Concluí que a superfície LiDAR de alta resolução não é adequada para esse tipo de análise.

Especificamente para a pergunta sobre o uso de número inteiro ou ponto flutuante: Inteiro é melhor para velocidade, armazenamento e evita alguns tipos de desvio devido a erros de arredondamento. No entanto, ao usar inteiro, não use medidores para seus valores de Z (elevação)! Altere as unidades verticais para centímetros ou milímetros ou mantenha-as em metros e redimensione os valores (multiplique por 100 ou 1000) que tenham o mesmo efeito. Se isso não for possível, use ponto flutuante.

A análise de declive e aspecto e outras derivadas de 2ª e 3ª ordem são particularmente sensíveis à rugosidade das elevações inteiras baseadas em metros. É realmente uma prática ruim, mas também é uma prática padrão.

Consulte Análise do terreno: princípios e aplicações (John Peter Wilson e John C. Gallant), em particular a seção 2.7.2 Unidades de elevação e precisão vertical , e A caracterização geomorfológica dos modelos digitais de elevação ( Jo Wood ), procure por "arredondamento inteiro". Ambos os documentos são pesados. Tomei conhecimento do problema por meio de uma descrição concisa e compreensível do problema em um documento sobre a construção do primeiro modelo de elevação continental para a Austrália (por volta de 2000), usando o software ANUDEM , mas não consigo localizá-lo agora.

Não sei se isso vai ajudar, mas escrevi um post de blog há algum tempo na rede hidrelétrica por 1cm LIDAR DEM. Pode ter algumas pepitas para você.

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

Apenas pensei em adicionar algo mais para pensar aqui. Agora estou questionando se o processo de delimitação da bacia hidrográfica funciona. Eu tenho um modelo que editei manualmente e estou continuamente consultando áreas que estão erradas. Acho que não posso confiar nos modelos gerados por computador do ArcGIS ...