طبقهبندی نقاط زمین در ابر نقاط چگونه انجام می‌شود؟ از پاک‌سازی نویز تا مدل زمین برهنه
از میلیون‌ها نقطهٔ یک ابر نقاط، فقط بخشی واقعاً به زمین میرسد.
نکته‌های میدانی
- منحنی میزان، مقطع و حجم از زمین برهنه به دست می‌آیند؛ به همین دلیل کلاس زمین کار اول است.
- نویز پیش از فیلتر زمین پاک می‌شود؛ یک نقطهٔ پایین کاذب در سطح گودال ایجاد میکند.
- پارامترهای فیلتر بر اساس عوارض زمین انتخاب می‌شوند؛ تنظیمی که در شهر جواب میدهد در کوهستان شکست می‌خورد.
- پلها، شیبها، بوتهزار انبوه و لبهٔ ساختمانها به‌صورت دستی و روی مقطع کنترل می‌شوند.
- اگر زیر درختان نقطه‌ای نباشد، هیچ فیلتری نمی‌تواند آنجا زمین بسازد؛ آن محدوده در میدان برداشت می‌شود.
چرا کلاس زمین کار اول است؟
ابر نقاط هر چیزی را که حسگر دیده در خود دارد: زمین، تاج درختان، بام‌ها، خودروها، سیم‌ها. آیین‌نامهٔ تولید نقشه و اطلاعات نقشه در مقیاس بزرگ ترکیه این تمایز را با دو اصطلاح بیان میکند: مدل رقومی سطح (DSM) سطح را همراه با پوشش گیاهی و سازه‌ها نشان میدهد و مدل رقومی زمین (DTM) زمین برهنه را بدون آن‌ها. منحنی میزان، مقطع، حجم خاکبرداری و خاکریزی و زهکشی از زمین برهنه محاسبه می‌شوند. در استاندارد LAS انجمن ASPRS نقاط زمین در کلاس ۲ قرار دارند و مدل زمین از همین کلاس ساخته می‌شود. در ابری که طبقهبندی نشده، تاج یک درخت درست مانند قلهٔ یک تپه رفتار میکند.
اول نویز را پاک کنید
نقاط نادرست پیش از اجرای فیلتر زمین حذف می‌شوند. نویز بالا (پرنده، گرد و غبار، بازتاب) معمولاً به چشم میآید و آسیب چندانی نمی‌زند. خطر اصلی نقاط پایینی است که زیر زمین می‌افتند: بازتاب‌های چندمسیره یا خطاهای اندازه‌گیری ممکن است نقاطی چند متر پایین‌تر از سطح تولید کنند. چون بیشتر فیلترهای زمین از پایین‌ترین نقاط شروع می‌کنند، یک نقطهٔ پایین کاذب در سطح گودال ایجاد میکند و باعث می‌شود فیلتر نقاط واقعی زمین را در اطرافش رد کند. در LAS 1.4 کلاس ۷ برای نویز پایین و کلاس ۱۸ برای نویز بالا وجود دارد؛ انتقال نویز به این کلاس‌ها از حذف آن قابل‌ردیابی‌تر است.
فیلترهای خودکار چگونه کار می‌کنند؟
روش‌های رایج در سه خانواده جای می‌گیرند. فیلترهای ریخت‌شناسی هر نقطه را با پایین‌ترین سطح در یک پنجرهٔ متحرک مقایسه می‌کنند و پنجره را گام به گام بزرگ می‌کنند. متراکم‌سازی تدریجی TIN روشی است که اکسلسون در سال ۲۰۰۰ شرح داد: از پایین‌ترین نقطهٔ هر سلول شبکه یک شبکهٔ مثلثی می‌سازد و سپس نقاطی را به زمین اضافه میکند که فاصله و زاویه‌شان نسبت به مثلث در محدودهٔ آستانه بماند. شبیه‌سازی پارچه ابر را وارونه میکند و پارچه‌ای مجازی روی آن می‌اندازد؛ نقاطی که پارچه به آن‌ها میرسد زمین به حساب می‌آیند. همهٔ این روش‌ها پارامتر دارند: اندازهٔ سلول معمولاً بر اساس بزرگ‌ترین ساختمان منطقه انتخاب می‌شود و آستانه‌های شیب و فاصله با عوارض زمین تنظیم می‌شوند. تنظیمی که در شهر جواب میدهد در کوهستان شکست می‌خورد.
نتیجهٔ خودکار کجا اشتباه میکند؟
در زمین باز و هموار، نتیجهٔ خودکار اغلب کافی است. خطاها در جاهای مشخصی جمع می‌شوند: در پلها و روگذرها عرشهٔ پل زمین فرض می‌شود یا جادهٔ زیر آن ناپدید می‌شود؛ در شیب‌های تند و ترانشه‌های جاده لبهٔ شیب بریده و گرد می‌شود؛ در پوشش گیاهی کوتاه و انبوه و مزارع، بالای گیاه زمین فرض می‌شود؛ دیوارها، سازه‌های حائل و خودروهای پارک‌شده با زمین قاطی می‌شوند؛ سطوح آبی نقاط بسیار کمی برمی‌گردانند. بهترین راه یافتن این جاها، جست‌وجوی برآمدگی‌ها و گودال‌ها در نمای سایه‌روشن زمین و گرفتن مقطع از نقاط مشکوک است. اصلاح یعنی تغییر دستی کلاس نقاط روی مقطع.
تفاوت LiDAR و فتوگرامتری
پالس‌های LiDAR می‌توانند از لابهلای برگها عبور کنند؛ یک پالس ممکن است چند بازگشت داشته باشد و بازگشت‌های آخر اغلب به زمین زیر درختان می‌رسند. ابر نقاط فتوگرامتری فقط سطحی را ثبت میکند که در عکس‌ها دیده می‌شود. اگر زیر جنگل یا بوتهزار انبوه نقطهٔ زمینی نباشد، هیچ فیلتری نمی‌تواند آن را بسازد؛ طبقهبندی فقط نقاط موجود را از هم جدا میکند. در چنین مناطقی زمین باید در میدان با GNSS یا توتال استیشن برداشت شود و این اندازه‌گیری‌ها به مدل زمین افزوده شوند.
مدل زمین و کنترل آن
مدل زمین از نقاط زمین به‌صورت شبکهٔ مثلثی (TIN) یا شبکهٔ منظم ساخته می‌شود؛ فاصلهٔ شبکه نباید ریزتر از آن باشد که تراکم نقاط پشتیبانی میکند. منحنی میزان و حجم از همین مدل به دست می‌آیند. پیش از تحویل، مدل را با اندازه‌گیری‌های مستقل بیازمایید: با GNSS یا توتال استیشن در انواع مختلف پوشش، مانند زمین باز، چمن و زیر درختان، نقاط زمین برداشت کنید و اختلاف ارتفاع را برای هر نوع پوشش جداگانه گزارش دهید. در ترکیه همین آیین‌نامه دقت منحنیهای میزان نقشه‌ها را با مقطع‌هایی که در میدان اندازه‌گیری می‌شوند نیز کنترل میکند و فاصلهٔ نقاط در امتداد هر مقطع حداکثر ۲۰ متر است.
ابر نقاط را باز کنید و نقاط زمین را جدا کنید.
MapLab Survey 3D فایلهای LAS و LAZ را به‌صورت سهبعدی نمایش میدهد، مقطع میگیرد و بر اساس کلاس فیلتر میکند، طبقهبندی نقاط زمین را پیشنهاد میدهد که می‌توانید دستی اصلاح کنید و سطح زمین، حجم خاکبرداری و خاکریزی و منحنیهای میزان را با خروجی DXF تولید میکند. Windows، بر اساس درخواست.
پرسش‌های پرتکرار
آیا طبقهبندی نقاط زمین میتواند کاملاً خودکار باشد؟
در زمین باز و هموار نتیجهٔ خودکار اغلب خوب است. پلها، شیبها، بوتهزار انبوه و لبهٔ ساختمانها به کنترل و اصلاح دستی نیاز دارند.
چرا زیر درختان نقطهٔ زمینی نیست؟
ابر فتوگرامتری فقط سطح قابلدیدن را ثبت میکند. LiDAR اغلب با بازگشتهایی که از لابهلای برگها میگذرند به زمین میرسد؛ اگر هیچکدام آنجا نقطه نداشته باشند، زمین باید در میدان برداشت شود.
آیا پل زمین به حساب میآید؟
در مدل زمین، عرشهٔ پل معمولاً زمین به حساب نمیآید؛ در LAS 1.4 کلاس جداگانهای (۱۷) برای عرشهٔ پل وجود دارد. اینکه کدام قاعده اعمال شود باید در مشخصات تحویل نوشته شده باشد.
MapLab Survey 3D در طبقهبندی نقاط زمین چه میکند؟
فایلهای LAS و LAZ را سهبعدی باز میکند، مقطع میگیرد و بر اساس کلاس فیلتر میکند؛ طبقهبندی خودکار نقاط زمین را پیشنهاد میدهد و اصلاح دستی آن را ممکن میکند. از نقاط زمین، سطح زمین، حجم خاکبرداری و خاکریزی و منحنیهای میزان را با خروجی DXF تولید میکند. روی Windows کار میکند، بر اساس درخواست.
منابع فنی
توصیه‌های میدانی این مقاله بر پایهٔ استانداردهای فنی و منابع رسمی زیر تنظیم شده است.
- 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
مرتبط: فایلهای LAS و LAZ · ارتوفتو و مدل سهبعدی · محاسبهٔ خاکبرداری و خاکریزی · MapLab Survey