Tutoriel : LIDAR HD avec QGIS 3.32
Dans cet article vous trouverez les outils pour les données LIDAR : LASTools, WhiteboxTools, OpenLIDAR Tools. Installations,licences et configurations pas à pas. Vous avez aussi une présentation de CloudCompare.
Comme nous l’avons vu dans l’article Données LIDAR dans QGis 3.32, la nouvelle version de QGis intègre une série de traitements pour les données de nuages de points. Ce n’est qu’une première étape. De nouveaux traitements seront intégrés au fur et à mesure pour que QGis soit un puissant utilitaire de traitement des données LiDAR. Il n’en reste pas moins que pour l’instant il est nécessaire d’utiliser d’autres fournisseurs de traitements pour réaliser certaines opérations. Nous verrons ici les autres outils disponibles dans, ou à côté de, QGis.
1- Les données LIDAR dans QGis 3.32
2- Télécharger les données LIDAR HD de l’IGN et les charger dans QGis
3-Les outils pour les données LIDAR dans QGis 3.32
Les outils disponibles en natif dans QGis 3.32 pour les données LIDAR
Un nouveau fournisseur de traitement natif a été intégré pour les algorithmes de nuages de points : le fournisseur prend actuellement en charge les algorithmes suivants :
- Information : fournit des métadonnées de base sur le nuage de points (nombre de points, étendue, crs, etc.).
- Convertir le format : convertir le nuage de points dans un format différent, par exemple de las à laz.
- Reprojeter : projeter le nuage de points vers un CRS différent
- Fixer la projection : fixer (assigner) le CRS d’un fichier de nuage de points
- Clip : clipper un nuage de points en découpant un ou plusieurs polygones
- Merge : fusionner plusieurs nuages de points dans un seul fichier
- Tile : créer des tuiles à partir des données d’entrée
- Thin : créer une version allégée du nuage de points
- Boundary : exporte une couche vectorielle contenant les limites du nuage de points
- Densité : exporte un fichier matriciel dans lequel chaque cellule contient le nombre de points qui se trouvent dans la zone de cette cellule.
- Export to raster : exporte les données du nuage de points vers une grille matricielle 2D
- Exportation vers vecteur : exporter les données d’un nuage de points vers une couche vectorielle avec des points 3D
- Export to raster (TIN) : exporter les données d’un nuage de points vers une grille matricielle 2D en utilisant une triangulation de points.
- Filtrer : extraire un sous-ensemble du nuage de points à l’aide d’expressions PDAL
Cette batterie de traitements permet la réalisation des opérations les plus courantes sur des nuages de points.
Pour des traitements plus spécifiques nous disposons de trois autres outils qui peuvent être intégrés à la boîte de traitements de QGis:
- LASTools
- WhiteboxTools
- Open LIDAR Tools
Il existe aussi un produit Open source complémentaire de QGis , CloudCompare.
Avant de voir les outils, il faut faire une remarque importante. Ces outils, à la date d’écriture de cet article, ont été interfacés avec les versions précédentes de QGis. La notion de couche de nuage de points n’existait pas encore. Quand vous ouvrez un traitement de nuages de points de QGis, vous aurez une fenêtre de paramètres avec la mention Couche source. Le menu déroulant affichera les couches chargées et vous pourrez les définir ainsi comme l’entrée du traitement.
Quand vous ouvrirez la fenêtre de traitement des boîtes à outils complémentaires, vous aurez une fenêtre du type:
Même si vous avez chargé une couche dans QGis, les traitements devront pointer sur les fichiers d’origine.
De même, les fichiers résultat de ces traitements seront des fichiers sur disque et ne seront pas chargés automatiquement à la fin du traitement, même si cette option apparaît cochée sur la fenêtre de traitement.
Il va sans dire que dans ces conditions, si vous optez pour l’option par défaut en sortie, un fichier temporaire, vous n’aurez aucun résultat!
LAStools, traitements de données LIDAR
Elle est présentée comme une double boîte à outils, avec une (petite) partie libre et une (grosse) partie payante et ayant besoin d’une licence. Licence soit dit en passant qui n’est valable qu’un an et après il faut s’acquitter d’une maintenance obligatoire pour pouvoir continuer à utiliser le produit.
RapidLasso propose trois types de licence LAStools :
- Licence personnelle : cette licence est destinée aux particuliers qui souhaitent utiliser LAStools à des fins non commerciales.
- Licence commerciale : cette licence est destinée aux entreprises qui souhaitent utiliser LAStools à des fins commerciales.
- Licence d’essai : cette licence permet d’utiliser LAStools gratuitement pendant 30 jours.
Je vous laisse le soin de vous informer plus longuement sur leur site : https://rapidlasso.de. Mais, comme j’ai eu beaucoup de mal à comprendre ce que l’on peut ou on ne peut pas faire avec la version qui est installé par défaut, voici le résumé qui vous fera gagner BEAUCOUP de temps.
LASTOOL, licence ou pas licence?
Ce que vous trouverez comme explication pour l’utilisation de LASTOOLS est le paragraphe suivant:
There are TWO parts to LAStools. One part is OPEN source.
The other part is CLOSED source and requires licensing for most commercial or government use. If you’re unsure please email ‘info@rapidlasso.de’ before using LAStools.
For education and evaluation purposes you can use and test LAStools for free. Some free version tools are may limited in the maximum count of lidar points in one single file to avoid commercial usage.
(LAStools se compose de DEUX parties. L’une est à code source ouvert. L’autre partie est à source fermée et nécessite une licence pour la plupart des utilisations commerciales ou gouvernementales. Si vous n’êtes pas sûr, veuillez envoyer un courriel à « info@rapidlasso.de » avant d’utiliser LAStools. À des fins d’éducation et d’évaluation, vous pouvez utiliser et tester LAStools gratuitement. Certains outils en version gratuite peuvent être limités dans le nombre maximum de points lidar dans un seul fichier afin d’éviter toute utilisation commerciale.)
Passons ce texte au décodeur et voyons les choses comme elles sont:
1- Il n’y a qu’une seule version de la boîte à outils.C’est celle que vous installerez (voir le paragraphe suivant).
2- Tous les traitements fonctionnent dès que vous aurez installé et configuré le fournisseur de traitements.
3- Les traitements « sous licence » fonctionnent avec ou sans licence. Par contre, selon le traitement, à partir de 1,5 millions de points si vous n’avez pas de licence, le traitement ajoutera soit du bruit soit des bandes noires dans le fichier résultant. Bref, la qualité de la sortie sera « légèrement » dégradée.
4- si vous achetez une licence, vous recevrez une clé qui vous permettra d’enlever cette limite de nombre de points.
5- en cherchant bien, vous trouverez un forum dans lequel le concepteur de LASTOOLS indique un moyen de contourner ce problème de limites de points. Il conseille tout simplement d’utiliser un traitement de LASTOOLS qui permet de diviser un fichier LIDAR en tuiles de moins de 1,5 millions de points, appliquer le traitement souhaité (classification, détection du sol, etc) aux tuiles, puis reconstruire une sortie unique à partir des sorties des tuiles.
6- ne vous sentez pas coupable si vous optez pour ce système, car ce qu’il faut savoir c’est que si vous avez payé une licence et que votre fichier LIDAR fait plus de 15 millions de points (les fichiers de l’IGN font en moyenne 22 millions…) vous aurez une message d’erreur d’allocation mémoire qui bloquera le traitement. Une fois que vous aurez consulté Rapidlasso comme c’est indiqué dans le message d’erreur, on vous dira… de décomposer en tuiles de moins de 15 millions de points, appliquer le traitement souhaité (classification, détection du sol, etc) aux tuiles, puis reconstruire une sortie unique à partir des sorties des tuiles!
Installation de LASTOOLS pour QGis
Voici la procédure d’installation sur QGis, car ce n’est pas non plus un long fleuve tranquille:
Installez le plugin LAStools avec le gestionnaire d’extensions:
Pour LAStools, il faut installer non seulement le plugin mais aussi les exécutables :
Téléchargez le logiciel LAStools à partir d’ici et décompressez-le dans un emplacement permanent, par exemple « c:/LAStools »
! !! Important : Veillez à ce que le chemin d’accès ne contienne pas d’espaces ou de caractères spéciaux.
Dans Qgis, allez dans le menu Préférences / Options.
Naviguez vers l’onglet Traitement sur la gauche, puis double-cliquez sur Fournisseurs de traitements, puis double-cliquez sur LAStools.
Naviguez jusqu’au dossier LAStools que vous avez téléchargé à l’étape 1, par exemple « C:/LAStools ».
Cliquez sur n’importe quelle autre case, par exemple « Scripts », puis cliquez sur OK.
Petit détail à retenir : si vous exécutez un des traitements et vous avez ce message d’erreur :
Inutile de chercher d’où il sort ce UTF-8, c’est juste le message pour vous indiquer que vous n’avez pas pointé les options de fournisseur de traitement sur le bon répertoire de LASTOOLS.
Structure des outils LASTOOLS
La boîte à outils LASTOOLS se compose de trois types d’outils:
- Les outils de base qui prennent un fichier en entrée du traitement. Le code de ces outils se trouve dans le répertoire LAStools/bin que vous avez indiqué dans les Options des fournisseurs de traitement.
- Des outils similaires mais qui prennent un répertoire en entrée de traitement. Le traitement s’effectuera sur tous les fichiers LAS ou LAZ présents dans ce répertoire. Le nom du traitement se termine par Pro et le code de ces traitements est chargé par le plugin. Il ne se trouve donc pas dans le même répertoire que les précédents mais dans C:\Users\username\AppData\Roaming\QGIS\QGIS3\profiles\default\python\plugins\LAStools\LAStoolsProduction
- Des pipelines, c’est à dire des outils qui enchaînent automatiquement une série des outils précédents. Ils se trouvent dans le répertoire C:\Users\username\AppData\Roaming\QGIS\QGIS3\profiles\default\python\plugins\LAStools\LAStoolsPipelines
Ces informations vous seront utiles si vous voulez créer vos propres workflows de traitement. Nous verrons cela en détail dans le chapitre consacré à LAStools, dans la suite du tutoriel.
WhiteboxTools pour les données LIDAR
Voici une autre boîte à outils avec deux parties, une (grosse) partie libre d’utilisation et une (petite) partie sous licence annuelle ou perpétuelle.
De nombreux traitements de la partie libre ne sont pas encore inclus dans les traitements par défaut de QGis. Il est donc utile de faire appel à cette boîte à outils pour compléter les possibilités de traitements des nuages de points.
Voici la liste des traitements disponibles. Les traitements barrés sont ceux qui nécessitent une licence.
Pour l’installation, vous commencez à voir que c’est une habitude, il faut prendre quelques précautions:
Pour les outils WhiteboxTools, il faut non seulement installer le plugin, mais aussi les binaires/exécutables pour le système d’exploitation concerné :
1-Installez le plugin avec le gestionnaire d’extensions de Qgis:
2-Téléchargez les binaires pour votre système d’exploitation ici.
Décompressez le dossier téléchargé et placez-le dans un endroit sûr, par exemple C:/whitebox/
! !! Important : Veillez à ce que le chemin d’accès ne contienne pas d’espaces ou de caractères spéciaux.
3-Dans Qgis, allez dans Préférences/ Options.
Naviguez vers l’onglet Traitement sur la gauche, puis double-cliquez sur Fournisseurs de traitement, puis double-cliquez sur WhiteboxTools.
Naviguez jusqu’au fichier exécutable « whitebox_tools » (« whitebox_tools.exe » sous Windows) dans le dossier que vous avez téléchargé à l’étape 2.
Cliquez sur n’importe quelle autre case, par exemple « Scripts », puis cliquez sur OK.
Si vous n’avez pas de licence et que vous essayez d’exécuter un des traitements sous licence (à vous de savoir lesquels sont, car rien ne les distingue des autres) vous aurez un message d’erreur :
Le plugin Open LIDAR Toolbox
Open LiDAR Toolbox est un plug-in QGIS pour le traitement en une étape des données LiDAR aéroportées, du nuage de points aux visualisations LiDAR. L’entrée requise est un nuage de points non classifié au format LAZ/LAS et l’outil renvoie les résultats nécessaires à la cartographie interprétative des caractéristiques archéologiques. En outre, plusieurs autres outils sont disponibles pour le traitement des données en plusieurs étapes. Les outils sont optimisés pour l’archéologie, mais ont une application plus large pour toute personne intéressée par l’inspection visuelle de LiDAR aéroporté, par exemple, la cartographie topographique.
Open LiDAR Toolbox est une « enveloppe » qui utilise plusieurs excellents outils sous le capot : GDAL, GRASS, les outils natifs de QGIS, LAStools, Whitebox Tools et RVT. Par conséquent, les plug-ins suivants doivent être installés avant Open LiDAR Toolbox : LAStools, Whitebox Tools et RVT. Si ces plug-ins ne sont pas déjà installés, ils le seront automatiquement avec Open LiDAR Toolbox. Cependant, les étapes supplémentaires (installation des exécutables pour LAStools et WhiteboxTools) doivent être suivies.
Pour installer le plugin allez dans le gestionnaire des extensions.
Si vous n’avez pas installé les deux plugins précédents, LASTools et WhiteboxTools, téléchargez et installez les exécutables comme il est indiqué plus haut.
L’outil ONE pour le traitement des données LIDAR
Il s’agit d’un pipeline d’algorithmes qui prend un nuage de points LiDAR aéroporté pour produire tous les dérivés essentiels pour l’archéologie et toute personne intéressée par l’analyse visuelle des données LiDAR ou qui les utilise pour la cartographie topographique. Le pipeline introduit plusieurs étapes supplémentaires par rapport à une approche traditionnelle. Les résultats sont une amélioration modérée de la classification des points au sol (ASPRS classe 2) et une amélioration significative de la classification des bâtiments (ASPRS classe 6). Cette dernière est particulièrement importante pour les modèles numériques de terrain(MNT) ainsi que pour les modèles numériques d’entités (DFM).
Comme ces outils ont été mis au point dans un but archéologique, ils ont été optilmisés pour distinguer trois types de modèles de terrain:
Cette figure représente les trois types de modèles:
- DTM – le modèle numérique de terrain
- DSM – le modèle numérique de surface
- DFM – le modèle numérique d’entités.
Ce plugin est particulièrement utile dans le cadre du calcul de ce troisième type de modèles.
Logiciel CloudCompare
CloudCompare est un logiciel gratuit et open source qui permet d’effectuer des opérations de traitement, d’analyse et de visualisation de données 3D. Il est utilisé par une large communauté de professionnels, notamment des géomaticiens, des ingénieurs, des architectes et des scientifiques.
CloudCompare prend en charge une grande variété de formats de données 3D, notamment les nuages de points, les nuage de voxels, les surfaces et les modèles polygonaux. Il permet d’effectuer une variété d’opérations sur les données 3D, notamment :
- Visualisation
- Filtrage
- Reclassement
- Segmentation
- Reconstruction
- Fusion
- Mesures
- Exportation
CloudCompare est un outil puissant et polyvalent qui peut être utilisé pour une variété de tâches de traitement, d’analyse et de visualisation de données 3D. Il est gratuit et open source, ce qui le rend accessible à un large public.
Voici quelques exemples de ce que vous pouvez faire avec CloudCompare :
- Visualiser des nuages de points et des surfaces 3D
- Filtrer des nuages de points pour supprimer les bruits et les artefacts
- Reclasser des nuages de points pour les rendre plus faciles à visualiser
- Segmenter des nuages de points pour identifier des objets distincts
- Reconstruire des surfaces à partir de nuages de points
- Fusionner des nuages de points pour créer des modèles 3D plus grands
- Mesurer des distances, des surfaces et des volumes
- Exporter des données 3D dans différents formats
Si vous travaillez avec des données 3D, CloudCompare est un outil indispensable à côté de QGis. Il est gratuit, open source et facile à utiliser.
Surtout, il vous sera d’une grande utilité dans la mise au point de vos traitements. En effet, les outils que nous avons vu précédemment sont des traitements: vous définissez les données en entré et vous obtenez des données en sortie. Avec CloudCompare vous travaillez de manière interactive. Vous pouvez tester différentes caleurs de paramètres d’une manière plus conviviale et efficace.
CONCLUSION
Quel-qu’il soit le type de projet vous avez déjà avec QGis les outils nécessaires pour atteindre vos objectifs. La nouvelle version 3.32 n’est qu’un début pour une intégration plus complète et rationnelle de tous ces outils. Dans les versions à venir, il y aura des outils qui seront intégrés progressivement dans le core de QGis, les concepteurs des plugins prendront en charge le nouveau type de couche « nuage de points » et les outils redondants disparaitront au fur et à mesure.
