Пирамиды Terrain
Пирамиды представляют уровни детализации, генерируемые у наборов данных Terrain, чтобы улучшить эффективность работы некоторых приложений. Они используются как форма масштабно зависимой генерализации. Уровни пирамидных слоев используют тот факт, что требования к точности уменьшаются с масштабом. Они близки по строению и назначению к растровым пирамидам, но их реализация различна.
Пирамиды Terrain генерируются в процессе сокращения точек, известного также как прореживание точек. Это уменьшает число измерений, требующихся для представления поверхности данной территории. Для каждого следующего уровня пирамиды используется меньше измерений, и точность поверхности падает соответственно. Измерения оригинальных источников все еще используются в более грубых пирамидах, но реже. Передискретизация, усреднение или производные данные для пирамид не используются.
Для создания пирамид требуется время, поэтому вы должны решить, как лучше всего использовать их в ваших интересах.
Потенциал использования пирамидных слоёв
- Отображение слоя Terrain в ArcMap или ArcGlobe
- Создание растров из набора данных Terrain
- Извлечение поднабора TIN из набора данных Terrain
- Анализ поверхности с использованием инструментов 3D Analyst
- Анализ поверхности с использованием инструментов геообработки
Существуют два типа пирамид: z-допуск и размер окна. Пирамиды типа z-допуск используют вертикальный допуск при определении разрешающей способности поверхности Terrain. Каждый уровень пирамид – это, по сути, приближенная вертикальная точность данных полного разрешения. При использовании типа пирамид Размер окна постоянное разрешение и горизонтальная плотность точек задаются по исходному размеру окна для всех масштабов уровня.
Когда формируется набор данных Terrain, вы должны точно установить количество уровней пирамидных слоев для выбранного типа пирамид. Для каждого уровня пирамиды вы устанавливаете базовый масштаб и вертикальный допуск или размер окна. Базовый масштаб является пороговым. Слой пирамиды используется, чтобы определить Terrain между его базовым масштабом и базовым масштабом следующего самого грубого уровня. Основные затраты при создании пирамид связаны, в основном, с минимальными вертикальным допуском или размером окна, но не с количеством пирамид.
Почему используются пирамиды?
Если вы предполагаете использовать измерения Terrain только полного разрешения и относительно постоянно и в крупномасштабном отображении, вам нет необходимости генерировать многоуровневые пирамиды. Например, если ваше использование Terrain ограничено работой с растрами для крупномасштабных приложений из лидарных или сонарных данных и вы намереваетесь хранить и обновлять источники измерений для архивирования, причины подвергать процесс оценке могут отсутствовать. С другой стороны, если вы хотите использовать прореженные данные для улучшения представления всего масштабного ряда, многоуровневые пирамиды будут весьма полезны.
В Мастере Terrain (Terrain Wizard) есть кнопка Подсчитать свойства пирамид (Calculate Pyramid Properties), устанавливающая значения по умолчанию. Используйте её как стартовую точку, затем очистите и исправьте основанные на ваших знаниях данные.
Пирамида типа Z-допуск
Пирамида типа z-допуск управляет вертикальной точностью каждого уровня пирамиды относительно исходных данных полного разрешения. Вертикальная точность уровня пирамиды всегда соотносится с точностью исходных данных. Например, если исходные данные имеют вертикальную точность 0,5 фута и z-допуск пирамиды первого уровня составляет 1 фут, абсолютная точность пирамиды первого уровня будет 1,5 фута.
Вы должны определить, какое количество уровней пирамиды вам требуется, и z-допуск для каждого уровня. Основные факторы, влияющие на это решение: диапазон масштабов, использованный в наборе данных Terrain, диапазон высот и характер изменения высот в наборе данных Terrain. Один метод, который вы можете использовать, следует модели изолиний карты.
Определение z допуска уровней пирамид
Определение уровней пирамид по модели изолиний карты
- Составьте стандартный набор масштабов карты, которые вы будете использовать в построении карт изолиний по данным Terrain.
- Организуйте масштабы по убыванию. Введите интервал между изолиниями для каждого масштаба. Подберите уровни пирамидных слоев набора данных Terrain для этих карт изолиний.
- Определите каждому уровню пирамидных слоев диапазон масштабов, настраивая пределы масштабов для каждой шкалы. z-допуск должен настраиваться как половина интервала между изолиниями, который используется в конкретной шкале масштаба.
В представленном ниже определении пирамид данные полного разрешения будут использоваться для отображения при масштабах больше 1:5 000. Уровень пирамид с Z допуском 0,5 единиц будет использоваться на масштабах от 1:5 000 до 1:12 000, с допуском 1,0 единиц - на масштабах от 1:12 000 до 1:24 000, с допуском 2,5 единиц – на масштабах меньше 1:100 000.
|
Масштаб карты |
Интервал между изолиниями (в метрах) |
|---|---|
|
1:5,000 |
1 |
|
1:12,000 |
2 |
|
1:24,000 |
5 |
|
1:100,000 |
10 |
|
Предел масштаба |
Z допуск (в метрах) |
|---|---|
|
5,000 |
0.5 |
|
12,000 |
1 |
|
24,000 |
2.5 |
|
100,000 |
5 |
Просмотрите значения Z-допуска и определите, подходят ли они вашим данным. Если имеющаяся область поверхности относительно плоская, возможно, целесообразнее уменьшить наполовину значения Z допуска. Мастер Terrain (Terrain Wizard) содержит функцию Подсчитать свойства пирамид (Calculate Pyramid Properties), которая установит значения по умолчанию. Используйте её для начала настройки. Уточните значения и внесите исправления исходя из параметров ваших данных.
Рекомендации к значениям Z-допуска
Если у вас очень насыщенные данные, покрывающие большую площадь (например, лидарная съёмка нескольких округов), для использования данных в мелких масштабах рассмотрите целесообразность перевода их в растры. Наборы данных Terrain могут генерировать растры, которые могут выступать уровнями пирамид. Это может быть более эффективно для работы в приложениях, которые используют данные в более мелком масштабе. Следовательно, вам могут и не понадобиться пирамиды, определенные на мелких масштабах. Для завершения настроек уровней воспользуйтесь масштабнозависимой отрисовкой в ArcMap, регулируя видимость уровня на различных масштабах.
Пирамиды типа Z-допуск более эффективны в работе с лидарной съёмкой земной поверхности и с батиметрическими данными. Если точечные данные в большинстве своём представлены зданиями и растительностью (мультивозвратный лидар), целесообразнее применять пирамиды типа Размер окна и параллельно методы вторичного прореживания.
Пирамиды типа Размер окна
Разрешение в уровне пирамид устанавливается по размеру окна. Тип пирамид Размер окна прореживает точки для каждого уровня пирамид, разделяя все данные на равные участки (по размерам окна) и выбирая из них, в качестве представителя, только одну или две точки.
Выбор точек для каждого окна основывается на одном из следующих критериев:
- Точка с минимальным значением Z
- точка с максимальным значением Z
- Две точки для захвата минимального и максимального Z-значений
- Точка с Z-значением, приближенным к среднему
Разрешение в уровне пирамид устанавливается по размеру окна. Это длина стороны для каждой квадратной области, определяющая подразделение. Уровни пирамид с грубой детализацией задаются большими размерами окна. Из-за больших размеров окна области источники точек значительно сокращаются. Так как из каждой области выбираются только одна-две точки, это приводит к прореживанию и обобщению данных. Уровни пирамид лучшего разрешения используют маленькие размеры окна. Размеры окна маленькие, а значит на большее количество областей разбивается карта, больше точек выбирается, есть минимальное прореживание и максимальная детализация.
Как и пирамиды Z-допуска, пирамиды Размера окна являются интегрирующими. Точки уровня пирамидных слоев – это сумма всех точек, выбранных из более грубых по детализации уровней плюс дополнительный набор точек, уникальных для текущего уровня. Интегрирующие пирамиды удобны для хранения, так как для каждого уровня пирамидных слоев не требуется снова разделять и полностью копировать данные.
 |
Рекомендации по методу выбора точек
Уровни пирамидных слоев высшего разрешения должны использовать размер окна, равный или больше чем средний интервал между точками. Если вы знаете, что в ваших данных много точек, которые отстоят ближе, чем на средний интервал, более целесообразно ввести среднее значение z, так как оно вероятно проредит большее количество точек. В противоположном случае, используйте двойное значение среднего интервала между точками.
Исключение: если вы применяете метод выбора точек z минимум/ z максимум, возьмите четыре средних интервала между точками. Уровень пирамидных слоев с самой грубой детализацией должен использовать размер окна, который основывается на x и y содержании набора данных Terrain. Резонно ввести от 1/500 до 1/1000 больше, чем имеющееся количество x и y. Наиболее эффективны пирамиды, составленные с размерами окон, которые четко следуют друг за другом. Определите размер самого маленького окна и начните последовательное увеличение с него.
Критерий выбора определяет, какие точки выбираются как представители области – источника на различных уровнях пирамидных слоев. Каждый критерий предлагает уклон для использования у определенного типа данных или в приложении. Обратите внимание, что уклон не классифицируется и не имеет влияния на уровень пирамидных слоев полного разрешения.
|
Метод |
Цели |
Рекомендуемые приложения |
|---|---|---|
|
Минимум Z |
Уклон локальных низменностей, рек, впадин |
|
|
Максимум Z |
Уклон локальных высот, горных гребней, возвышенностей |
|
|
Z Минимум/Z Максимум |
Захватывает крайние точки; не прореживает больше, чем другие опции |
|
|
Z Среднее |
Не берет крайних точек |
|
Вторичное прореживание
При использовании пирамид типа Размер окна можно задействовать опцию вторичного прореживания. Это может сократить число точек для уровня пирамидных слоев до и после завершения фильтрации точек по размеру окна. Метод работает, начиная с уровня пирамид самой грубой детализации, посредством проверки данных каждого окна. Если диапазон z-значений точек входит в установленные пользователем пределы, то область проверки отмечается как плоская. Для области выбираются одна-две точки при нормальном процессе фильтрации, но все остающиеся точки будут отображаться в уровне пирамид полного разрешения и не будут выбираться другими уровнями. Так как область плоская, нет нужды брать дополнительные точки в окнах меньших размеров.
Рекомендации для метода вторичного прореживания
При включении вторичное прореживание уменьшает число точек на плоских областях карты. Область расценивается как плоская, если высоты точек внутри неё находятся в указанных пользователем пределах вторичного прореживания. Это эффективно в применении на уровнях пирамидных слоев высокого разрешения, так как маленькие области более вероятно будут расценены как плоские, нежели чем большие.
Предел вторичного прореживания должен устанавливаться больше, чем вертикальная точность данных, чтобы подняться над шумовым слоем. Если вы укажете большие значения, вы проредите больше точек и получите преимущество быстродействия, но сократите точность поверхности.
- Мягкое прореживание (Mild Thinning) – Применяется для защиты линейных неоднородностей (например, форм домов и границ леса). Он рекомендуется для лидарных данных:земных и неземных точек. Он разредит меньшее количество точек.
- Умеренное прореживание (Moderate Thinning) – Предоставляет прекрасное соотношение точности данных и быстродействия. Не защищает детали как мягкое прореживание, но позволяет осуществлять значительное приближение при фильтрации большего количества точек. Умеренное прореживание рекомендуется для всех типов данных.
- Сильное прореживание (Strong Thinning) – Удаляет большинство точек и не защищает детали объектов. Метод находит применение только на поверхностях, где уклон имеет тенденцию изменяться плавно. Например, сильное прореживание будет целесообразно для земной лидарной съёмки и батиметрии.
Пример создания пирамид типа Размер окна
Мастер Terrain (Terrain Wizard) содержит функцию Подсчитать свойства пирамид (Calculate Pyramid Properties), который установит значения по умолчанию. Используйте её как стартовую точку, затем очистите и исправьте основанные на ваших знаниях данные. Функция Подсчитать свойства пирамид (Calculate Pyramid Properties) работает как описывается ниже.
Основывайте параметры уровней пирамид на следующей информации:
- Средний интервал между точками у точечных данных – 1 метр.
- Нет значительной разницы в интервале между точками – большинство точек отстоят на 1 метр.
- Содержание данных – 20 километров с востока на запад и 10 километров с севера на юг.
- Начните с размера окна в 2 (метра) и увеличивайте в два раза: 2, 4, 8, 16, 32. Остановитесь на 32, так как он затрагивает от 1/500 до 1/1000 содержания в 20 километров.
- Для каждого размера окна используйте границу масштаба больше предыдущей в два раза. Вам следует закончить на определении пирамиды, как указывается ниже.
|
Размер окна |
Масштаб |
|---|---|
|
2 |
3,000 |
|
4 |
6,000 |
|
8 |
12,000 |
|
16 |
24,000 |
|
32 |
48,000 |
Сравнение типов Размер окна и Z допуск
|
Размер окна |
Z допуск | |
|---|---|---|
|
Плюсы |
Быстрое построение. |
Приближенная вертикальная точность прореженных уровней детализации известна для анализа данных. |
|
Эффективность прореживания не зависит от разнообразия поверхности. |
прореживание меняется исходя из характера поверхности; оставляет только нужные, репрезентативные точки. |
|
|
Известно горизонтальное разрешение. |
||
|
Уровни пирамид имеют предсказуемое (максимальное) число. |
||
|
Минусы |
Может дублировать уровни для плоских, не большого уклона поверхностей. |
Дольше время построения. |
|
Может не заметить растительность и здания. |
Не прореживает в достаточной мере данные домов и растительности. |
|
|
Неизвестна вертикальная точность прореженных данных. |
||
|
Рекомендуемые данные |
Все типы данных |
Земная топография, батиметрия. |