Как классифицировать точки земли в облаке точек? От очистки шумов до цифровой модели рельефа

Лишь часть из миллионов точек облака действительно касается земли.

Почему класс земли идёт первым

Облако точек содержит всё, что увидел датчик: землю, кроны деревьев, крыши, машины, провода. Регламент Türkiye о создании крупномасштабных карт и картографической информации разделяет это двумя понятиями: цифровая модель поверхности (ЦМП) описывает поверхность вместе с растительностью и сооружениями, а цифровая модель рельефа (ЦМР) — голую поверхность земли без них. Горизонтали, профили, объёмы выемки и насыпи и сток воды рассчитывают по голой поверхности земли. В стандарте LAS организации ASPRS точки земли относятся к классу 2, и модель рельефа строят по этому классу. В неклассифицированном облаке крона дерева ведёт себя так же, как вершина холма.

Сначала удалите шумы

Ошибочные точки удаляют до запуска фильтра земли. Высокие шумы (птицы, пыль, отражения) обычно бросаются в глаза и вредят мало. Настоящая опасность — низкие точки, оказавшиеся под землёй: многолучевые отражения или ошибки измерения могут давать точки на несколько метров ниже поверхности. Поскольку большинство фильтров земли начинают с самых низких точек, одна ложная низкая точка пробивает яму в поверхности и заставляет фильтр отбросить настоящие точки земли вокруг неё. В LAS 1.4 есть класс 7 для низких шумов и класс 18 для высоких; перенос шумов в эти классы прослеживаемее, чем их удаление.

Как работают автоматические фильтры

Распространённые подходы делятся на три семейства. Морфологические фильтры сравнивают каждую точку с самой низкой поверхностью в скользящем окне и шаг за шагом увеличивают окно. Прогрессивное уплотнение TIN — метод, описанный Аксельссоном в 2000 году: он строит сеть треугольников по самой низкой точке в каждой ячейке сетки, а затем добавляет к земле точки, расстояние и угол которых до треугольника укладываются в пороги. Симуляция ткани переворачивает облако и опускает на него виртуальную ткань; точки, которых касается ткань, считаются землёй. У всех методов есть параметры: размер ячейки обычно выбирают по самому большому зданию на участке, пороги уклона и расстояния настраивают под рельеф. То, что работает в городе, отказывает в горах.

Где автоматический результат ошибается

На открытой ровной местности автоматического результата часто достаточно. Ошибки сосредоточены в определённых местах: на мостах и путепроводах пролётное строение принимается за землю или исчезает дорога под ним; на крутых откосах и в дорожных выемках бровка срезается и скругляется; в густой низкой растительности и посевах верх растений принимается за землю; стены, подпорные сооружения и припаркованные машины смешиваются с землёй; водные поверхности дают очень мало отражений. Лучший способ найти такие места — искать бугры и ямы на теневой отмывке рельефа и строить профили через подозрительные участки. Исправление означает ручную смену класса точек на профиле.

LiDAR против фотограмметрии

Импульсы LiDAR могут проходить сквозь просветы в листве; один импульс может дать несколько отражений, и последние отражения часто достигают земли под деревьями. Фотограмметрическое облако точек фиксирует только поверхность, видимую на снимках. Если под густым лесом или кустарником нет точек земли, никакой фильтр их не создаст: классификация лишь разделяет уже существующие точки. На таких участках землю нужно снимать в поле с помощью GNSS или тахеометра и добавлять эти измерения в модель рельефа.

Модель рельефа и её проверка

Модель рельефа строят по точкам земли в виде сети треугольников (TIN) или регулярной сетки; шаг сетки не должен быть мельче, чем позволяет плотность точек. Горизонтали и объёмы получают из этой модели. Перед сдачей проверьте модель независимыми измерениями: снимите точки земли с помощью GNSS или тахеометра на разных типах покрова — открытой местности, траве и под деревьями — и укажите расхождения по высоте отдельно для каждого типа покрова. В Türkiye тот же регламент проверяет точность горизонталей на картах и по профилям, измеренным в поле, с расстоянием между точками вдоль каждого профиля не более 20 м.

Частые вопросы

По теме: Файлы LAS и LAZ · Ортофотопланы и 3D-модели · Расчёт выемки и насыпи · MapLab Survey