Wie funktioniert die Bodenklassifizierung in einer Punktwolke? Von der Rauschbereinigung zum Geländemodell

Nur ein Teil der Millionen Punkte einer Punktwolke berührt tatsächlich den Boden.

Warum die Bodenklasse zuerst kommt

Eine Punktwolke enthält alles, was der Sensor gesehen hat: Boden, Baumkronen, Dächer, Fahrzeuge, Leitungen. Die Verordnung über die Herstellung großmaßstäbiger Karten und Karteninformationen der Türkiye trennt das mit zwei Begriffen: Das digitale Oberflächenmodell (DOM) stellt die Oberfläche einschließlich Vegetation und Bauwerken dar, das digitale Geländemodell (DGM) das nackte Gelände ohne sie. Höhenlinien, Profile, Auf- und Abtragsvolumen und Entwässerung werden aus dem nackten Gelände berechnet. Im LAS-Standard der ASPRS sind Bodenpunkte die Klasse 2, und das Geländemodell wird aus dieser Klasse aufgebaut. In einer unklassifizierten Wolke verhält sich eine Baumkrone genau wie eine Hügelkuppe.

Zuerst das Rauschen entfernen

Fehlerhafte Punkte werden entfernt, bevor der Bodenfilter läuft. Hohes Rauschen (Vögel, Staub, Reflexionen) fällt meist auf und richtet wenig Schaden an. Die eigentliche Gefahr sind Tiefpunkte unterhalb des Bodens: Mehrwegereflexionen oder Messfehler können Punkte mehrere Meter unter der Oberfläche erzeugen. Da die meisten Bodenfilter bei den tiefsten Punkten beginnen, reißt ein einziger falscher Tiefpunkt ein Loch in die Oberfläche und lässt den Filter die echten Bodenpunkte in seiner Umgebung verwerfen. LAS 1.4 hat Klasse 7 für tiefes Rauschen und Klasse 18 für hohes Rauschen; Rauschen in diese Klassen zu verschieben, ist nachvollziehbarer, als es zu löschen.

Wie automatische Filter arbeiten

Die üblichen Ansätze lassen sich in drei Familien einteilen. Morphologische Filter vergleichen jeden Punkt mit der tiefsten Oberfläche in einem gleitenden Fenster und vergrößern das Fenster Schritt für Schritt. Die progressive TIN-Verdichtung ist das Verfahren, das Axelsson im Jahr 2000 beschrieben hat: Sie baut aus dem tiefsten Punkt jeder Rasterzelle ein Dreiecksnetz auf und fügt dann die Punkte zum Boden hinzu, deren Abstand und Winkel zu einem Dreieck innerhalb von Schwellenwerten bleiben. Die Tuchsimulation dreht die Wolke um und lässt ein virtuelles Tuch darauf fallen; die Punkte, die das Tuch berührt, gelten als Boden. Alle haben Parameter: Die Zellgröße richtet sich meist nach dem größten Gebäude im Gebiet, Neigungs- und Abstandsschwellen werden an das Gelände angepasst. Was in der Stadt funktioniert, scheitert im Gebirge.

Wo das automatische Ergebnis danebenliegt

Auf offenem, flachem Gelände reicht das automatische Ergebnis oft aus. Die Fehler häufen sich an bestimmten Stellen: Bei Brücken und Überführungen wird der Überbau für Boden gehalten oder die Straße darunter verschwindet; an steilen Böschungen und Straßeneinschnitten wird die Böschungskante abgeschnitten und abgerundet; in dichter niedriger Vegetation und Feldfrüchten wird die Pflanzenoberkante für Boden gehalten; Mauern, Stützbauwerke und parkende Fahrzeuge geraten in den Boden; Wasserflächen liefern sehr wenige Punkte. Am besten findet man diese Stellen, indem man in einer Schummerungsansicht nach Buckeln und Löchern sucht und an verdächtigen Stellen Profile legt. Korrigieren heißt, die Klasse der Punkte im Profil von Hand zu ändern.

LiDAR gegenüber Photogrammetrie

LiDAR-Pulse können durch Lücken im Laub dringen; ein Puls kann mehrere Echos liefern, und die letzten Echos erreichen oft den Boden unter den Bäumen. Eine photogrammetrische Punktwolke erfasst nur die auf den Fotos sichtbare Oberfläche. Gibt es unter dichtem Wald oder Gebüsch keine Bodenpunkte, kann kein Filter sie erzeugen; die Klassifizierung trennt nur die Punkte, die vorhanden sind. In solchen Bereichen muss der Boden im Feld mit GNSS oder Tachymeter gemessen und diese Messungen dem Geländemodell hinzugefügt werden.

Das Geländemodell und seine Prüfung

Das Geländemodell wird aus den Bodenpunkten als Dreiecksnetz (TIN) oder regelmäßiges Raster aufgebaut; die Rasterweite sollte nicht feiner sein, als die Punktdichte es trägt. Höhenlinien und Volumen entstehen aus diesem Modell. Prüfen Sie das Modell vor der Abgabe mit unabhängigen Messungen: Messen Sie Bodenpunkte mit GNSS oder Tachymeter in verschiedenen Bedeckungsarten wie offenem Gelände, Rasen und unter Bäumen, und geben Sie die Höhendifferenzen für jede Bedeckungsart getrennt an. In der Türkiye prüft dieselbe Verordnung die Genauigkeit der Höhenlinien in Karten auch anhand von im Feld gemessenen Profilen, mit Punkten im Abstand von höchstens 20 m entlang jedes Profils.

Häufige Fragen

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