Metodología para crear redes de drenaje (y cuencas) precisas a partir de DEM LiDAR de alta resolución?

Esta no es la primera vez que me encuentro con este problema; parece que no puedo generar un modelo de red de drenaje correcto y las cuencas resultantes a partir de datos LiDAR de resolución completa (celdas de 1 m).

Cuando generalizo el conjunto de datos LiDAR, lo convierto en un DEM entero y relleno sumideros, todo está bien y puedo crear fácilmente lo que parece ser un modelo muy generalizado. Sin embargo, me gustaría producir un modelo de sitio detallado para un mapa a gran escala y aquí es donde tengo problemas.

Debo señalar que la mayoría de los problemas ocurren en áreas más planas.

Me gustaría que la red de drenaje siga con precisión el terreno, pero cuando uso crear la red de drenaje a partir de una entrada DEM entera, las corrientes resultantes son muy generales y a menudo están "desconectadas" en áreas donde no debería estar. Las corrientes ni siquiera siguen de cerca las crestas naturales del terreno. También hay muchos segmentos "huérfanos" o "ir a ninguna parte". Cuando uso una entrada DEM de punto flotante , la red de drenaje resultante es detallada y precisa, pero está muy desconectada, agrupada y "llena" de corrientes huérfanas.

Sospecho que mi problema radica en algún lugar de la preparación de datos; entrada DEM de trama de enteros frente a punto flotante, el relleno se hunde correctamente, etc. ¿O podría ser que tengo que procesar los datos de superficie de alguna manera para crear primero una DEM de entrada "hidrológicamente correcta"?

¿Alguien puede describir la metodología correcta para crear redes y cuencas de drenaje continuo utilizando LiDAR de alta resolución?

Tal como está, tengo más éxito con la creación del modelo a partir de una entrada DEM entera. Sin embargo, esto no es ideal para el análisis detallado a gran escala:

La primera imagen adjunta es un modelo producido a partir de una entrada DEM entera. Se señalan varias áreas problemáticas obvias. Tenga en cuenta que en realidad hay una corriente en lo que parece ser el canal de drenaje principal. Agregué una versión muy generalizada de la transmisión.

EDITAR: Como ya mencioné, tengo más éxito con la creación del modelo a partir de una entrada DEM entera. Las siguientes capturas de pantalla ilustran por qué es así. A pesar de que la entrada DEM entera tiene muchos problemas como se puede ver arriba, todavía produce una red de drenaje que está menos desconectada, aunque no se ajusta a las características del terreno. Como puede ver en la imagen directamente debajo, el uso de una entrada DEM de punto flotante produce una red muy desconectada y agrupada llena de pequeños segmentos huérfanos.

Ráster de acumulación de flujo producido a partir de un punto flotante DEM

Ráster de acumulación de flujo producido a partir de un DEM entero

Hasta donde puedo deducir, ambos métodos producen resultados dramáticamente diferentes, ambos métodos son inutilizables para un modelo detallado.

EDITAR: Me disculpo por hacer que esta publicación sea cada vez más larga (tal vez no me estoy expresando claramente en inglés). Para ilustrar aún más el problema con el uso de un DEM de punto flotante para la entrada, adjunto la salida de Stream Link resultante, así como las cuencas hidrográficas resultantes. Lo que espero es una red Stream continua y toda el área cubierta de cuencas que fluyen entre sí.

Stream Link producido a partir de una entrada de coma flotante DEM:

Cuencas hidrográficas producidas a partir de una entrada de coma flotante DEM:

Aquí hay un ejemplo (área cercana, mismos datos) de donde se cambia toda la dirección del flujo de una cuenca debido al uso de la entrada de DEM entera: la flecha roja es la dirección del flujo del modelo y la flecha azul indica la dirección del flujo real . (líneas azules - corrientes reales, la red roja es el orden Strahler de la red de corrientes derivada de LiDAR)

Enlace a los datos: https://www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (caducará el 13 de mayo de 2011)

¿Has considerado utilizar el análisis GRASS GIS? Tengo la experiencia de que los algoritmos GRASS tienen muy buena precisión en el análisis hidrológico. Por ejemplo, quiero generar algo así como una red de drenaje en DTM con resolución 5x5m. Había comparado herramientas de ArcMap (incluidas ArcHydro Tools) y puede ver el resultado en la primera imagen (líneas rojas). Luego intenté usar la función GRASS GIS 'r.stream.extract' y obtuve el resultado que se muestra en la imagen 2 (líneas rojas). Ambas líneas de drenaje se generan con área de cateto de 3 hectáreas.

Es realmente diferente y tiene bastante precisión en comparación con las transmisiones reales (imagen 3, las transmisiones reales son azules). Y GRASS GIS tiene muchas herramientas hidrológicas, es decir, también para generar área de captación.

Con respecto a la generación de modelos de elevación hidrológicamente correctos, también llamado drenaje forzado, ANUDEM , sigue siendo lo mejor de mi raza. Es el programa utilizado para generar el conjunto de datos de elevación nacional canadiense (CDED, irónicamente almacenado como metros enteros). Además, la herramienta TopoToRaster en ArcGIS usa Anudem debajo del capó (una revisión o tres detrás de la actual).

El USGS usó un programa diferente para el modelo de los Estados Unidos, Delta3D de AverStar, pero cuando pregunté (hace diez años) era un programa personalizado y no disponible en el estante (aunque por unos 100k lo adaptaron a nuestras necesidades) )

No conozco ninguna otra herramienta para generar modelos de elevación forzada de drenaje, pero me encantaría saber de ellos.

De vuelta en la universidad, trabajé en un proyecto que hizo esto bastante bien. No soy hidrólogo, ni terminé el proyecto (graduado), pero es posible que desee comprobar esto:

TauDEM 5.0

Por lo que recuerdo, funcionó bastante bien. Es una herramienta gratuita y puede ser justo lo que necesita.

Editar: después de leer su pregunta con más cuidado, creo que esta es exactamente la herramienta que necesita. No tiene desconexiones como usted describe, todo el flujo continúa aguas abajo, es decir, no hay corrientes huérfanas. La mayoría de los DEM calculan la dirección del flujo con solo 8 direcciones posibles, N, E, S, W y NE, SE, SW, NW. Esto conduce a un flujo antinatural. TauDEM tiene una dirección ponderada, puede fluir en 360 grados. Tendrá un flujo más natural y supongo que será más preciso.

Además, si tiene múltiples núcleos, los utilizará. Usando un LiDAR de alta resolución, TauDEM debe procesar lo que necesita con bastante rapidez.

Gracias a todos por sus contribuciones. He concluido que la superficie LiDAR de resolución completa no es adecuada para este tipo de análisis.

Específicamente a la pregunta sobre el uso de números enteros o flotantes: los enteros son mejores para la velocidad, el almacenamiento y evitan algunos tipos de deriva debido a errores de redondeo. Sin embargo, cuando use un entero, ¡no use metros para sus valores de Z (elevación)! Cambie las unidades verticales a centímetros o milímetros, o manténgalas como metros y escale los valores (multiplique por 100 o 1000) que tiene el mismo efecto. Si eso no es factible, utilice coma flotante

El análisis de pendiente y aspecto y otros derivados de segundo y tercer orden son particularmente sensibles a la crudeza de las elevaciones enteras basadas en metros. Realmente es una mala práctica, sin embargo, también es una práctica estándar.

Ver Análisis del terreno: principios y aplicaciones (John Peter Wilson y John C. Gallant) en la sección particular 2.7.2 Unidades de elevación y precisión vertical , y La caracterización geomorfológica de los modelos digitales de elevación ( Jo Wood ), busque "redondeo de enteros". Ambos documentos son pesados. Primero me di cuenta del problema a través de una descripción concisa y comprensible del problema en un documento sobre la construcción del primer modelo de elevación continental para Australia (circa 2000), usando el software ANUDEM , pero no puedo localizarlo en este momento.

No sé si esto ayudará, pero escribí una publicación de blog hace un tiempo en la red hidroeléctrica para 1cm LIDAR DEM. Podría tener algunas pepitas para ti.

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

Solo pensé que agregaría algo más para pensar aquí. Ahora me pregunto si el proceso de delineación de cuencas hidrográficas incluso funciona. Tengo un modelo que he estado editando manualmente y continuamente estoy revisando áreas que simplemente están mal. No creo que pueda confiar en los modelos generados por computadora ArcGIS en absoluto ...