Tinc dades LiDAR - i ara què?

En un article molt interessant publicat fa poc per David McKittrick, on parla sobre les implicacions de l'adequat coneixement de les tècniques associades al treball amb LiDAR en SIG i fent referència a Global Mapper com una eina de suport en el processament de la data obtinguda.

Després de llegir l'article m'he baixat Global Mapper per jugar una estona, i he d'admetre que manté aquesta practicitat d'aquella eina que vam conèixer i amb la qual era molt pràctic fer models digitals de terreny a partir d'arxius de text xyz. Avui, quan cada vegada s'està tornant molt més assequible l'accés a dades LiDAR, no està malament donar-li una mirada als aspectes que cal considerar a l'treballar amb aquests i de pas fer esment del que Global Mapper fa bé. Que insisteixo, m'ha deixat sorprès en el que he estat provant; amb una cara renovada, el programa manté aquesta senzillesa d'obrir dades i mostrar-los en suggeriments ja preconfigurades.

L'altre dia, a la taula de Geofumadas, vaig poder notar en els ulls de Don H -un dels meus mentors– una brillantor desconcertant als seus ulls davant de l'oferta que feia un oferent de drones; era una aplicació per actualitzar dades cadastrals; amb molta pena he hagut de baixar-lo del núvol i recordar-li que a la majoria de països en vies de desenvolupament no hi ha condicions mínimes per a la sostenibilitat d'aquesta tecnologia; encara que al final arribem a un consens del que és possible de manera funcional. La irrupció d'aquesta tècnica fa uns anys va produir una gran emoció a certes entitats governamentals dels Estats Units, ara es trasllada a altres països de context hispà, que poden entrar a l'afany de “pujar-se a l'onada” de l'aplicació de la nova tecnologia , capturant dades però sense saber què fer realment amb aquests.

Si tenim en compte el cost que demana l'ús d'LiDAR en un projecte, veurem que és crític, considerant el que comporta embarcar-se en l'obtenció massiva de dades (parlant de 'Point Cloud Collection' en específic); tot i reconèixer que el seu ús ens proporciona un resultat eficaç i un gran estalvi de temps. Adequadament utilitzats, les dades LiDAR ens permeten percebre el món d'una manera molt diferent a la que aconseguíem mitjançant les pràctiques tradicionals de cartografia. Ara es pot obtenir una visió real fent ús dels formats 3D ia més es pot interactuar amb la data amb la qual cosa es desenvolupen noves tècniques d'anàlisi.

Que és LiDAR

David de manera molt encertada diu: "les dades LiDAR no són un producte sinó una matèria primera"Amb el que estableix el primer concepte clau, al nostre parer, per entendre el tema. En efecte, obtenir dades és el input que ens permetrà, després d'un processament adeucado, obtenir diversos models tridimensionals.

Però, per estar mes clars necessitem retrocedir i recordar sobre l'estructura bàsica i les característiques de les dades LiDAR. LiDAR (un acrònim de Detecció de Llum i de Rang) és un format vectorial de punts 3D. Cada arxiu o conjunt de dades LiDAR conté generalment milions, o fins i tot milers de milions de punts estretament espaiats i distribuïts de manera aleatòria. La proximitat de l'espaiament entre ells depèn de com es van adquirir les dades.

Les dades LiDAR disponibles al públic s'han recopilat, majoritàriament mitjançant una plataforma aerotransportada utilitzant tecnologia làser de transmissió i recepció, en aplicació conjunta amb l'ús del posicionament precís i els sistemes de navegació. A cada punt s'atribueix un valor x, i, z derivat de la diferència de temps calculada entre la transmissió i recepció d'un pols làser reflectit.

Un avió que voli a poc a poc crearà un núvol de punts més espaiats que un volant més ràpid a major altitud. Depenent des sensor que faci servir l'avió o dron, i com es treballi amb les dades, es poden incloure com a atributs addicionals, un valor de color, intensitat de reflexió, així com el nombre de retorns per pols, per a la seva visualització i anàlisi.

El que pot fer-se amb les dades LiDAR

Tenint clar la data LiDAR pateix una transformació que esdevé generalment en un model 3D, parlem llavors de la generació d'un Model d'Elevació Digital (DEM) o, la creació / extracció automàtica d'objectes vectorials 3D derivats dels patrons geomètrics en una matriu de punts. També és possible, modificant la representació del núvol de punts, obtenir informació significativa, representant diversos tipus de superfície, l'elevació d'un punt respecte a terra, o una variació de la densitat dels punts, entre altres característiques.

Edició i filtrat de les dades LiDAR

És molt comú que els arxius de dades obtingudes incloguin molt més punts dels necessaris. Per això, abans d'utilitzar un procés de filtrat al núvol de punts, és preferible escodrinyar les metadades de la capa. El resum estadístic obtingut proporcionarà informació necessària sobre les característiques del núvol que ens suggerirà una adequada presa de decisions per al procés de filtrat.

Millorant la qualitat de les dades LiDAR

Després d'eliminar els punts no requerits, el següent pas és detectar i reclassificar aquells punts de terra que inicialment no van ser classificats. És a dir, hem d'afinar la data. Això és molt important per poder generar un DEM de bona resolució.
Aquí ens plantegem si estem en capacitat de realitzar un adequat procés filtrat de dades i una posterior reclassificació dels mateixos. Tots dos procediments, aparentment mecànics, tenen un importància crucial en els resultats a obtenir.

En això Global Mapper realment ho fa molt bé. A el menys, a l'escenari d'edició i filtrat. I tot i així cal tenir en compte que eliminant els punts que causen soroll, ha dades classificades com a superfície que no necessàriament són útils. Mitjançant Global Mapper, no només és possible realitzar una adequada eliminació de punts que es troben fora de l'abast geogràfic de l'àrea de projecte, sinó també aquells no requerits per les seves característiques, pel fet que l'aplicatiu compta amb nombroses opcions de filtrat.
Ara parlem de l'afinament de la data. Global Mapper inclou diversos procediments integrats amb els quals es classifica automàticament la data i es reclassifiquen els punts de terra no considerats inicialment evitant perdre data potencialment útil. D'aquesta manera s'incrementa el percentatge relatiu de punts que poden emprar-se en la creació d'un DEM amb major resolució.

L'exemple ho he treballat amb les dades abans i després de l'huracà; definitivament sense tenir un Wizzard, el programari té les funcionalitats gairebé suggerides en un flux de treball d'obtenir, modelar, filtrar, generar nou model.

Mitjançant altres processos de classificació automàtica es pot detectar i reclassificar edificis, arbres i cables utilitaris, el que constitueix el primer pas en el procés d'extracció de característiques.

La creació del Model d'Elevació Digital

Per realitzar els procediments d'anàlisi 3D, en gairebé tots els casos, el núvol de punts LiDAR necessitarà ser data efectiva. Utilitzem el procés anomenat 'enreixat' mitjançant el qual el valor associat a cada punt d'una matriu (en general un valor d'elevació) s'usa com a base per generar un model 3D sòlid. Aquest model pot representar només terreny (un model de terreny digital) o una superfície per sobre del terra, com una coberta forestal (un model de superfície digital). La distinció entre els dos es deriva del filtrat i selecció dels punts que s'utilitzen per generar la superfície.

Si tenim en compte que la majoria dels usuaris LiDAR, es plantegen com a objectiu principal la generació d'un DTM (Model Digital d'Terreny), Global Mapper ofereix una suficient col·lecció d'eines d'anàlisi de terreny, incloent càlcul de volum; optimització de tall i farcit; generació de corbes de nivell; delineació de conques; i anàlisi de línies de visió.

Extracció d'Atributs

Poder generar una major disponibilitat de dades a partir d'un núvol de punts més densa ens defineix un nou camí cap a la nova forma de processar les dades LiDAR. L'anàlisi dels patrons en l'estructura geomètrica de punts adjacents pot donar lloc a la delineació de models construïts, representats com polígons tridimensionals; línies elèctriques o cables de pas sobre el sòl, representats com a línies tridimensionals; així com punts d'arbres, derivats de l'estructura col·lectiva de punts classificats com a vegetació elevada. Les eines d'extracció vectorial de Global Mapper també inclouen una opció d'extracció personalitzada amb la qual poden generar línies 3D i polígons seguint una sèrie de vistes de perfil que són perpendiculars a una ruta predefinida. Aquesta eina es pot utilitzar per crear un model tridimensional exacte de qualsevol estructura allargada, tal com la vora d'una vorera en un carrer.

La conclusió de David és òbvia. Tenir dades no ho és tot a l'treballar amb LiDAR; tenir una eina amb què processar-los de manera pràctica, és el que potencializa l'ús d'aquesta tecnologia.

És curiós que l'última vegada que vaig veure aquesta aplicació va ser en 2011, amb la versió 11. Ja feia feina amb LiDAR però era una cosa depriment en el consum de recursos, vaig deixar de veure-ho des de la versió 13 on millorava una mica aquesta capacitat. És qüestió de baixar-ho i provar-ho, doncs aquesta versió 18 em sembla una de les millors alternatives de programari de baix cost que fa gairebé tot el que es podria requerir per operar dades LiDAR.

és un global Mapper