Mit der Arbeit mit LIDAR-Daten beginnen

In diesem Lernrogramm extrahieren Sie Informationen aus LIDAR-Daten. LIDAR (Light Detection and Ranging) ist eine Fernerkundungstechnik, bei der Laserlicht für ein dichtes Abtasten der Erdoberfläche verwendet wird und hochgenaue Messungen von X-, Y- und Z-Punkten ermittelt werden. Eine Gruppe dieser Punkte wird als Punktwolke bezeichnet. Die von einem LIDAR-System ausgegebenen Laserpulse reflektieren von Objekten auf und oberhalb der Bodenoberfläche: Vegetation, Gebäude, Brücken usw. Ein ausgegebener Laserimpuls kann einmal reflektiert werden (einfache Reflexion), wenn er auf eine feste Oberfläche wie ein Gebäudedach oder Boden trifft. Er kann auch mehrfach reflektiert werden (Mehrfachreflexion), wenn er auf dem Weg zum Boden auf mehrere Reflexionsflächen trifft. Bei einem Baum kann der Impuls beispielsweise von mehreren Blättern und kleinen Ästen in verschiedenen Höhen und schließlich vom Boden reflektiert werden. All diese Reflexionen werden als Punkte in der Punktwolke dargestellt und liefern umfangreiche und detaillierte Informationen über die Landschaft. Weitere Informationen zu LIDAR-Daten finden Sie unter Was sind LIDAR-Daten?

LIDAR-Punktwolke

Um 3D-Gebäude-Shapes aus LIDAR-Daten zu extrahieren, müssen Sie zuerst die Punktwolke klassifizieren und dabei die Punkte identifizieren, die den Boden und die Gebäude im Interessenbereich darstellen. Danach verwenden Sie die als Boden klassifizierten Punkte zum Generieren eines DEM, mit dem die Höhe einer Bodenoberfläche als kontinuierliches Raster dargestellt wird. Als Nächstes verwenden Sie die als Gebäude klassifizierten Punkte, um die 2D-Gebäude-Footprints zu extrahieren. Zum Schluss führen Sie diese Elemente zusammen, um 3D-Gebäude-Features zu generieren.

3D-Gebäude-Features

Hinweis:

In diesem Lernprogramm werden LIDAR-bezogene Konzepte vermittelt: Es werden die Besonderheit von LIDAR-Daten, die Erstellung eines LAS-Datasets, die Klassifizierung einer Punktwolke, die Ableitung eines digitalen Höhenmodells (DEM) aus einer Punktwolke und die Extraktion von 2D-Gebäude-Footprints und 3D-Multipatch-Gebäuden erläutert.

Für städtische Behörden und sonstige Einrichtungen, die umfangreiche 3D-Grundkarten erstellen möchten, bietet Esri die Lösung "3D Buildings" an. Sie enthält eine Reihe von Workflows für die optimierte Erstellung und Pflege eines 3D-Gebäude-Layers. Deren Verwendung wird im ArcGIS Lab Die ArcGIS Solution for 3D Buildings anwenden demonstriert.

Das Projekt herunterladen und öffnen

Zunächst laden Sie das Projekt herunter, das alle für das Lernprogramm benötigten Daten enthält, und öffnen es in ArcGIS Pro.

  1. Laden Sie die .zip-Datei Building_Extraction herunter.

    Die Datei .zip wird auf den Computer heruntergeladen.

  2. Navigieren Sie zur heruntergeladenen Datei Building_Extraction.zip auf Ihrem Computer.
    Hinweis:

    Je nach Web-Browser wurden Sie möglicherweise vor dem Herunterladen aufgefordert, den Speicherort der Datei auszuwählen. In den meisten Browsern werden heruntergeladene Dateien standardmäßig im Ordner "Downloads" gespeichert.

  3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Datei Building_Extraction.zip, und extrahieren Sie sie an einem Speicherort, den Sie leicht wiederfinden, beispielsweise den Ordner "Dokumente".

    Danach öffnen Sie das Projekt in ArcGIS Pro.

  4. Starten Sie ArcGIS Pro. Wenn Sie dazu aufgefordert werden, dann geben Sie die Anmeldeinformationen für Ihr ArcGIS-Konto an.
    Hinweis:

    Wenn Sie über keinen Zugriff auf ArcGIS Pro oder über kein ArcGIS-Organisationskonto verfügen, informieren Sie sich über die Optionen für den Zugriff auf die Software.

  5. Klicken Sie in ArcGIS Pro auf Ein anderes Projekt öffnen.

    Option "Anderes Projekt öffnen"

  6. Navigieren Sie im Fenster Projekt öffnen zum heruntergeladenen Ordner Building_Extraction. Klicken Sie auf Building_Extraction.aprx, um die Datei auszuwählen, und klicken Sie dann auf OK.

    Das Projekt wird geöffnet.

    Standardprojekt

    Dieses Projekt enthält eine 3D-fähige lokale Szene, die auf das Stadtviertel Tuborg Havn in Kopenhagen in Dänemark zentriert ist. Dies ist ein neu überplantes, gemischt genutztes Stadtviertel, das sich am ehemaligen Industriestandort der Tuborg-Brauereien befindet. Diese Szene enthält die Datei Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif, eine Luftaufnahme des Gebietes, die Sie in diesem Lernprogramm als Referenz verwenden.

    Hinweis:

    Das Bildmaterial Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif und alle in diesem Lernprogramm verwendeten Daten stammen von der Website Styrelsen for Dataforsyning og Effektivisering der dänischen Regierung.

    In ArcGIS Pro eignen sich lokale Szenen hervorragend zum Anzeigen von 3D-Datasets mit begrenzter räumlicher Ausdehnung, wie zum Beispiel eine Stadt oder in diesem Fall ein bestimmtes Stadtviertel. Für die Anzeige der Daten in einer lokalen Szene muss ein projiziertes Koordinatensystem verwendet werden. Weitere Informationen zu lokalen Szenen und dem Unterschied zu globalen Szenen finden Sie auf der Dokumentationsseite Szenen.

  7. Vergrößern Sie die Ansicht mit dem Mausrad, und ziehen Sie die Karte, um zu schwenken. Achten Sie auf das Stadtviertel "Tuborg Havn".

    Das Stadtviertel enthält moderne Gebäude, einen Jachthafen mit Booten, kleinere Gebäude im Westen und Norden und ein Gebiet im Südosten, das sich noch in Entwicklung befindet.

    Hinweis:

    Damit Sie dieses Lernprogramm schnell durcharbeiten können, wurde die Ausdehnung begrenzt. In einer Produktionsumgebung können Sie natürlich mit einem größeren Stadtviertel oder sogar einer ganzen Stadt arbeiten.

    Als Nächstes bereiten Sie die LIDAR-Daten vor und zeigen sie an.

Ein LAS-Dataset erstellen

LIDAR-Punktwolkendaten werden häufig im LAS-Dateiformat gespeichert. In diesem Lernprogramm breitet sich das Gebiet von Tuborg Havn über zwei LAS-Dateien aus. Diese werden Sie in einem einzigen LAS-Dataset zusammenführen.

Hinweis:

Es ist normal, dass mehrere LAS-Dateien für einen Interessenbereich verwendet werden. Ein LAS-Dataset kann so viele LAS-Dateien enthalten, wie für Ihr Untersuchungsgebiet erforderlich sind.

Zuerst sollten Sie die zwei LAS-Punktwolkendateien suchen.

  1. Klicken Sie im Menüband oben im Fenster auf die Registerkarte Ansicht. Klicken Sie in der Gruppe Fenster auf den Bereich "Katalog".

    Schaltfläche für den Bereich "Katalog"

    Der Bereich Katalog wird angezeigt.

  2. Blenden Sie im Bereich Katalog die Elemente Ordner, Building_Extraction, Tuborg_Havn_data und LAS_data ein.

    Eingeblendete Ordner

    PUNKTSKY_1km_6181_724.las und PUNKTSKY_1km_6181_725.las sind die zwei LAS-Dateien, die das Stadtviertel Tuborg Havn abdecken.

    Hinweis:

    Diese zwei LAS-Dateien stammen aus einem Projekt der Regierung von Dänemark, in dem LIDAR-Daten, die das gesamte Land abdecken (LIDAR-Coverage), generiert wurden.

    Als Nächstes erstellen Sie ein LAS-Dataset.

  3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Ordner LAS_data, zeigen Sie auf Neu, und wählen Sie LAS-Dataset aus.

    Option "LAS-Dataset"

    Ein neues LAS-Dataset wird zum Ordner LAS_Data im Bereich Katalog hinzugefügt. Der Name des Datasets kann bearbeitet werden.

  4. Geben Sie Tuborg_Havn ein, und drücken Sie die Eingabetaste.

    Die Erweiterung wird automatisch hinzugefügt. In der Liste wird der Name Tuborg_Havn.lasd angezeigt.

    Tuborg_Havn.lasd ist ein LAS-Dataset, das aber noch leer ist. Als Nächstes müssen Sie es füllen.

  5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Tuborg_Havn.lasd, und wählen Sie Eigenschaften aus.

    Option "Eigenschaften"

  6. Klicken Sie im Fenster Eigenschaften: LAS-Dataset auf die Registerkarte LAS-Dateien.
  7. Klicken Sie unter Dateien auf Dateien hinzufügen.

    Schaltfläche "Dateien hinzufügen"

  8. Navigieren Sie im Fenster Öffnen zum Ordner Tuborg_Havn_data, und doppelklicken Sie auf den Ordner LAS_data, um ihn zu öffnen.
  9. Halten Sie die Umschalttaste gedrückt, und klicken Sie auf PUNKTSKY_1km_6181_724.las und PUNKTSKY_1km_6181_725.las, um beide Dateien auszuwählen. Klicken Sie auf Öffnen.

    Ausgewählte LAS-Dateien

    Diese zwei Dateien werden zur Liste hinzugefügt. Gemäß den Werten unter Punktanzahl enthält jede LAS-Datei zwischen 3 Millionen und 5 Millionen Punkte. Die Werte unter Punktabstand zeigen, dass etwa 0,3 Meter zwischen den Punkten liegen.

    Werte für "Punktanzahl" und "Punktabstand"

  10. Klicken Sie auf die Registerkarte Allgemein.

    Diese Registerkarte enthält eine Zusammenfassung der gesamten Informationen für das neue LAS-Dataset. Dort ist angegeben, dass zwei LAS-Dateien mit 8.127.305 LAS-Punkten vorhanden sind. Außerdem sind die Werte für die Ausdehnung der Daten und die Einheiten in horizontaler (XY) und vertikaler (Z) Richtung in Metern angegeben.

    Registerkarte "Allgemein" im Fenster "Eigenschaften: LAS-Dataset"

  11. Klicken Sie auf die Registerkarte Statistiken.

    Registerkarte "Statistiken" im Fenster "Eigenschaften: LAS-Dataset"

    Auf dieser Registerkarte befindet sich unter Klassifizierungscodes eine Liste der Klassifizierungscodes, die den LAS-Punkten zugewiesen wurden. Da noch keiner dieser Punkte eine Klassifizierung erhalten hat, ist nur der Klassifizierungscode Nicht zugewiesen aufgeführt. In diesem Lernprogramm fügen Sie neue Klassen hinzu, zum Beispiel für Boden, Gebäude und Rauschen.

  12. Klicken Sie auf die Registerkarte Koordinatensystem.

    Das projizierte Koordinatensystem ist ETRS 1989 UTM Zone 32N. Dabei handelt es sich um das Koordinatensystem der ursprünglichen LAS-Dateien, das in das Dataset Tuborg_Havn.lasd übernommen wurde. Dieses Koordinatensystem verwenden Sie in diesem Lernprogramm.

    Projiziertes Koordinatensystem für den Layer "Tuborg_Havn.lasd"

  13. Klicken Sie auf OK, um das Fenster Eigenschaften: LAS-Dataset zu schließen.

Das LAS-Dataset anzeigen und erkunden

Als Nächstes fügen Sie der Szene das LAS-Dataset hinzu und erkunden es. Da Sie momentan das Orthofoto nicht benötigen, sollten Sie es deaktivieren.

  1. Klicken Sie im Bereich Inhalt auf das Kontrollkästchen Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif, um den Layer zu deaktivieren.

    Layer deaktiviert

  2. Klicken Sie im Bereich Katalog mit der rechten Maustaste auf das Dataset Tuborg_Havn.lasd, und wählen Sie Zu aktueller Karte hinzufügen aus.

    Option "Zu aktueller Karte hinzufügen"

    Das Dataset Tuborg_Havn.lasd wird auf der Karte angezeigt.

    LAS-Dataset für Tuborg Havn auf der Karte

  3. Blenden Sie im Bereich Inhalt den Layer Tuborg_Havn.lasd ein.

    Eingeblendeter Layer "Tuborg_Havn.lasd" im Bereich "Inhalt"

    In der Legende ist das LAS-Dataset entsprechend der Höhe der Punkte symbolisiert. Die niedrigsten Punkte sind dunkelviolett, und der höchste Punkt ist leuchtend rot. Jetzt können Sie die Punktwolke in 3D erkunden.

  4. Klicken Sie in der Szene über dem Navigator-Rad auf Vollständige Steuerung anzeigen.

    Schaltfläche "Vollständige Steuerung anzeigen" des Navigator-Rads

    Das Navigator-Rad wird um die Funktionalität für die 3D-Navigation erweitert.

  5. Verwenden Sie das mittlere Navigator-Rad, um die Szene zu neigen und zu drehen.

    Szene geneigt und gedreht

    Tipp:

    Sie können die Szene auch ziehen und dann zum Schwenken die Taste C bzw. zum Neigen die Taste V drücken.

  6. Vergrößern Sie die Ansicht, bis Sie die einzelnen LAS-Punkte sehen können.

    Vergrößerte Szene mit den sichtbaren einzelnen LAS-Punkten

  7. Verkleinern Sie die Ansicht, bis Sie das LAS-Dataset in Form von Gitternetzen sehen.

    Verkleinerte Szene mit dem als Gitternetze dargestellten LAS-Dataset

    Diese Gitternetze zeigen die Ausdehnung beider Dateien und die maximale Höhe der in ihnen enthaltenen Punkte an.

  8. Fahren Sie mit der Erkundung des Punktwolken-Datasets fort. Sie können vergrößern und verkleinern, neigen, drehen und schwenken und dabei versuchen, Gebäude, Bäume, den Boden und weitere Elemente der Landschaft zu erkennen.
  9. Klicken Sie auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff auf die Schaltfläche Speichern, um das Projekt zu speichern.

    "Speichern" auf der Symbolleiste für den Schnellzugriff

    Tipp:

    Wenn Sie in einer Warnung darüber informiert werden, dass das Projekt mit einer früheren Version von ArcGIS Pro erstellt wurde, klicken Sie auf Ja, um fortzufahren.

    Zum Speichern des Projekts können Sie auch die Tastenkombination Strg+S drücken.

Sie haben ein LAS-Dataset erstellt, das zwei LAS-Dateien enthält. Außerdem haben Sie das Dataset zur Karte hinzugefügt und begonnen, es zu erkunden. Als Nächstes klassifizieren Sie das LAS-Dataset in verschiedene Klassen, wie zum Beispiel Boden und Gebäude.


Das LAS-Dataset klassifizieren

Im Folgenden teilen Sie das LAS-Dataset in verschiedene Klassen wie Klassen für Boden und Gebäude ein. Dazu verwenden Sie Werkzeuge, mit denen die Position und die Eigenschaften der Wolkenpunkte analysiert werden, um zu ermitteln, welcher Klasse sie angehören.

Hinweis:

Einige LAS-Punktwolken werden bereits vom Anbieter klassifiziert. In diesem Fall können Sie die Klassifizierungsschritte dieses Workflows überspringen.

LAS-Bodenpunkte klassifizieren

Zunächst ändern Sie die Symbolisierung, damit Sie die LAS-Punktklassen besser visualisieren können.

  1. Stellen Sie im Bereich Inhalt sicher, dass Tuborg_Havn.lasd ausgewählt ist. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Tuborg_Havn.lasd, und wählen Sie Auf Layer zoomen aus.

    "Auf Layer zoomen" für den Layer "Tuborg_Havn.lasd"

  2. Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer in der Gruppe Darstellung auf den Dropdown-Pfeil für Symbolisierung, und wählen Sie Klasse aus.

    Option "Klasse"

    In der Symbolisierung wird nun die Klassifizierung der einzelnen Punkte angezeigt. Da diese derzeit nicht zugewiesen sind, sind sie alle grau symbolisiert.

    Im Bereich Inhalt wird eine Liste mit möglichen Klassen angezeigt. Die meisten davon werden derzeit im LAS-Dataset nicht verwendet.

    Liste der Klassen

    Als Nächstes klassifizieren Sie die Bodenpunkte.

    Hinweis:

    Aufgrund der ursprünglichen Flugbahnen des Flugzeugs, von dem die Daten erstellt wurden, überlappen die LAS-Dateien einander unter Umständen an einigen Stellen. Da die doppelten Punkte Rauschen verursachen, machen Sie diese zunächst mit dem Werkzeug LAS-Überlappung klassifizieren ausfindig und deaktivieren sie dann. In den vorliegenden Daten gibt es jedoch keine Überlappung. Daher müssen Sie dieses Werkzeug nicht ausführen.

  3. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Ansicht in der Gruppe Fenster auf Geoverarbeitung.

    Schaltfläche "Geoverarbeitung"

    Daraufhin wird der Bereich Geoverarbeitung angezeigt. Zunächst verwenden Sie das Werkzeug Boden aus LAS klassifizieren.

  4. Hierzu geben Sie im Bereich Geoverarbeitung Classify LAS Ground ein, und klicken in der Ergebnisliste auf Boden aus LAS klassifizieren, um das Werkzeug zu öffnen.

    Suchergebnisse für "Classify LAS Ground"

  5. Wählen Sie im Bereich des Werkzeugs Boden aus LAS klassifizieren unter Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.

    Parameter für das Werkzeug "Boden aus LAS klassifizieren"

  6. Übernehmen Sie die Standardwerte für die anderen Parameter, und klicken Sie auf Ausführen.
    Hinweis:

    Um alle Bodenpunkte in der LAS-Punktwolke ausfindig zu machen, werden vom Werkzeug Boden aus LAS klassifizieren verschiedene Techniken verwendet. So wird beispielsweise nach den Punkten gesucht, die in der gesamten Szene durchgängig die tiefsten sind.

    Nach Abschluss dieses Vorgangs werden die LAS-Bodenpunkte in der Szene braun dargestellt.

  7. Vergrößern Sie die Ansicht, und beobachten Sie dabei, wie die LAS-Bodenpunkte auf Bodenflächen angezeigt werden, auf Gebäuden, Vegetationsflächen und Positionen von Fahrzeugen oder Booten, die nicht klassifiziert werden, jedoch nicht.

    LAS-Bodenpunkte

    Einige Punkte auf Gewässern wurden als Boden klassifiziert. Bei diesem Workflow muss jedoch nicht zwischen festem Boden und Wasser unterschieden werden, sodass das keine Rolle spielt.

  8. Verkleinern Sie die Ansicht wieder, sodass die gesamte LAS-Punktwolke angezeigt wird.
    Hinweis:

    Beim Klassifizieren von LAS-Punkten wird das Original-LAS-Dataset geändert. Wenn Ihnen dabei ein Fehler unterläuft und Sie einen Vorgang rückgängig machen müssen, können Sie das Werkzeug LAS-Klassencodes ändern verwenden. So können Sie beispielsweise die Punkte mit Code 2 (Boden) in Code 1 (nicht zugewiesen) ändern. Sie können aber auch vor Beginn eine Kopie des Original-Datasets als Sicherungskopie erstellen.

Ein DEM generieren

Im Folgenden verwenden Sie die LAS-Bodenpunkte, um ein DEM zu generieren, das Sie später in diesem Workflow benötigen. Mit einem DEM wird die Höhe einer Bodenoberfläche als kontinuierliches Raster dargestellt. Sie generieren das DEM mit dem Werkzeug LAS-Dataset in Raster. Da Sie das Werkzeug nur für Bodenpunkte ausführen, deaktivieren Sie die noch nicht zugewiesenen Punkte.

  1. Klicken Sie im Menüband auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer in der Gruppe Filter auf LAS-Punkte.

    Schaltfläche "LAS-Punkte"

    Das Fenster Layer-Eigenschaften wird auf der Registerkarte LAS-Filter mit einer Liste der verschiedenen Punktarten angezeigt. Jede Art kann aktiviert oder deaktiviert werden. Unter Klassifizierungscodes werden die beiden derzeit verfügbaren Klassen angezeigt: 1 Nicht zugewiesen und 2 Boden.

  2. Deaktivieren Sie im Fenster Layer-Eigenschaften auf der Registerkarte LAS-Filter unter Klassifizierungscodes die Klasse Nicht zugewiesen, um die Punkte zu deaktivieren, die dieser Kategorie angehören, und klicken Sie auf OK.

    Klasse "Nicht zugewiesen" deaktiviert

    Daraufhin werden die nicht zugewiesenen Punkte (grau) nicht mehr auf der Karte angezeigt. Als Nächstes führen Sie das Werkzeug LAS-Dataset in Raster aus, um das DEM zu generieren.

    Hinweis:

    Wenn Sie ein Werkzeug ausführen, bei dem ein LIDAR-LAS-Dataset als Eingabe verwendet wird, werden nur die auf der Karte angezeigten Punkte im Prozess verwendet. In diesem Beispiel werden also nur die Bodenpunkte verwendet und die anderen Punkte werden nicht berücksichtigt.

  3. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.

    Schaltfläche "Zurück"

  4. Navigieren Sie zum Werkzeug LAS-Dataset in Raster, und öffnen Sie es.
  5. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs LAS-Dataset in Raster die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.
    • Geben Sie unter Ausgabe-Raster den Text Tuborg_Havn_DEM ein.
    • Als Interpolationstyp wählen Sie Triangulation aus.
    • Wählen Sie unter Interpolationsmethode die Option Natürlicher Nachbar aus.
    • Geben Sie unter Abtastwertden Wert 0,5 ein.

    Parameter des Werkzeugs "LAS-Dataset in Raster"

    Sie können den Warntext neben dem Parameter Interpolationstyp ignorieren.

    Hinweis:

    Die LAS-Bodenpunkte liefern viele Informationen über die Geländehöhe. Zwischen den Punkten gibt es jedoch einen Bereich mit unbekannter Höhe. Die Höhe dieser unbekannten Flächen kann mit dem Werkzeug LAS-Dataset in Raster anhand der Werte vorhandener Bodenpunkte mithilfe eines mathematischen Modells berechnet (oder vorhergesagt) werden. Dieser Prozess wird als Interpolation bezeichnet. Informationen zu den verschiedenen Interpolationsoptionen finden Sie in der Dokumentation zum Werkzeug "LAS-Dataset in Raster".

    Ein Raster ist ein Gitternetz aus Pixeln oder Zellen. Der Parameter Abtastwert gibt die Größe der einzelnen Zellen an. Er muss größer sein als der Abstand zwischen Punkten, der etwa 0,3 Meter beträgt. Verwenden Sie 0,5 Meter. Dieser Wert hat sich durch Ausprobieren als derjenige erwiesen, der bei diesem Dataset die besten Ergebnisse liefert. (1 Meter ist eine weitere sinnvolle Möglichkeit.) Diese Zellengröße wird für alle Raster in diesem Lernprogramm verwendet.

  6. Übernehmen Sie bei allen anderen Parametern den Standardwert, und klicken Sie auf Ausführen.

    Nach Abschluss des Vorgangs wird das Ausgabe-DEM-Raster angezeigt. Das Raster weist eine glatte Oberfläche auf, wobei die dunkleren Punkte die niedrigste Höhe und die hellen Punkte die höchste Höhe darstellen.

  7. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Tuborg_Havn.lasd, damit das DEM besser zu erkennen ist.

    DEM auf der Karte

    Da es sich bei Tuborg Havn um eine komplexe Stadtlandschaft handelt, werden vom DEM zahlreiche Variationen angezeigt, die über das normale Straßenniveau hinausgehen. Dazu gehören Zugänge zu unterirdischen Straßen oder Parkmöglichkeiten, oberirdische Ebenen, auf denen Gebäudekomplexe errichtet werden, und die Wasserebene im Jachthafen.

  8. Speichern Sie das Projekt.

LAS-Rauschpunkte klassifizieren

Nachdem Sie die LAS-Bodenpunkte ausfindig gemacht haben, machen Sie im nächsten Schritt unter den verbleibenden nicht zugewiesenen Punkten die Rauschpunkte ausfindig. Rauschpunkte sind Punkte mit einem außergewöhnlich hohen oder niedrigen Wert, die vermutlich auf Zufallsfehler in den LIDAR-Daten zurückzuführen sind.

  1. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt das Raster Tuborg_Havn_DEM, und aktivieren Sie den Layer Tuborg_Havn.lasd. Klicken Sie bei Bedarf auf den Layer Tuborg_Havn.lasd, um ihn auszuwählen.
  2. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer auf LAS-Punkte. Deaktivieren Sie in dem nun angezeigten Fenster Layer-Eigenschaften unter Klassifizierungscodes die Klasse Boden, und aktivieren Sie die Klasse Nicht zugewiesen. Klicken Sie auf OK.

    Daraufhin werden die nicht zugewiesenen Punkte in der Szene grau angezeigt.

    Nicht zugewiesene Punkte auf der Karte

  3. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Navigieren Sie zum Werkzeug LAS-Rauschen klassifizieren, und öffnen Sie es.
  4. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs LAS-Rauschen klassifizieren die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.
    • Wählen Sie unter Methode die Option Relative Höhe vom Boden aus.

    Parameter für das Werkzeug "LAS-Rauschen klassifizieren"

  5. Blenden Sie den Abschnitt Höhenerkennung ein, und legen Sie die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie unter Boden-Raster-Oberfläche die Option Tuborg_Havn_DEM aus.
    • Geben Sie für Minimale Höhe den Wert -2 ein.
    • Geben Sie für Maximale Höhe keinen Wert ein.

    Parameter für die Höhenerkennung im Bereich des Werkzeugs "LAS-Rauschen klassifizieren"

  6. Klicken Sie auf Ausführen.

    Um hohes Rauschen zu identifizieren, führen Sie das Werkzeug erneut aus, diesmal jedoch mit der Methode Absolute Höhe. Klassifizieren Sie alle Punkte mit einer Höhe von mehr als 42 Meter als hohes Rauschen.

    Hinweis:

    Da die Gebäude im Stadtviertel Tuborg eine maximale Höhe von etwa 40 Meter aufweisen, wählen Sie 42 Meter als Maximalwert. Sie können das überprüfen, indem Sie die LAS-Punktwolke untersuchen. Wenn Sie die maximale Höhe eines Gebäudes ermitteln möchten, vergrößern Sie die Ansicht und klicken auf den höchsten Punkt, der zu sehen ist. Daraufhin wird in einem Pop-up-Fenster die Höhe dieses Punktes in Meter angezeigt.

  7. Wählen Sie im Bereich des Werkzeugs LAS-Rauschen klassifizieren unter Methode die Option Absolute Höhe aus.
  8. Löschen Sie unter dem Abschnitt Höhenerkennung den vorhandenen Text für Minimale Höhe. Geben Sie für Maximale Höhe den Wert 42 ein.

    Parameter für das Werkzeug "LAS-Rauschen klassifizieren", wobei für die Methode "Absolute Höhe" festgelegt wurde

  9. Klicken Sie auf Ausführen.

    Einige LAS-Punkte sind nun als "Niedriges Rauschen" und "Hohes Rauschen" klassifiziert. Sie werden jedoch nicht angezeigt, weil sie standardmäßig deaktiviert sind.

  10. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer auf LAS-Punkte. Aktivieren Sie im angezeigten Fenster Layer-Eigenschaften unter Klassifizierungscodes die Klassen 7 Rauschen und 18 Hohes Rauschen, deaktivieren Sie alle anderen Klassen, und klicken Sie auf OK.

    Die aktivierten Optionen "Niedriges Rauschen" und "Hohes Rauschen" unter "Klassifizierungscodes" im Fenster "Layer-Eigenschaften"

  11. Suchen Sie im Stadtviertel Tuborg Havn nach rot symbolisierten LAS-Rauschpunkten.

    Einige Punkte mit hohem Rauschen finden Sie beispielsweise auf der Südseite des Stadtviertels. Sie scheinen Baukränen zu entsprechen.

    Rauschen auf der Karte

    Für die restliche Analyse deaktivieren Sie diese.

  12. Klicken Sie auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer auf LAS-Punkte. Aktivieren Sie in dem nun angezeigten Fenster Layer-Eigenschaften unter Klassifizierungscodes die Klasse Nicht zugewiesen, und deaktivieren Sie alle anderen Klassen. Klicken Sie auf OK.
    Hinweis:

    Nun können Sie einen weiteren Raster-Layer erstellen, der in vielen GIS-Workflows verwendet wird: ein digitales Oberflächenmodell (DSM), das die Höhe der Erdoberfläche, einschließlich der Höhe von Gebäuden, Bäumen und anderen Features, zeigt. Hierzu verwenden Sie wie beim Generieren des DEM das Werkzeug LAS-Dataset in Raster, wählen diesmal jedoch eine andere Teilmenge von zu verarbeitenden Punkten aus. Aktivieren Sie im Fenster Layer-Eigenschaften auf der Registerkarte LAS-Filter unter Klassifizierungscodes alle Kontrollkästchen, außer Rauschen und Hohes Rauschen, und aktivieren Sie unter Rückgabewerte das Kontrollkästchen 1. Das bedeutet, dass nur die zuerst zurückgegebenen Punkte berücksichtigt werden, da sie die höchstmöglichen Punkte der jeweiligen Features im Landscape darstellen: Spitze eines Gebäudes, Spitze eines Baumes, Oberseite eines Autos, ebener Boden usw. Rauschpunkte werden nicht berücksichtigt.

    Auswahl der zuerst zurückgegebenen Punkte

    Für das Werkzeug LAS-Dataset in Raster verwenden Sie die gleichen Parameter wie für das DEM, wählen jedoch für Interpolationstyp die Option Binning, für Zellenzuweisung die Option Maximum und für Lückenfüllung für Nachbar die Option Natürlicher Nachbar aus. Ein Beispiel für eine Analyse, für die ein DSM verwendet wird, finden Sie im Lernprogramm Das Potenzial von Solarenergie schätzen.

Gebäudepunkte klassifizieren

Nachdem Sie LAS-Bodenpunkte und LAS-Rauschpunkte klassifiziert und deaktiviert haben, können Sie nun die Gebäudepunkte klassifizieren.

  1. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Navigieren Sie zum Werkzeug Gebäude aus LAS klassifizieren, und öffnen Sie es.
  2. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs Gebäude aus LAS klassifizieren die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.
    • Vergewissern Sie sich, dass Minimale Dachhöhe auf 2 und die Einheit auf "Meter" festgelegt ist.
    • Geben Sie unter Mindestfläche den Wert 10 ein, und stellen Sie sicher, dass die Einheit auf "Quadratmeter" festgelegt ist.
    • Wählen Sie unter Klassifizierungsmethode die Option Aggressiv aus.

    Parameter des Werkzeugs "Gebäude aus LAS klassifizieren"

    Hinweis:

    Zum Identifizieren von Gebäudepunkten wird vom Werkzeug Gebäude aus LAS klassifizieren eine Kombination aus verschiedenen Methoden verwendet. Vor dem Ausführen des Werkzeugs müssen die Boden- und Rauschpunkte herausgetrennt werden. Unter den Punkten, die nicht zugewiesen bleiben (also Nicht-Gebäude- und Nicht-Rauschpunkte), erkennt das Werkzeug befestigte Oberflächen, bei denen es nur eine Rückgabe pro Laserimpuls gab. Im Gegensatz dazu stellen Gebiete mit mehreren Rückgaben wahrscheinlich Bäume oder eine andere Vegetation dar, da das Licht mehrere Ebenen im Laub erreicht und dort reflektiert wird.

    Die Parameter Minimale Dachhöhe und Mindestfläche sind wichtig, um sicherzustellen, dass eine zu niedrige oder zu kleine Oberfläche in einem Gebiet fälschlicherweise als Gebäude klassifiziert wird.

    Mit der Klassifizierungsmethode wird angegeben, ob Punkte konservativ oder aggressiv als Gebäude kategorisiert werden.

    In diesem Lernprogramm wurden die Parameterwerte durch Ausprobieren so gewählt, dass möglichst viele Punkte fehlerfrei als Gebäude klassifiziert werden, während gleichzeitig die Anzahl der falsch positiven Ergebnisse minimiert wurde. Sie können diesbezüglich auf eigene Faust weiter experimentieren. Es empfiehlt sich, eine Kopie eines kleinen Untersuchungsgebiets der Daten zu erstellen, um die besten Parameter zu ermitteln.

  3. Klicken Sie auf Ausführen.
  4. Wenn der Vorgang abgeschlossen ist, klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte LAS-Dataset-Layer auf LAS-Punkte. Aktivieren Sie im Fenster Layer-Eigenschaften unter Klassifizierungscodes die Klasse 6 Gebäude, deaktivieren Sie alle anderen Klassen, und klicken Sie auf OK.

    Daraufhin werden die Gebäudepunkte in der Szene angezeigt.

    Gebäudepunkte auf der Karte

    Hinweis:

    Es sind immer noch jede Menge nicht zugewiesene Punkte vorhanden. Mit dem Werkzeug LAS nach Höhe klassifizieren könnten Sie die Punkte weiter klassifizieren, indem Sie beispielsweise die Punkte ausfindig machen, die zu den Klassen Niedrige Vegetation, Mittlere Vegetation und Hohe Vegetation gehören. Da zum Extrahieren von 3D-Gebäuden jedoch keine Informationen über die Vegetation erforderlich sind, führen Sie in diesem Lernprogramm keine weiteren Klassifizierungen mehr durch.

  5. Speichern Sie das Projekt.

Sie haben LIDAR-Wolkenpunkte als "Boden", "Niedriges Rauschen", "Hohes Rauschen" und "Gebäude" klassifiziert. Darüber hinaus haben Sie ein DEM generiert, mit dem die Höhe einer Bodenoberfläche als kontinuierliches Raster dargestellt wird. Als Nächstes extrahieren Sie mit den LAS-Gebäudepunkten 2D-Gebäude-Footprints für den gesamten Interessenbereich.


Gebäude-Footprints extrahieren

Im Folgenden extrahieren Sie mithilfe der als Gebäude klassifizierten LAS-Punkte 2D-Gebäude-Footprints. Zunächst generieren Sie ein Raster, das zeigt, wo sich LAS-Gebäudepunkte befinden. Anschließend generieren Sie an den Stellen Polygone, an denen im Raster Gebäude erkennbar sind. Und schließlich bereinigen Sie die Polygone, um den endgültigen Gebäude-Footprint-Vektor-Layer zu erstellen.

Ein Gebäuderaster generieren

Diesen Teil des Workflows führen Sie in einer 2D-Karte durch, da Sie die 3D-Anzeigefunktionen, die deutlich mehr Verarbeitungsressourcen beanspruchen, nicht benötigen. Daher konvertieren Sie die Szene in eine 2D-Karte.

  1. Klicken Sie bei Bedarf auf dem Menüband auf der Registerkarte Ansicht in der Gruppe Fenster auf Bereich "Katalog".
  2. Erweitern Sie im Bereich Katalog die Option Karten. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Szene, zeigen Sie auf Konvertieren, und wählen Sie In Karte aus.

    Option "In Karte"

    Daraufhin wird eine neue 2D-Karte mit dem Namen Scene_2D und den Layern aus der ursprünglichen 3D-Szene angezeigt. Benennen Sie sie um.

  3. Klicken Sie dazu im Bereich Katalog mit der rechten Maustaste auf Scene_2D, und klicken Sie dann auf Umbenennen. Geben Sie 2D Map ein, und drücken Sie die Eingabetaste.

    Daraufhin wird in der Liste 2D Map angezeigt.

    Umbenannte Karte

  4. Vergewissern Sie sich, dass die Registerkarte 2D-Karte ausgewählt ist, und vergrößern Sie die Karte gegebenenfalls, bis Sie die LAS-Gebäudepunkte sehen können.

    2D-Karte

    Auf der Karte werden derzeit die LAS-Gebäudepunkte angezeigt.

    Um einen Eindruck davon zu bekommen, wie die zu erstellenden Gebäude-Footprints mit den tatsächlichen Gebäuden zusammenhängen, aktivieren Sie das Orthofoto.

  5. Aktivieren Sie hierzu im Bereich Inhalt den Bilddaten-Layer Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif.
  6. Ziehen Sie den Layer Tuborg_Havn.lasd ggf. im Bereich Inhalt an eine Stelle über Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif.

    Liste mit neu angeordneten Layern

    Das Orthofoto vermittelt einen Eindruck davon, wie die Gebäude tatsächlich aussehen. Aufgrund der Perspektive auf dem Foto lässt sich möglicherweise nur schwer eine vollständige visuelle Übereinstimmung zwischen dem Gebäude-Footprint (oder den LAS-Gebäudepunkten) und dem zugrunde liegenden Gebäude erzielen.

    Gebäude-Footprint und zugrunde liegende Gebäude

    Als Nächstes erstellen Sie ein Raster, das der Position der LAS-Gebäudepunkte entspricht. Dazu verwenden Sie das Werkzeug LAS-Punkt-Statistiken als Raster, mit dem Sie für die einzelnen Zellen im Raster LAS-Gebäudepunkte suchen können. Wenn Gebäudepunkte vorhanden sind, entspricht der Wert der Zelle dem Gebäudeklassencode (6). Wenn keine Gebäudepunkte vorhanden sind, bleibt die Zelle leer (NoData).

  7. Klicken Sie ggf. im Menüband auf der Registerkarte Ansicht in der Gruppe Fenster auf Geoverarbeitung. Klicken Sie ggf. im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück.
  8. Navigieren Sie zum Werkzeug LAS-Punkt-Statistiken als Raster, und öffnen Sie es.
  9. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs LAS-Punkt-Statistiken als Raster die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.
    • Übernehmen Sie unter Ausgabe-Raster den Standardnamen.
    • Wählen Sie unter Methode die Option Häufigster Klassencode aus.
    • Geben Sie unter Abtastwertden Wert 0,5 ein.

    Parameter für das Werkzeug "LAS-Punkt-Statistiken als Raster"

  10. Klicken Sie auf Ausführen.

    Der Ausgabe-Layer wird angezeigt.

    Deaktivieren Sie das LAS-Dataset, und ändern Sie die Symbolisierung des Rasters, um es besser erkennen zu können.

  11. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Tuborg_Havn.lasd.
  12. Benennen Sie tuborg_laspo in Buildings_Raster um.
  13. Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf das Symbol Buildings_Raster, erweitern Sie die Dropdown-Liste, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Namen anzeigen, und wählen Sie das Farbschema Violett-Rot (kontinuierlich) aus.

    Farbschema "Violett-Rot (kontinuierlich)"

    Daraufhin wird das Raster in Rosa angezeigt.

  14. Vergrößern Sie die Ansicht einiger Gebäude im Raster, und untersuchen Sie sie.

    Gebäude auf der Karte

    Die Gesamtform der Gebäude ist zwar genau, aber in den Gebäuden sind Löcher vorhanden und die Ränder haben einen unregelmäßigen Verlauf. Zudem sind einige rosa Formen zu klein, um tatsächlich Gebäude darzustellen. Sie müssen daher entfernt werden. Diese Probleme beheben Sie später im Workflow. Zunächst konvertieren Sie das Gebäuderaster in einen Polygon-Layer.

Eine Building-Feature-Class generieren

Zum Konvertieren des Gebäuderasters in einen Polygon-Layer verwenden Sie das Werkzeug Raster in Polygon. Aus Clustern von Gebäudezellen im Raster werden im neuen Layer Polygone.

  1. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Navigieren Sie zum Werkzeug Raster in Polygon, und öffnen Sie es.
  2. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs Raster in Polygon die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-Raster die Option Buildings_Raster aus.
    • Übernehmen Sie unter Ausgabe-Polygon-Features den Standardnamen.
    • Deaktivieren Sie Polygone vereinfachen.
    Hinweis:

    Wenn Sie die Option Polygon vereinfachen auswählen, können Sie die Polygone grob bereinigen. Sie werden jedoch später im Workflow anspruchsvollere Werkzeuge verwenden, um ein qualitativ hochwertigeres Ergebnis zu erzielen.

    Parameter des Werkzeugs "Raster in Polygon"

  3. Klicken Sie auf Ausführen.

    Der neue Feature-Layer wird angezeigt. Sie können den Layer Buildings_Raster jetzt deaktivieren.

  4. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Buildings_Raster, und geben Sie dem neuen Gebäude-Feature-Layer den Namen Buildings_Raw.
  5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Symbol Buildings_Raw, und wählen Sie Kräftiges Rosa aus.
    Tipp:

    Zeigen Sie auf eine Farbe, um ihren Namen einzublenden.

    Farbe "Kräftiges Rosa"

    Die Buildings_Raw-Layer-Symbolisierung wird aktualisiert.

Die Gebäude-Polygone bereinigen

Ihre Polygone stellen nun Gebäude-Footprints dar. Sie müssen jedoch noch bereinigt werden.

  1. Vergrößern Sie die Ansicht der Polygone, und beobachten Sie dabei den neuen Polygon-Layer.

    Neuer Polygon-Layer auf der Karte

    Hier tritt dasselbe Problem auf wie beim Gebäuderaster:

    • Einige Polygone sind zu klein, um tatsächlich Gebäude darzustellen. Sie müssen daher entfernt werden.
    • Die meisten Polygone weisen Löcher auf.
    • Die Gebäudekanten sind unregelmäßig.

    Im ersten Schritt des Bereinigungsprozesses entfernen Sie die kleinsten Polygone. Zunächst müssen Sie einen Grenzwert für die Fläche der zu entfernenden Polygone festlegen.

  2. Klicken Sie hierzu im Bereich Inhalt auf den Layer Buildings_Raw, um ihn auszuwählen.

    Ausgewählter Layer "Buildings_Raw" im Bereich "Inhalt"

  3. Klicken Sie auf der Karte auf einige sehr kleine, rosafarbene Polygone, um das Pop-up-Fenster mit Informationen zu öffnen, und achten Sie auf den Wert des Attributs Shape_Area, um eine Vorstellung von der Größe zu bekommen. Gehen Sie bei den Gebäuden, die beibehalten werden sollen, auf dieselbe Weise vor.

    Pop-up, in dem das Attribut "Shape_Area" hervorgehoben ist

    Basierend auf diesen Beobachtungen wählen Sie als Grenzwert für die Fläche 70 Quadratmeter. Als Nächstes wählen Sie die Polygone aus, die größer sind als dieser Wert.

  4. Schließen Sie das Pop-up-Fenster.
  5. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Suchen Sie nach dem Werkzeug Layer nach Attributen auswählen, und öffnen Sie es.
  6. Wählen Sie im Werkzeugbereich Layer nach Attributen auswählen unter Eingabezeilen die Option Buildings_Raw aus.
  7. Erstellen Sie unter Ausdruck den Ausdruck Shape_Area ist größer als oder gleich 70.

    Der Ausdruck "Shape_Area ist größer als oder gleich 70" im Fenster des Werkzeugs "Layer nach Attributen auswählen"

  8. Klicken Sie auf Ausführen.

    Daraufhin werden alle Polygone größer als oder gleich 70 Quadratmeter ausgewählt.

    Auf der Karte ausgewählte Gebäude

    Als Nächstes entfernen Sie mithilfe des Werkzeugs Polygonteil entfernen die Löcher in den Gebäude-Polygonen. Aus der Beobachtung können Sie schließen, dass Löcher mit einer Größe von 50 Quadratmetern geschlossen werden sollten.

  9. Wenn die größeren Gebäude-Polygon noch ausgewählt sind, klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Navigieren Sie zum Werkzeug Polygonteil entfernen, und öffnen Sie es.
  10. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs Polygonteil entfernen die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-Features die Option Buildings_Raw aus.
    • Übernehmen Sie unter Ausgabe-Feature-Class den Standardnamen.
    • Geben Sie unter Fläche den Wert 50 ein, und stellen Sie sicher, dass für die Einheit "Quadratmeter" festgelegt ist.

    Parameter des Werkzeugs "Polygonteil entfernen"

  11. Klicken Sie auf Ausführen.

    Der neue Feature-Layer wird angezeigt. Die neuen Polygone weisen kaum noch Löcher auf. Und da das Werkzeug nur auf die ausgewählten größeren Polygone angewendet wurde, sind keine kleinen Polygone mehr vorhanden.

    Deaktivieren Sie den Layer Buildings_Raw, um den neuen Layer besser erkennen zu können.

  12. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Buildings_Raw, und geben Sie dem neuen Layer den Namen Buildings_Clean.

    Bereinigter Gebäude-Layer auf der Karte

    Als Nächstes glätten Sie die Kanten der Gebäude.

  13. Klicken Sie im Bereich Geoverarbeitung auf die Schaltfläche Zurück. Navigieren Sie zum Werkzeug Gebäudegrundriss vereinfachen, und öffnen Sie es.

    Mit diesem Werkzeug werden die unregelmäßigen Ränder von extrahierten Gebäude-Polygonen wie diesem bereinigt und geglättet.

    Darstellung mit der gezeigt wird, wie unregelmäßige Ränder geglättet wurden

  14. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs Gebäudegrundriss vereinfachen die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-Features die Option Buildings_Clean aus.
    • Übernehmen Sie unter Ausgabe-Feature-Class den Standardnamen.
    • Vergewissern Sie sich, dass Methode auf Rechte Winkel festgelegt ist.
    • Geben Sie für Toleranz den Wert 1 ein.
    • Geben Sie für Verdichtung den Wert 1 ein.
    • Geben Sie für Genauigkeit den Wert 0,15 ein.

    Parameter des Werkzeugs "Gebäudegrundriss vereinfachen"

    Mit der Einstellung Rechte Winkel werden Gebäude mit sauberen rechten Winkeln erstellt. Andere Optionen wie Alle Winkel eignen sich zwar besser für große Gebäude mit komplexer Architektur. Kleinere, einfachere Gebäude lassen sich damit jedoch nicht vollständig vereinfachen. Auch wenn Sie dies in dieser Übung nicht tun werden, so besteht doch die Möglichkeit, das Werkzeug zweimal auszuführen, jedes Mal mit einer anderen Einstellung und für andere Gebäude.

    Toleranz ist die maximale Entfernung, die der regularisierte Footprint von der Grenze seines ursprünglichen Features abweichen kann. Meist ist es sinnvoll, etwa die doppelte Größe der ursprünglichen Rasterzelle (in dieser Übung 0,5 Meter) festzulegen.

    Mit Verdichtung wird das Abtastintervall festgelegt, anhand dessen ausgewertet wird, ob das vereinfachte Feature gerade oder gekrümmt ist.

    Mit Genauigkeit wird die Genauigkeit des Gitters festgelegt, das beim Vereinfachungsprozess verwendet wird. Die Genauigkeit kann in einem Bereich zwischen 0,05 und 0,25 liegen, und der Wert kann durch Ausprobieren optimiert werden.

  15. Klicken Sie auf Ausführen.

    Der neue Feature-Layer mit den vereinfachten Gebäude-Polygonen wird angezeigt.

  16. Deaktivieren Sie im Bereich Inhalt den Layer Buildings_Clean, und geben Sie dem neuen Layer den Namen Buildings_Footprints.
  17. Speichern Sie das Projekt.

Die Gebäude-Footprints manuell verbessern

Der Layer Building_Footprints liefert im Großen und Ganzen genaue Gebäude-Footprints. Es gibt kleine Ungenauigkeiten, aber darum kümmern Sie sich in diesem Workflow nicht. Bei einigen Polygonen kann dies jedoch zu größeren Problemen führen, die behoben werden müssen. Dazu wenden Sie schnelle manuelle Fixes an.

Zunächst einmal handelt es sich bei einigen Polygonen nicht um Gebäude, sondern um aufgeständerte Spielplätze. Daher entfernen Sie diese vom Layer.

  1. Suchen Sie die Gebäudegruppe, die in der folgenden Abbildung hervorgehoben ist:

    Hervorgehobene Gebäude

    Bei zwei Polygonen in diesem Gebiet handelt es sich um aufgeständerte Spielplätze.

    Aufgeständerte Spielplätze auf der Karte

  2. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Bearbeiten in der Gruppe Auswahl auf Auswählen.

    Schaltfläche "Auswählen"

  3. Klicken Sie auf das Spielplatz-Polygon, um es auszuwählen.

    Auf der Karte ausgewähltes Spielplatz-Polygon

  4. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Bearbeiten in der Gruppe Features auf Löschen.

    Schaltfläche "Löschen"

  5. Klicken Sie ggf. im daraufhin angezeigten Bestätigungsfenster Löschen auf Ja.

    Daraufhin wird das Polygon gelöscht.

  6. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Bearbeiten in der Gruppe Änderungen verwalten auf Speichern, um die Änderungen zu speichern. Wenn im Fenster Änderungen speichern zum Speichern der Änderungen aufgefordert werden, klicken Sie auf Ja.

    Schaltfläche "Speichern"

  7. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Auswahlmodus zu beenden.

    Schaltfläche "Erkunden"

    Als Nächstes korrigieren Sie die Form eines Polygons. Manche Probleme verhindern eine erfolgreiche Extraktion eines Gebäude-Footprints aus LIDAR-Daten wie etwa in der folgenden Abbildung.

    Problematischer Gebäude-Footprint

    Das Problem scheint in erster Linie auf Elemente der Klimaanlage zurückzuführen zu sein, die durch ein Gitter aus Metallstäben geschützt sind. Suchen Sie nach diesem Polygon, und formen Sie es um.

  8. Suchen Sie nach dem in der folgenden Abbildung hervorgehobenen Gebäude, und vergrößern Sie dessen Ansicht.

    Hervorgehobener problematischer Gebäude-Footprint

  9. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Bearbeiten in der Gruppe Werkzeuge auf Umformen.

    Schaltfläche "Umformen"

  10. Klicken Sie auf der Karte auf das Polygon, um es auszuwählen.
  11. Klicken Sie auf die drei in der folgenden Abbildung markierten Punkte, um das Polygon umzuformen.

    Markierte Punkte

    Hinweis:

    Sie müssen in das Polygon oder direkt auf eine seiner Kanten klicken, damit es richtig umgeformt wird. Sie können die Fangfunktion aktivieren, um sicherzustellen, dass der Zeiger am vorhandenen Feature gefangen wird.

  12. Doppelklicken Sie auf den letzten Punkt.

    Daraufhin wird das Polygon umgeformt.

    Umgeformtes Polygon

    Tipp:

    Wenn Sie einen Fehler machen, drücken Sie Strg+Z, und versuchen Sie es erneut.

  13. Speichern Sie Ihre Änderungen.
  14. Klicken Sie auf der Registerkarte Bearbeiten in der Gruppe Auswahl auf Löschen, um die Auswahl des Polygons aufzuheben.

    "Löschen" in der Gruppe "Auswahl" auf der Registerkarte "Bearbeiten"

  15. Klicken Sie auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um den Auswahlmodus zu beenden.
  16. Schließen Sie den Bereich Features ändern.

    Sie können andere Gebäude weiter optimieren. In diesem Lernprogramm fahren Sie jedoch mit dem nächsten Schritt fort.

Die extrahierten Gebäude-Footprints auswerten

Wenn Sie den Erfolg der Gebäude-Footprint-Extraktion messen möchten, vergleichen Sie die Extraktion mit der topografischen Grundkarte, die Gebäude-Footprints enthält, auch wenn diese nicht für die Analyse geeignet sind.

  1. Deaktivieren Sie im Fenster Inhalt den Layer Tuborg_Havn_Ortho_Photo.tif, um die Grundkarte anzuzeigen.
  2. Klicken Sie bei Bedarf auf den Layer Building_Footprints, um ihn auszuwählen. Wählen Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Feature-Layer in der Gruppe Vergleichen die Option Ausblenden aus.

    Werkzeug "Ausblenden" in der Gruppe "Vergleichen" auf der Registerkarte "Aussehen"

  3. Vergleichen Sie den Layer Building_Footprints mit den Footprints in der Karte, indem Sie den Trennbalken in der Mitte entsprechend verschieben.

    Werkzeug "Vergleichen"

    Insgesamt sind die aus LIDAR abgeleiteten Gebäude-Footprints den Gebäude-Footprints in der Grundkarte recht ähnlich. Das ist eine gute Bestätigung für den Workflow, den Sie eben absolviert haben.

  4. Klicken Sie auf dem Menüband auf der Registerkarte Karte in der Gruppe Navigieren auf Erkunden, um das Werkzeug Ausblenden zu deaktivieren.
  5. Speichern Sie das Projekt.

Sie haben Geoverarbeitungs- und Bearbeitungswerkzeugen eine Building-Feature-Class generiert und bereinigt.


Realistische 3D-Gebäude extrahieren

Im Folgenden extrahieren Sie aus Ihrem LAS-Dataset realistische 3D-Gebäude. Hierzu verwenden Sie alle Elemente, die Sie bisher erstellt haben: die als Gebäude klassifizierten LAS-Dataset-Punkte, das DEM und die Gebäude-Footprints. Daraus ergibt sich ein Multipatch-Layer, ein Format zum Speichern komplexer 3D-Vektor-Features.

Einen Multipatch-Layer erstellen

Da Sie diesen Abschnitt zur Darstellung der Gebäude in 3D in der 3D-Szene absolvieren, kopieren Sie zunächst den Layer Building_Footprints.

  1. Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf den Layer Building_Footprints, und klicken Sie auf Kopieren.

    Option "Kopieren"

  2. Klicken Sie auf die Registerkarte Scene, um sie zu aktivieren.

    Registerkarte "Scene"

  3. Klicken Sie im Bereich Inhalt mit der rechten Maustaste auf Szene, und klicken Sie auf Einfügen.

    Option "Einfügen"

    Der Layer Building_Footprints wird der Szene hinzugefügt. Als Nächstes generieren Sie die 3D-Gebäude.

  4. Stellen Sie im Bereich Inhalt sicher, dass der Layer Tuborg_Havn.lasd deaktiviert ist.
  5. Kehren Sie zum Bereich Geoverarbeitung zurück, und klicken Sie ggf. auf die Schaltfläche Zurück.
  6. Navigieren Sie im Bereich Geoverarbeitung zum Werkzeug Gebäude-Multipatch aus LAS, und öffnen Sie es.
  7. Legen Sie im Bereich des Werkzeugs Gebäude-Multipatch aus LAS die folgenden Parameter fest:
    • Wählen Sie für Eingabe-LAS-Dataset die Option Tuborg_Havn.lasd aus.
    • Wählen Sie für Eingabe-Features die Option Buildings_Footprints aus.
    • Vergewissern Sie sich, dass für LAS-Dachpunktauswahl die Option Klassifizierte Gebäudepunkte ausgewählt ist.
    • Übernehmen Sie für Bodenhöhe die Einstellung Raster-Layer, und wählen Sie Tuborg_Havn_DEM aus.
    • Übernehmen Sie für Ausgabe-Multipatch-Feature-Class den Standardnamen.
    • Geben Sie für Vereinfachungstoleranz den Wert 0,5 ein, und stellen Sie sicher, dass als Einheit Meter festgelegt ist.

    Für Vereinfachungstoleranz verwenden Sie am besten die Größe der DEM-Rasterzelle.

    Parameter des Werkzeugs "Gebäude-Multipatch aus LAS"

  8. Klicken Sie auf Ausführen.

    Der Ausgabe-Layer wird angezeigt.

  9. Benennen Sie den neuen Layer im Bereich Inhalt in Multipatch_3D_Buildings um, und deaktivieren Sie alle Layer außer diesem und der Grundkarte.

    Optimieren Sie das Aussehen der Multipatch-3D-Gebäude, indem Sie deren Farbe ändern.

  10. Klicken Sie hierzu im Bereich Inhalt unter dem Layer Multipatch_3D_Buildings mit der rechten Maustaste auf das entsprechende Symbol, und wählen Sie die Farbe Saharasand aus.

    Farbe "Saharasand"

    Die Farbe der Gebäude ändert sich.

    Mit der Farbe "Saharasand" symbolisierte Gebäude

  11. Erkunden Sie die 3D-Gebäude, und beachten Sie die zahlreichen realistischen Architekturdetails.
    Hinweis:

    Die Ergebnisse dieses Workflows sind zwar nicht immer kartografisch ansprechend, aber sind sie genau, was die Position betrifft. Diese Art von 3D-Layer ist besonders für bestimmte Analysen geeignet, z. B. für Sichtbarkeitslinien- oder Sichtfeldanalysen.

    Einige Gebäude schweben knapp über dem Boden. Grund dafür ist, dass sie mithilfe des Layers Tuborg_Havn_DEM als Referenz für das Bodenniveau generiert wurden. Da Tuborg_Havn_DEM aus einem sehr präzisen LIDAR-Dataset stammt, stellt er ein etwas anderes und detaillierteres Terrain dar als der Standard-Layer WorldElevation3D/Terrain3D, der in der Szene zum Modellieren des Bodens in 3D verwendet wird.

    Fügen Sie den Layer Tuborg_Havn_DEM zu den Höhenoberflächen der Szene hinzu, sodass er in der Szene zum Modellieren eines präziseren Terrains im Stadtviertel Tuborg Havn verwendet werden kann.

  12. Klicken Sie im Bereich Inhalt unter Höhenoberflächen mit der rechten Maustaste auf Ground, und wählen Sie Höhenquellen-Layer hinzufügen aus.

    Option "Höhenquelle hinzufügen"

  13. Öffnen Sie im Fenster Höhenquellen-Layer hinzufügen den Eintrag Datenbanken und dann Building_Extraction.gbd, und klicken Sie dann auf tuborg_lasda. Klicken Sie auf OK.

    Das DEM wird als neue Geländehöhenoberfläche hinzugefügt, und die Szene wird aktualisiert, sodass das DEM dort verwendet wird. Die kleine Lücke am Sockel einiger Gebäude verschwindet.

  14. Benennen Sie die neue Höhenquelle in Tuborg DEM um.

    Höhenoberflächen

  15. Speichern Sie das Projekt.

Für einen 3D-Gebäude-Multipatch-Layer gibt es verschiedene Verwendungsmöglichkeiten. Er kann zur Unterstützung der Stadtplanung einer Szene hinzugefügt werden. Er kann zum Durchführen von Hochwasservorhersageanalysen, Schattenwurfanalysen, Sichtfeld- und Sichtbarkeitslinienanalysen und vielem mehr verwendet werden.

Anhand des in diesem Lernprogramm beschriebenen Workflows erfahren Sie, wie Sie LIDAR-Daten verwenden können, und Sie lernen die zahlreichen Komponenten einer 3D-Gebäudeextraktion kennen. Zur weiteren Vertiefung und wenn Sie mehr über die Erstellung umfangreicher 3D-Grundkarten erfahren möchten, empfiehlt sich das ArcGIS Lab Die ArcGIS Solution for 3D Buildings anwenden.

In diesem Lernprogramm haben Sie aus LIDAR-Daten 3D-Gebäude extrahiert. Sie haben ein LAS-Dataset erstellt und klassifiziert, ein DEM-Raster generiert und einen Gebäude-Footprint-Vektor-Layer extrahiert. Und schließlich haben Sie mit all diesen Elementen einen 3D-Gebäude-Multipatch-Vektor-Layer erstellt.

Weitere Lernprogramme finden Sie in der Lernprogrammgalerie.