كيف تُصنَّف نقاط الأرض في سحابة النقاط؟ من تنظيف الضوضاء إلى نموذج الأرض العارية
جزء فقط من ملايين النقاط في سحابة النقاط يلامس الأرض فعلًا.
خلاصات ميدانية
- خطوط الكنتور والمقاطع والأحجام تُحسب من الأرض العارية؛ لذلك يأتي صنف الأرض أولًا.
- تُزال الضوضاء قبل مرشح الأرض؛ فنقطة منخفضة زائفة واحدة تحفر حفرة في السطح.
- تُختار معاملات المرشح بحسب التضاريس؛ فما ينجح في المدينة يفشل في الجبال.
- الجسور والمنحدرات والشجيرات الكثيفة وحواف المباني تُفحص يدويًا على المقاطع.
- إذا لم توجد نقاط تحت الأشجار فلا يستطيع أي مرشح أن يصنع أرضًا هناك؛ وتُقاس تلك المنطقة ميدانيًا.
لماذا يأتي صنف الأرض أولًا؟
تحتوي سحابة النقاط على كل ما رآه المستشعر: الأرض وقمم الأشجار والأسطح والمركبات والأسلاك. وتفرّق لائحة إنتاج الخرائط ذات المقياس الكبير والمعلومات الخرائطية في تركيا بين الأمرين بمصطلحين: نموذج السطح الرقمي (DSM) يمثّل السطح بما عليه من غطاء نباتي ومنشآت، ونموذج التضاريس الرقمي (DTM) يمثّل الأرض العارية بعد إزالتها. وتُحسب خطوط الكنتور والمقاطع وأحجام الحفر والردم وتصريف المياه من الأرض العارية. وفي معيار LAS الصادر عن ASPRS تقع نقاط الأرض في الصنف 2، ومن هذا الصنف يُبنى نموذج التضاريس. وفي سحابة غير مصنّفة تتصرف قمة الشجرة تمامًا كقمة التل.
أزل الضوضاء أولًا
تُزال النقاط الخاطئة قبل تشغيل مرشح الأرض. الضوضاء العالية (الطيور والغبار والانعكاسات) تلفت النظر عادةً ولا تضر كثيرًا. أما الخطر الحقيقي فهو النقاط المنخفضة التي تقع تحت الأرض: فالانعكاسات متعددة المسارات أو أخطاء القياس قد تُنتج نقاطًا تحت السطح بعدة أمتار. ولأن معظم مرشحات الأرض تبدأ من أدنى النقاط، فإن نقطة منخفضة زائفة واحدة تحفر حفرة في السطح وتجعل المرشح يرفض نقاط الأرض الحقيقية من حولها. وفي LAS 1.4 يوجد الصنف 7 للضوضاء المنخفضة والصنف 18 للضوضاء العالية؛ ونقل الضوضاء إلى هذين الصنفين أسهل تتبعًا من حذفها.
كيف تعمل المرشحات الآلية؟
تنقسم الطرق الشائعة إلى ثلاث عائلات. المرشحات المورفولوجية تقارن كل نقطة بأدنى سطح داخل نافذة متحركة وتكبّر النافذة خطوة بعد خطوة. والتكثيف التدريجي لشبكة TIN هو الطريقة التي وصفها أكسلسون عام 2000: تبني شبكة مثلثات من أدنى نقطة في كل خلية من الشبكة، ثم تضيف إلى الأرض النقاط التي تبقى مسافتها وزاويتها بالنسبة إلى المثلث ضمن حدود معيّنة. أما محاكاة القماش فتقلب السحابة رأسًا على عقب وتُسقط عليها قماشًا افتراضيًا؛ والنقاط التي يلامسها القماش تُعدّ أرضًا. ولكلٍّ منها معاملات: يُختار حجم الخلية عادةً بحسب أكبر مبنى في المنطقة، وتُضبط حدود الميل والمسافة بحسب التضاريس. فما ينجح في المدينة يفشل في الجبال.
أين تخطئ النتيجة الآلية؟
في الأرض المكشوفة والمستوية تكون النتيجة الآلية كافية غالبًا. وتتركز الأخطاء في أماكن بعينها: عند الجسور والمعابر العلوية يُحسب سطح الجسر أرضًا أو يختفي الطريق تحته؛ وعلى المنحدرات الحادة وقطوع الطرق تُقصّ حافة المنحدر وتُدوَّر؛ وفي الغطاء النباتي المنخفض الكثيف والمحاصيل يُحسب أعلى النبات أرضًا؛ وتختلط الجدران والمنشآت الساندة والمركبات المتوقفة بالأرض؛ وتعيد المسطحات المائية نقاطًا قليلة جدًا. وأفضل طريقة لإيجاد هذه الأماكن هي البحث عن النتوءات والحفر في عرض التضاريس المظللة ورسم مقاطع عبر المواضع المشكوك فيها. والتصحيح يعني تغيير صنف النقاط يدويًا على المقطع.
الفرق بين LiDAR والمساحة التصويرية
يمكن لنبضات LiDAR أن تمر عبر الفجوات بين الأوراق؛ وقد تعيد النبضة الواحدة عدة أصداء، وكثيرًا ما تصل الأصداء الأخيرة إلى الأرض تحت الأشجار. أما سحابة النقاط الناتجة عن المساحة التصويرية فتسجّل السطح المرئي في الصور فقط. فإذا لم توجد نقاط أرض تحت غابة أو شجيرات كثيفة فلا يستطيع أي مرشح أن يصنعها؛ فالتصنيف لا يفعل سوى فصل النقاط الموجودة. وفي مثل هذه المناطق يجب قياس الأرض ميدانيًا بجهاز GNSS أو بالمحطة الشاملة، وإضافة هذه القياسات إلى نموذج التضاريس.
نموذج التضاريس وفحصه
يُبنى نموذج التضاريس من نقاط الأرض على هيئة شبكة مثلثات (TIN) أو شبكة منتظمة؛ ولا ينبغي أن تكون خطوة الشبكة أدق مما تسمح به كثافة النقاط. ومن هذا النموذج تُستخرج خطوط الكنتور والأحجام. وقبل التسليم اختبر النموذج بقياسات مستقلة: قِس نقاط أرض بجهاز GNSS أو بالمحطة الشاملة في أنواع مختلفة من الغطاء، مثل الأرض المكشوفة والعشب وتحت الأشجار، وأبلغ عن فروق الارتفاع لكل نوع غطاء على حدة. وفي تركيا تفحص اللائحة نفسها دقة خطوط الكنتور في الخرائط أيضًا بمقاطع تُقاس ميدانيًا، على ألا تزيد المسافة بين النقاط على امتداد كل مقطع على 20 م.
افتح سحابة النقاط وافصل نقاط الأرض.
يعرض MapLab Survey 3D ملفات LAS وLAZ ثلاثيًا، ويأخذ مقاطع ويصفّي حسب الفئة، ويقترح تصنيفًا لنقاط الأرض يمكنك تصحيحه يدويًا، ويُنتج سطح الأرض وحجم الحفر والردم وخطوط الكنتور بصيغة DXF. Windows، عند الطلب.
الأسئلة الشائعة
هل يمكن أن يكون تصنيف نقاط الأرض آليًا بالكامل؟
في الأرض المكشوفة والمستوية تكون النتيجة الآلية جيدة غالبًا. أما الجسور والمنحدرات والشجيرات الكثيفة وحواف المباني فتحتاج إلى فحص وتصحيح يدويين.
لماذا لا توجد نقاط أرض تحت الأشجار؟
سحابة المساحة التصويرية تسجّل السطح المرئي فقط. أما LiDAR فكثيرًا ما يصل إلى الأرض بأصداء تمر بين الأوراق؛ وإذا لم تكن لدى أيٍّ منهما نقاط هناك فيجب قياس الأرض ميدانيًا.
هل يُعدّ الجسر أرضًا؟
في نموذج التضاريس لا يُعدّ سطح الجسر أرضًا عادةً؛ وفي LAS 1.4 صنف مستقل (17) لأسطح الجسور. وينبغي أن تُكتب القاعدة المعتمدة في مواصفات التسليم.
ماذا يفعل MapLab Survey 3D في تصنيف نقاط الأرض؟
يفتح ملفات LAS وLAZ ثلاثيًا، ويأخذ مقاطع ويصفّي حسب الصنف؛ ويقترح تصنيفًا آليًا لنقاط الأرض ويتيح تصحيحه يدويًا. ومن نقاط الأرض يُنتج سطح التضاريس وحجم الحفر والردم وخطوط الكنتور بصيغة DXF. يعمل على Windows، عند الطلب.
مراجع تقنية
تستند التوصيات الميدانية في هذا المقال إلى المعايير التقنية والمصادر الرسمية المذكورة أدناه.
- ASPRS LAS Specification
- Axelsson (2000), DEM generation from laser scanner data using adaptive TIN models, ISPRS Archives XXXIII-B4
- Zhang et al. (2016), An Easy-to-Use Airborne LiDAR Data Filtering Method Based on Cloth Simulation, Remote Sensing 8(6):501
- Harita Genel Müdürlüğü, Büyük Ölçekli Harita ve Harita Bilgileri Üretim Yönetmeliği
ذات صلة: ملفات LAS وLAZ · الأورثوفوتو والنماذج ثلاثية الأبعاد · حساب الحفر والردم · MapLab Survey