En este artículo descubrirás cómo crear un Modelo de Entidades Digitales en unos pocos clics y visualizar los resultados, utilizando el plugin Open Lidar Toolbox.
Tutorial Procesamiento de datos HD LIDAR con QGis
2- Descargue los datos del IGN HD LIDAR y cárguelos en QGis
3- Herramientas para datos LIDAR en QGis 3.32
4-Colorear una nube de puntos a partir de una ortofoto
5-Colorear a partir de una imagen con LAStool
6- Modelo digital de superficie (MDS) con CloudCompare y LAStools
7- Créer un Modèle Numérique de Terrain avec CloudCompare
8- Creación de un Modelo Digital del Terreno con LAStools
9- Creación de un Modelo Digital de Entidades con Open Lidar Toolbox.
En los capítulos anteriores hemos visto cómo crear un Modelo Digital de Superficie (MDS) y un Modelo Digital del Terreno (MDT). El tercer tipo de modelo digital es el Modelo Digital de Entidades (DFM). Los tres se agrupan en lo que se conoce como Modelos Digitales de Elevación.
El modelo digital del terreno es simplemente la superficie desnuda del terreno, excluyendo todas las demás características, como edificios y vegetación.
El modelo digital de superficie tiene en cuenta todo lo que hay sobre el terreno (edificios y vegetación).
El modelo digital de entidades tiene en cuenta la superficie del terreno y los edificios, excluyendo la vegetación.
Aunque los tres modelos dan resultados diferentes y los procesos para obtenerlos difieren, lo cierto es que la mayoría de las herramientas y técnicas pueden adaptarse a los tres. Por ejemplo, al interpolar la nube de puntos para obtener el ráster resultante, en el caso del MDT sólo se conservará para la interpolación la clase «suelo», mientras que para el MDE se conservarán «suelo» y «edificios» y para el MDS no se excluirá ninguna clase.
Todo esto quiere decir que, aunque estamos tratando aquí de la creación de Modelos de Objetos Digitales, utilizando técnicas desarrolladas principalmente para la arqueología, no hay nada que le impida adaptarlas y utilizarlas para MDT y MDS.
OPEN LIDAR TOOLBOX
La integración de datos topográficos procedentes de LiDAR aerotransportado se ha convertido en un elemento fundamental en las labores de prospección arqueológica. Ante la necesidad de desarrollar una metodología de procesado de datos rigurosa y transparente, la caja de herramientas Open Lidar Tools propone un flujo de trabajo de procesado específicamente adaptado a las nubes de puntos arqueológicas, con el objetivo de obtener productos optimizados para diversas aplicaciones. Este flujo de trabajo de procesamiento propuesto mejora la clasificación de los puntos sobre el terreno, así como los situados en el interior de las estructuras.
La principal innovación de este flujo de procesamiento reside en el enfoque de la interpolación de datos en forma de cuadrículas ráster, mediante la introducción de un método de interpolación híbrido. Este método combina la ponderación de distancia inversa (IDW) con una red irregular triangulada (TIN) y la interpolación lineal. Además, se han integrado soluciones para mejorar las visualizaciones. El plug-in para QGIS permite ejecutar todo el flujo de procesamiento en un solo paso, y la herramienta no requiere más conocimientos especializados que una familiaridad general con el entorno QGIS.
El objetivo de este pipeline y de esta herramienta es facilitar el procesamiento de datos LiDAR aerotransportados específicos de la arqueología, pero no sólo.
Advertencia
El plug-in Open Lidar Tools utiliza el procesamiento GRASS. Si has instalado la versión 3.32 con el instalador, comprueba que en el panel de procesado aparece la pestaña Grass.
En caso contrario, una vez comprobado que los plugins necesarios están activados, deberá instalar la versión 3.32 de OSGeo4W para que las llamadas a Grass funcionen.
Instalación de Open Lidar Toolbox
Instale el plugin Open LiDAR Toolbox para QGIS (en QGIS vaya a : Extensiones-> Instalar/Administrar extensiones ->extensiones instaladas -> todas -> Open LiDAR Toolbox -> Instalar Plugin).
Open Lidar Toolbox requiere la instalación de otros tres plugins:
- Lastools
- WhiteboxTools
- Relief Visualisation Toolbox
Ya hemos visto cómo instalar los dos primeros en los capítulos anteriores. Para Relief Visualisation Toolbox, simplemente añádelo desde el menú Extensiones-> Instalar/Gestionar extensiones -> extensiones instaladas -> todas -> Relief Visualisation Toolbox -> Instalar Plugin.
Abrir los módulos de Lidar Toolbox
Encontrarás un módulo llamado ONE en la parte superior de los procesos del plugin. Este proceso es un pipeline, que enlaza todos los módulos de procesamiento de datos LIDAR del plugin.
El tratamiento de las nubes de puntos se basa en el promediado, reforzado por un tratamiento secuencial. En primer lugar, se clasifican los edificios utilizando parámetros optimizados para la detección de edificios. A continuación, toda la nube de puntos sin edificios se vuelve a procesar con parámetros optimizados para la detección de puntos del suelo, lo que favorece la conservación de los rasgos arqueológicos frente a la eliminación de la vegetación. Un paso adicional, dirigido a los datos de baja densidad, consiste en clasificar como puntos del terreno todos los puntos no clasificados que se encuentran a ± 0,2 m de los puntos del terreno. Los puntos de vegetación se clasifican según el esquema ASPR. Sin embargo, debido a las limitaciones del software y a la racionalización de la canalización, la vegetación media y alta se combinan en la clase 5.
Todo lo que hay que hacer es especificar el archivo de puntos LIDAR que se va a procesar, si está clasificado o no, el sistema de coordenadas, el paso del modelo de características digitales y el nombre para el archivo de nube de puntos clasificado.
Se da como entrada una nube de puntos LIDAR, clasificados o no, y se obtienen
- dos rásters con densidades de puntos de vegetación baja y de terreno
- un ráster con el modelo digital de características y otro con los niveles de confianza asociados
- la nube de puntos clasificada
- cinco rásters de visualización, mediante diferentes técnicas, del MDE
He aquí un ejemplo basado en una nube de puntos sin clasificar del IGN Francés
El primer resultado del proceso en un paso es la nube de puntos clasificada:
Las salidas con las densidades de puntos de vegetación baja y terreno, así como los niveles de confianza del MDE, son utilizadas por el módulo de interpolación. Veremos su utilidad más adelante.
Ya tenemos nuestro modelo digital de entidades:
Visualización Factor de Vista del Cielo (Sky-View-Factor,SVF)
El Factor de Visión del Cielo (SVF) es una herramienta utilizada en el campo de la geomática, en particular para el análisis topográfico y la visualización del paisaje. El Factor de Visión del Cielo (SVF) es un índice que mide la porción de cielo visible desde un punto determinado del terreno, en función de la topografía circundante. Este índice puede utilizarse para caracterizar la visibilidad del cielo desde un lugar concreto, lo que puede tener importantes implicaciones en diversos campos como la climatología, la ecología, el urbanismo, etc.
El SVF se calcula simulando la línea de visión desde un punto determinado hacia el cielo y midiendo la proporción de esta línea de visión que está obstruida por las características del paisaje circundante, como edificios, árboles y relieve del terreno. Cuanto mayor sea el SVF, más clara será la vista desde el punto al cielo.
Visualización Opennes
La apertura (Opennes) es una herramienta utilizada en geomática para analizar y visualizar la topografía de un paisaje en términos de visibilidad y exposición a diferentes direcciones. La apertura mide la capacidad de un punto del terreno para ver y ser visto desde distintas direcciones.
La apertura se calcula midiendo el ángulo entre la normal del terreno en un punto dado y las direcciones hacia las que se quiere evaluar la exposición. En otras palabras, la apertura indica la facilidad con la que un punto puede «ver» o ser «visto» desde las zonas circundantes.
Visualización de la topografía arqueológica (VAT)
La visualización para la topografía arqueológica (VAT) combina el sombreado de colinas (o sombreado de colinas en tres direcciones), la pendiente, la apertura positiva y el factor de visión del cielo con parámetros predeterminados de cálculo y mezcla para terrenos «normales» y muy llanos. Los métodos de visualización seleccionados son complementarios y los modos de difuminado específicos porque amplifican las características particulares.
Visualización DME (Diferencia respecto a la elevación media)
La visualización de la diferencia respecto a la elevación media (DME) es una técnica utilizada para representar visualmente las variaciones en la elevación de un terreno en relación con una elevación media de referencia. Este método se utiliza a menudo en geomática y análisis topográfico para resaltar las zonas en las que el terreno muestra desviaciones significativas con respecto a una elevación media esperada.
He aquí cómo funciona la visualización DME:
- Cálculo de la elevación media: En primer lugar, se calcula una elevación media para toda la zona de estudio. Para ello, se obtiene la media de los valores de elevación de todos los puntos del terreno de la zona.
- Cálculo de las diferencias: A continuación, para cada punto del terreno, se determina la diferencia entre la elevación real del punto y la elevación media calculada. Esta diferencia suele expresarse en metros u otras unidades de medida adecuadas a la elevación.
- Coloración del mapa: las diferencias calculadas se representan visualmente mediante una escala de colores. Las zonas en las que la elevación es superior a la media pueden colorearse con tonos cálidos (como el rojo) para indicar elevaciones superiores, mientras que las zonas por debajo de la media pueden colorearse con tonos fríos (como el azul) para indicar elevaciones inferiores.
- Creación del mapa DME: Al aplicar esta coloración a todo el terreno, se crea un mapa DME. Este mapa permite visualizar rápidamente las zonas en las que el terreno presenta elevaciones inusualmente altas o bajas en comparación con la elevación media prevista.
La visualización del DME puede ser útil para detectar características topográficas inusuales, como montículos, depresiones u otras formaciones geológicas interesantes. También puede ayudar a identificar zonas en las que fenómenos como la erosión o la sedimentación han alterado el perfil topográfico previsto.
Visualización del sombreado
El sombreado analítico se calcula en varias direcciones, repartidas equitativamente entre 0° y 360°. El 0° está siempre en la banda 1, seguido de azimuts en el sentido de las agujas del reloj, por ejemplo 45° en la banda 2, 90° en la banda 3… 315° en la banda 8, para un cálculo en 8 direcciones. La imagen de 8 bits es el resultado de un cálculo en tres direcciones, separadas por 60° (315° en la banda roja, 15° en la banda verde, 75° en la banda azul).
Otros módulos disponibles en Open Lidar Toolbox
Las distintas etapas del módulo ONE Step Processing están disponibles como módulos independientes.
Clasificar LAS/LAZ
La diferencia entre esta herramienta de clasificación y las demás cajas de herramientas que hemos visto en los capítulos anteriores es la secuencia de tres etapas:
- En primer lugar, se clasifican los edificios utilizando parámetros optimizados para la detección de edificios.
- A continuación, se vuelve a procesar toda la nube de puntos sin los edificios utilizando parámetros optimizados para la detección de puntos del terreno.
- Por último, todos los puntos no clasificados situados a ± 0,2 m de los puntos del suelo se clasifican como puntos del suelo.
Los puntos de vegetación se clasifican según el esquema ASPR, pero la vegetación media y alta se combinan en la clase 5.
CREAR DFM
Esta herramienta es una canalización, al igual que el Procesamiento en un paso. Si marca la casilla que indica que la nube de puntos de entrada ya está clasificada, se ejecuta el proceso en un paso, excepto la primera parte, la clasificación, y la última, la visualización.
Si no marca esta casilla, ejecuta el Procesado en un paso excepto la última parte, la visualización.
Visualizaciones (de DFM)
Para cualquier modelo digital en formato ráster, puede utilizar este módulo para crear las 5 visualizaciones utilizadas en el plugin Open LIdar Toolbox directamente, sin utilizar la caja de herramientas de visualización ráster.
Los otros módulos
Crear datos base, Mapa de confianza DFM e Interpolación híbrida son un conjunto de herramientas para interpolar una nube de puntos LIDAR para crear un modelo ráster digital.
Aunque en el pipeline se aplican a la creación de un modelo digital de entidades, son igualmente útiles para crear modelos digitales del terreno y de la superficie.
El principal problema en esta fase en todos los modelos digitales es elegir el método de interpolación más adecuado para los datos disponibles. Open Lidar Toolbox ofrece un método híbrido, es decir, un método que utiliza dos métodos de interpolación diferentes en función de la región de la nube de puntos, seleccionando el método más preciso en función de una serie de criterios (mapa de confianza).
Esto merece un capítulo aparte, y es lo que haremos en el próximo artículo.
