Original paper

Modification of High Resolution Airborne Laser Scanning DTMs for Drainage Network Delineation

[Anpassung eines hochauflösenden Airborne Laser Scanning DTMs zur Berechmmg von hydrologischen Modellen]

Vetter, Michael; Mandlburger, Gottfried

Abstract

In this paper a method is presented to adapt a 1 m ALS (Airborne Laser canning) DTM (Digital Terrain Model) for drainage network delineation. In such DTMs small natural topographic features as well as anthropogenic structures like roads and artificial embankments are contained, both influencing the drainage network delineation process in different ways. While natural topographic features lead water to drainage systems, anthropogenic structures can deflect water alongside artificial surfaces, which are not flow-active under regular hydrological conditions and, therefore, result in wrong drainage systems. We present a workflow to subtract the influence of road in the DTM, replacing the actual road profile by an average hill slope of the neighbouring terrain. This modified DTM is the basis for drainage network delineation using standard flow accumulation. The drainage networks are derived for four DIM variants (1 m DTM, 1 m modified DTM, 5 m DTM and 5 m modified DTM) and the results are compared to a reference dataset. It is shown that the accuracy of the derived drainage network can be increased by 3–5% using the modified instead of the original 1 m DTM. The gain in accuracy amounts up to 12% when using the modified 1 m DTM compared to any of the 5 m DTM. Therefore, our conclusion is that high resolution and modified. 1 m DTMs with anthropogenic structures such as roads strictly removed should be used for drainage network delineation instead of a coarse spatial resolution or an original 1 m DTM.

Kurzfassung

In diesem Artikel wird eine Methode vorgestellt, mit der ein hochauflösendes 1 m ALS (Airborne Laser Scanning) DTM (Digital Terrain Model) für die Ableitung eines potcntiellen Gerinnenetzes aufbereitet wird. In 1 m Geländemodellen sind natürliche Geländemerkmale sowie Bereiche mit anthropogener Reliefüberformung (Straßen und künstliche Böschungen) abgebildet. Der natürliche Geländeverlauf und die anthropogencn Strukturen beeinflussen die Ableitung von Gerinnenetzwerken basierend auf Fließakkumulation unterschiedlich. So werdcn Gerinncnetzwerke entlang des natürlichen Geländeverlaufs in der Regel ein realistisches Gerinnenetzwerk ergeben. Entlang von Küntlichen Strukturen können die Berechnungen in eine Richtung abgelenkt werden, in welche unter normalen hydrologisehen Bedingungen kein Abfluss stattfindct. Eine solche Ablenkung resultiert daher in eincm unrcalistischcn Gerinnenctzwcrk. Mit dem vorgestellten Ansatz, bei dem der Einfluss der Straßen aus dem Geländemodell herausgercchnet und durch eine angenäherte natürliche Neigung entlang der Straßen ersetzt wird, ist eine deutliche Verbesserung der Gerinneableitung möglich. Für vier verchiedene DTM-Varianten werden Gerinnenetzwerke abgeleilet (1. m DTM, modifiziertes 1 m DTM, geglättetes 5 m DTM und modifiziertes 5 m DTM). Die Ergebnisse werden mit einem Referenzdatenatz verglichen, um die Genauigkeit der Ableitung zu dokumentieren. Die endgültigen Resultate der Ableitung und der Qualilätskontrolle ergeben eine Verbeserung der Genauigkeit urn 3–5% des modifizierten im Vergleich zum originalen 1 m DTM und eine Verbesserung von bis im 1.2% des modifizierten 1 m DTM im Vergleich zum geglätteten bzw. modifizierten 5 m DTM. Folglich ist unsere Empfehillng, für die Ableitung von Gerinnenetzwerken anstatt eines geglätteten 5 m DTM oder eines originalen 1 m DTM ein modifiziertes 1 m DTM zu verwenden, bei dem anthropogene Strukturen wie Straßen rigoros entfernt wurden.

Keywords

alsanthropogenic effectsdimflow accumulationgrass-gishydrologyopen sourcetrt networks