Méthodologie pour créer des réseaux de drainage précis (et des bassins versants) à partir de DEM LiDAR haute résolution?

Ce n'est pas la première fois que je tombe sur cette question; il semble que je ne suis pas en mesure de générer un modèle de réseau de drainage correct et les bassins versants résultants à partir de données LiDAR en pleine résolution (cellules de 1 m).

Lorsque je généralise le jeu de données LiDAR, le convertis en un DEM entier et remplis les puits, tout va bien et je peux facilement créer ce qui semble être un modèle très généralisé. Cependant, je voudrais produire un modèle de site détaillé pour une carte à grande échelle et c'est là que j'ai des problèmes.

Je dois souligner que la plupart des problèmes surviennent dans des zones plus plates.

J'aimerais que le réseau de drainage suive avec précision le terrain, mais lorsque j'utilise la création du réseau de drainage à partir d'une entrée DEM entière, les cours d'eau résultants sont très généraux et souvent «déconnectés» dans les zones où il ne devrait pas l'être. Les cours d'eau ne suivent même pas de près les crêtes naturelles du terrain. Il existe également de nombreux segments "orphelins" ou "ne va nulle part". Lorsque j'utilise une entrée DEM à virgule flottante , le réseau de drainage résultant est détaillé et précis mais très déconnecté, groupé et "jonché" de cours d'eau orphelins.

Je soupçonne que mon problème réside quelque part dans la préparation des données; Entier vs entrée DEM raster à virgule flottante, remplissage correct des puits, etc. Ou est-il possible que je doive traiter les données de surface d'une manière ou d'une autre pour créer d'abord un DEM d'entrée «hydrologiquement correct»?

Quelqu'un peut-il décrire la bonne méthodologie pour créer des réseaux de drainage continus et des bassins versants à l'aide de LiDAR haute résolution?

En l'état, j'ai plus de succès à créer le modèle à partir d'une entrée DEM entière. Ce n'est cependant pas idéal pour une analyse détaillée à grande échelle:

La première image jointe est un modèle produit à partir d'une entrée DEM entière. Plusieurs zones problématiques évidentes sont encerclées. Veuillez noter qu'il y a en fait un ruisseau dans ce qui semble être le principal canal de drainage. J'ai ajouté une version très généralisée du flux.

EDIT: Comme je l'ai déjà mentionné, j'ai plus de succès avec la création du modèle à partir d'une entrée DEM entière. Les captures d'écran suivantes illustrent pourquoi. Même si l'entrée DEM entière a de nombreux problèmes comme on peut le voir ci-dessus, elle produit toujours un réseau de drainage qui est moins déconnecté bien qu'il ne soit pas conforme aux caractéristiques du terrain. Comme vous pouvez le voir sur l'image directement ci-dessous, l'utilisation d'une entrée DEM à virgule flottante produit un réseau très déconnecté et en cluster plein de petits segments orphelins.

Trame d'accumulation de flux produite à partir d'un MNT à virgule flottante

Trame d'accumulation de flux produite à partir d'un DEM entier

Pour autant que je puisse en déduire, les deux méthodes donnent des résultats radicalement différents, les deux méthodes sont inutilisables pour un modèle détaillé.

EDIT: Je m'excuse d'avoir rendu ce message de plus en plus long (peut-être que je ne m'exprime pas clairement en anglais) Pour illustrer davantage le problème de l'utilisation d'un DEM à virgule flottante pour l'entrée, je joins la sortie Stream Link résultante ainsi que les bassins versants résultants. Ce que j'attends, c'est un réseau de ruisseaux continu et une zone entière couverte de bassins qui se jettent les uns dans les autres.

Stream Link produit à partir d'une entrée en virgule flottante DEM:

Bassins versants produits à partir d'une entrée en virgule flottante DEM:

Voici un exemple (zone proche, mêmes données) où la direction d'écoulement entière d'un bassin est modifiée en raison de l'utilisation d'une entrée DEM entière: La flèche rouge est la direction d'écoulement du modèle et la flèche bleue indique la direction du débit réel . (lignes bleues - flux réels, le réseau rouge est l'ordre Strahler du réseau de flux dérivé de LiDAR)

Lien vers les données: https://www.yousendit.com/download/MEtSOGNVNXZvQnRFQlE9PQ (expirera le 13 mai 2011)

Avez-vous envisagé d'utiliser l'analyse GRASS GIS? J'ai l'expérience que les algorithmes GRASS ont une très bonne assurance sur l'analyse hydrologique. Par exemple, je veux générer quelque chose comme un réseau de drainage sur DTM avec une résolution de 5x5m. J'avais comparé les outils d'ArcMap (y compris les outils ArcHydro) et vous pouvez voir le résultat sur la première image (lignes rouges). Ensuite, j'ai essayé d'utiliser la fonction GRASS GIS 'r.stream.extract' et j'avais le résultat affiché sur l'image 2 (lignes rouges). Les deux canalisations de drainage sont générées avec une zone de cathement de 3 hectares.

C'est vraiment différent, et il a une assez grande assurance par rapport aux flux réels (image 3, les flux réels sont bleus). Et GRASS GIS dispose de nombreux outils hydrologiques, c'est-à-dire pour générer également des bassins versants.

En ce qui concerne la génération de modèles d'élévation hydrologiques corrects, également appelés drainage forcé, ANUDEM , reste le meilleur de la race à ma connaissance. Il s'agit du programme utilisé pour générer l' ensemble de données d'élévation national canadien (CDED, ironiquement stocké en mètres entiers). De plus , le TopoToRaster outil dans ArcGIS utilise ANUDEM sous le capot (une révision ou trois derrière en cours).

L'USGS a utilisé un programme différent pour le modèle américain, Delta3D par AverStar, mais quand j'ai demandé (il y a dix ans) c'était un programme personnalisé et non disponible sur étagère (bien que pour quelques 100k ils l'adapteraient à nos besoins ).

Je ne connais pas d'autres outils pour générer des modèles d'élévation forcés par drainage, mais j'aimerais en entendre parler.

De retour à l'université, j'ai travaillé sur un projet qui a très bien réussi. Je ne suis pas hydrologue, je n'ai pas non plus terminé le projet (diplômé), mais vous voudrez peut-être vérifier ceci:

TauDEM 5.0

D'après mes souvenirs, cela a plutôt bien fonctionné. C'est un outil gratuit et peut être exactement ce dont vous avez besoin.

Edit: Après avoir lu votre question plus attentivement, je pense que c'est exactement l'outil dont vous avez besoin. Il n'a pas de déconnexion comme vous le décrivez, tout le flux continue en aval, c'est-à-dire pas de flux orphelins. La plupart des DEM calculent la direction du flux avec seulement 8 directions possibles, N, E, S, W et NE, SE, SW, NW. Cela conduit à un flux non naturel. TauDEM a une direction pondérée, il peut couler à 360 degrés. Il aura un écoulement plus naturel et je suppose qu'il est plus précis.

De plus, si vous avez plusieurs cœurs, il les utilisera. À l'aide d'un LiDAR haute résolution, TauDEM devrait traiter ce dont vous avez besoin assez rapidement.

Merci à tous pour vos contributions. J'ai conclu que la surface LiDAR en pleine résolution ne convient pas à ce type d'analyse.

Plus précisément à la question sur l'utilisation de l'entier ou de la virgule flottante: l'entier est le meilleur pour la vitesse, le stockage et évite certains types de dérive dus aux erreurs d'arrondi. Cependant, lorsque vous utilisez un entier, n'utilisez pas de mètres pour vos valeurs Z (élévation)! Modifiez les unités verticales en centimètres ou en millimètres, ou conservez-les en mètres et mettez à l'échelle les valeurs (multipliez par 100 ou 1000) qui ont le même effet. Si ce n'est pas possible, utilisez une virgule flottante.

L'analyse de pente et d'aspect et d'autres dérivés du 2ème et 3ème ordre sont particulièrement sensibles à la grossièreté des élévations entières basées sur les mètres. C'est vraiment une mauvaise pratique, mais c'est aussi une pratique standard.

Voir Analyse du terrain: principes et applications (John Peter Wilson et John C. Gallant) en particulier la section 2.7.2 Unités d'élévation et précision verticale , et La caractérisation géomorphologique des modèles numériques d'élévation ( Jo Wood ), recherchez «arrondi entier». Ces deux documents sont lourds. J'ai d'abord pris conscience du problème grâce à une description concise et compréhensible du problème dans un document sur la construction du premier modèle d'altitude continental pour l'Australie (vers 2000), en utilisant le logiciel ANUDEM , mais je ne peux pas le localiser pour le moment.

Je ne sais pas si cela vous aidera, mais j'ai écrit un article de blog sur le réseau hydroélectrique pour 1cm LIDAR DEM. Pourrait avoir des pépites pour vous.

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

Je pensais juste ajouter quelque chose de plus à penser ici. Je me demande maintenant si le processus de délimitation du bassin versant fonctionne même. J'ai un modèle que j'ai édité manuellement et je reviens continuellement sur des domaines qui sont tout simplement faux. Je ne pense pas du tout pouvoir compter sur les modèles générés par ordinateur ArcGIS ...