Tutorial: Point clouds interpoleren naar raster

1. Introductie

In deze tutorial gaan we een raster maken van de point cloud-laag. Eerst zullen we het gebied waar we in geïnteresseerd zijn uitknippen. Vervolgens gebruiken we de Inverse Distance Weighting (IDW) methode om rasters van verschillende resoluties te maken. Ten slotte gebruiken we de triangulatie (TIN) methode en vergelijken we de resultaten. Voor vergelijking gebruiken we twee gekoppelde 2D-kaartweergaven en hoogteprofielen.

Na deze tutorial ben je in staat om:

• point cloud-gegevens te knippen
• point cloud-gegevens te interpoleren met de Inverse Distance Weighting (IDW) methode
• point cloud-gegevens te interpoleren met de triangulatie (TIN) methode
  
• rasters te vergelijken met behulp van twee 2D-kaartweergaven
• rasters te vergelijken met behulp van hoogteprofielen

We gaan verder met de VPC-laag van de vorige tutorial. Als alternatief kun je elke andere point cloud-tile gebruiken.

2. Point cloud data knippen

Laten we eerst onze point cloud-laag knippen naar een gebied waarin we geïnteresseerd zijn. In dit voorbeeld zullen we een polygoon digitaliseren rond het historische centrum van Middelburg en dat gebruiken om de VPC-laag van de vorige tutorial te knippen.

1. Open QGIS Desktop met het project van de vorige tutorial of laad een point cloud-laag in een leeg project.

2. Klik in de toolbar op  om een tijdelijke tekenlaag te maken.

3. Typ in het Nieuwe tijdelijke tekenlaag dialoogvenster Studiegebied als Laagnaam. Kies vervolgens bij Type geometrie voor Polygoon en verander de projectie naar de projectie van het project, d.w.z. EPSG:7415.

We hebben geen attributen nodig.

4. Klik op OK om de tijdelijke polygoonvectorlaag aan te maken.

De laag staat automatisch in de bewerkmodus, dus we kunnen meteen beginnen met het digitaliseren van de polygoon.

5. Klik op  om een polygoonobject toe te voegen.

6. Digitaliseer een polygoon rond je interessegebied. In dit voorbeeld zullen we een polygoon maken voor het historische centrum van Middelburg. Door met de linkermuisknop in het kaartvenster te klikken, kan je hoekpunten toevoegen, met backspace kan je het laatste hoekpunt verwijderen en met de rechtermuisknop kan je de polygoon sluiten.

7. Klik na het digitaliseren van de polygoon in de toolbar op om het bewerken uit te zetten en bevestig dat je de wijzigingen wilt opslaan.

Laten we de polygoon een witte rand geven en geen vulkleur.

8. Klik in het Lagen-paneel op   om het Laag opmaken paneel te openen.

9. Zorg ervoor dat de Studiegebied-laag de actieve laag is en klik op Standaard vulling.

10. Verander het Symboollaagtype naar Rand: Doorgetrokken lijn.

11. Verander de Kleur naar wit en de Lijndikte naar 0,86 mm.

Het resultaat zou er nu zo uit moeten zien:

Nu kunnen we de point cloud-laag knippen met de gedigitaliseerde polygoonvectorlaag.

12. Klik op   om het Toolbox Processing paneel te openen.

13. Ga naar de Beheren gegevens puntenwolk | Clippen tool.

14. Kies in het Clippen dialoogvenster bij Invoerlaag voor de point cloud-laag die je wilt knippen, bijvoorbeeld middelburg, en kies Studiegebied als de laag voor Polygonen clippen. Sla het resultaat op in het VPC formaat, bijvoorbeeld middelburg_center.vpc.

Merk op dat je alleen kunt opslaan in het VPC-formaat, omdat de invoerlaag in het VPC-formaat is!

15. Klik op Uitvoeren. Klik op Sluiten als de tool klaar is.

Merk op dat je alleen de begrenzing in het rood zult zien, omdat we het VPC-formaat gebruiken. Als je de luchtfoto verbergt, zal je de RGB-punten niet zien. Dit is geen probleem, omdat dit een tussentijds resultaat is, voordat we beginnen met het interpoleren van de punten voor ons interessegebied, wat we in het volgende hoofdstuk zullen doen.

16. Sla de Studiegebied polygoonlaag op door op  te klikken. We hebben de laag later nodig in de PDAL wrench tutorial. Sla het op als gebiedsgrens.shp.

3. Interpoleren met IDW

In dit hoofdstuk gaan we de point cloud-gegevens interpoleren naar raster met behulp van de Inverse Distance Weighting (IDW) methode. IDW zal hoogtes toewijzen aan onbekende locaties, gebaseerd op een gewogen gemiddelde van de hoogtes van bekende punten. De gewichten worden bepaald door een exponentiële afnamefunctie met de afstand tot een bekend punt.

1. Ga in  Toolbox Processing naar Conversie van puntenwolk | Naar raster exporteren.

2. Kies in het Naar raster exporteren dialoogvenster de geknipte VPC layer uit het vorige hoofdstuk (bijvoorbeeld middelburg_center) als Invoerlaag en het Z veld als Attribuut. Laat de Resolutie van het dichtheidsraster op 1 m staan en de Tegelgrootte voor parallelle uitvoeringen op 1000 m. Sla het resultaat op als DSM_IDW_1m.tif.

3. Klik op Uitvoeren. Klik op Sluiten als de tool klaar is.

4. Verberg in het Lagen-paneel alle lagen, behalve DSM_IDW_1m.

5. Ga naar het Laag opmaken paneel en verander de renderer naar Schaduw voor heuvels.

6. Verander onderaan in het Laag opmaken paneel, onder Hersamplen, Ingezoomd naar Bilineair en vink Vroeg hersamplen aan.

7. Zoom in op het raster en bekijk het resultaat.

8. Herhaal deze procedure voor Resolutie van het dichtheidsraster van 0,5 m , 0,25 m and 0,1 m. Sla de resultaten respectivelijk op als DSM_IDW_05m.tif, DSM_IDW_025m.tif and DSM_IDW_01m.tif.

TIP: Klik op het Geschiedenis  icoontje in Toolbox Processing en dubbelklik op de laatste tool die je vandaag hebt gebruikt. Nu hoef je alleen de Resolutie van het dichtheidsraster en de naam van het uitvoerbestand aan te passen. Je kan ook de stijl van het 1 m resultaat kopiëren en plakken op de andere resultaten. Klik met de rechtermuisknop op de laag en kies Stijlen in het contextmenu.

9. Vergelijk de resultaten. Wat zie je?

• Welke resolutie geeft het beste resultaat?

In het volgende hoofdstuk gaan we deze resolutie gebruiken voor een andere interpolatiemethode.

4. Interpoleren met TIN

In dit hoofdstuk gaan we een andere interpolatiemethode toepassen: Triangulated Irregular Network (TIN). Dit is een methode om een continu oppervlak, zoals terrein, te representeren met behulp van een netwerk van niet-overlappende driehoeken. De hoekpunten van deze driehoeken zijn de punten in de point cloud. De driehoeken worden vervolgens geïnterpoleerd naar een raster.

1. Ga in het Toolbox Processing paneel naar Conversie van puntenwolk | Eporteren naar een raster (met triangulatie).

2. Kies als Invoerlaag de point cloud-laag, bijvoorbeeld middelburg_center. Verander de Resolutie van het dichtheidsraster naar 0,5 m. Laat de Tegelgrootte voor parallelle uitvoeringen op 1000 staan. Merk op dat je het Z-attrobuut niet hoeft te kiezen. Dit wordt automatisch gebruikt voor de interpolatie. Gebruik DSM_TIN_05m.tif als uitvoerbestandsnaam.

3. Klik op Uitvoeren. Klik op Sluiten als de tool klaar is.

Merk op dat deze interpolatiemethode langzamer is dan IDW. Op mijn computer duurde het 6 minuten

4. Inspecteer het resultaat.

In het volgende hoofdstuk gaan we de resultaten vergelijken.

5. Vergelijken van de resultaten

5.1. Kaartthema's maken

In QGIS is een Kaartthema een manier om de huidige zichtbaarheid en stijl van lagen in je project op te slaan, zodat je snel kunt schakelen tussen verschillende laagconfiguraties. Dit is handig als je met veel lagen werkt en je wilt focussen op specifieke lagen of combinaties van lagen op verschillende momenten. 

Laten we twee kaartthema’s maken. Eén die IDW laat zien en de andere die het TIN-interpolatieresultaat laat zien.

1. Verberg in het Lagen-paneel alle lagen, behalve DSM_IDW_05m.

2. Klik op het Kaartthema's beheren   icoontje en kies Thema toevoegen... in het menu.

3. Typ in de popup IDW als Naam voor het nieuwe thema en klik OK.

4. Verberg nu de DSM_IDW_05m laag en vink de DSM_TIN_05m laag aan om het zichtbaar te maken.

5. Klik op het Kaartthema's beheren   icoontje en kies Thema toevoegen... in het menu.

6. Typ in de popup TIN als Naam voor het nieuwe thema en klik OK.

7. Klik nu opnieuw op Kaartthema's beheren    en selecteer achtereenvolgens IDW en TIN om ze te vergelijken.

5.2. Vergelijken van 2D-kaartweergaven

Nu we de kaartthema's hebben ingesteld, kunnen we ze gebruiken in specifieke 2D-kaartweergaven.

1. Sluit de Laag opmaken en Toolbox Processing panelen om meer ruimte te creëren. 

Ga in het hoofdmenu naar Beeld | Nieuwe Kaartweergave.

2. De nieuwe kaartweergave, met de naam Kaart 1 verschijnt in een paneel. Vergroot het paneel zodat je de twee kaartweergaven zo groot mogelijk hebt.

3. Gebruik het   icoontje in het Lagen-paneel om het kaartthema van de linker kaart (Kaart 0) in te stellen op IDW.

4. Gebruik het   icoontje in the toolbar van Kaart 1 om het kaartthema op TIN te zetten.

De kaarten zijn niet op dezelfde schaal. Laten we dat veranderen.

5. Klik in het Kaart 1 paneel op het Instellingen voor weergave   icoontje vink de hokjes aan voor Midden van weergave synchroniseren met hoofdkaart en Schaal synchroniseren.

Nu zijn de 2D-kaartweergaven op dezelfde schaal en gekoppeld:

6. Zoom in op verschillende lokaties op de kaart en vergelijk de resultaten.

• Welke interpolatiemethode geeft het beste resultaat?

In de volgende sectie gaan we de DSM’s vergelijken met behulp van de Hoogteprofiel-tool.

5.3. Vergelijk hoogteprofielen

Een andere manier om de interpolatieresultaten met elkaar te vergelijken is door hoogteprofielen te maken.

1. Sluit het Kaart 1 paneel.

2. Ga in het hoofdmenu naar Beeld | Hoogteprofiel.

Dit opent het Hoogteprofiel-paneel onder het kaartvenster.

3. In het lagenpaneel, aan de linkerkant van het Hoogteprofielpaneel, houd je de vakjes aangevinkt van de lagen die je in het profiel wilt tonen.

4. Nu hebben alle DSM lagen dezelfde kleur in de legenda. Dubbelklik op de lijnen en verander de kleuren zodanig dat we ze kunnen onderscheiden.

5. Gebruik de Opname vanuit lijn   tool om een transect op de kaart te tekenen. Met de rechtermuisknop kan je de lijn afsluiten.

6. Vergelijk de verschillende interpolatieresultaten.

Merk op dat de VPC-lagen niet gebruikt kunnen worden. In plaats daarvan kunnen we originele LAZ tiles toevoegen..

7. Voeg één of meer LAZ tiles toe aan je project.

8. Bekijk het hoogteprofiel. Gebruik het Opties   icoontje om de Tolerantie aan te passen. Dit bepaalt de buffer rond het transect die de punten in het hoogteprofiel zal omvatten.

• Hoe hoog is de kerktoren (Lange Jan)?
• Vergelijk de punten met de interpolaties. Welk resultaat komt het best overeen met de hoogtepunten?