PDF de programación - Procesamiento de datos LiDAR con ArcGIS Desktop 10

UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

Facultad de Geografía e Historia



MASTER EN TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN

TRABAJO FINAL

GEOGRÁFICA

Procesamiento de datos LiDAR con ArcGIS

Desktop 10

Autor: Antonio San José Albacete
Director: Luís Garmendia Salvador
Codirector: Francisco Mauro Gutiérrez



Madrid 2011



Resumen



El presente trabajo pretende mostrar el procesamiento de los datos LiDAR mediante el uso
del software de ESRI: ArcGIS Desktop 10. Para ello se aborda una breve introducción a la
evolución del sensor LiDAR y las versiones de datos .las, así como un resumen de sus
principales aplicaciones en la actualidad.


Por otra parte, se incluye una aproximación al software existente para el tratamiento de
datos LiDAR, recopilando una muestra significativa de herramientas orientadas al manejo de
archivos .las. Desde los visores básicos hasta los programas desarrollados exclusivamente para
trabajar con datos LiDAR, pasando por herramientas creadas para personalizar el software
comercial y permitir el tratamiento de archivos .las.


A continuación se realiza una visión del tratamiento de los datos en ArcGIS Desktop 10,
partiendo del acceso a la información, los contenidos que se pueden visualizar y las
herramientas disponibles para manejar la información. En este punto se ha desarrollado un
modelo de geoprocesamiento que permite realizar una primera depuración automática de los
datos y crear dos productos básicos: el Modelo Digital de Superficies y el Modelo Digital de
Elevaciones, así como la normalización de los datos.


Finalmente, y a partir de los archivos .las facilitados por el Grupo de Investigación,
Tecnologías y Métodos para la Gestión Sostenible, se ha elaborado un procedimiento y un
modelo de geoprocesamiento para procesar los datos y permitir su posterior uso en aplicaciones
forestales: cálculo del volumen forestal, estimación de biomasa forestal u otras variables de
interés.

Palabras Clave


LiDAR, ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing), ArcGIS

Desktop 10, archivos .las, shapefile, MDT, MDE, MDS, normalización, biomasa.



This paper aims to show the LiDAR´s data processing by using ESRI´s software

ArcGIS Desktop 10. For this reason, a brief introduction to the evolution of LiDAR´s sensor
and to the different versions of .las data has been included, as well as a summary of its main
applications today.


Afterwards, an approximation to the existing software for LiDAR data processing has

been included, compiling a representative sample of tools for the management of .las files. From
basic viewers to software that has been exclusively developed to work with LiDAR data,
including tools that have been developed to customize commercial software and allowing the
processing of .las files.


Thereafter, an overview of the data processing with ArcGIS Desktop 10 has been made,

taking as a starting point the access to information, the contents that can be displayed and the
available tools for managing information. At this point, a geoprocessing model has been
developed, which allows to make a first automatic data cleansing and to create two basic
products: Digital Surface Model and Digital Elevation Model, as well as data standardization.


Finally, and with the .las files provided by the Research Group on Technologies and

Methods for Sustainable Management (Grupo de Investigación, Tecnologías y Métodos para la
Gestión Sostenible), a procedure has been elaborated, as well as a geoprocessing model to
process data and to allow its subsequent use in forestry applications as the estimation of forest
volume and biomass or other variables of interest.

Keywords


LiDAR, ASPRS (American Society for Photogrammetry and Remote Sensing), ArcGIS

Desktop 10, .las files, shapefile, DTM, DEM, DSM, normalization, biomass.

Abstract



Agradecimientos


A Pilar



adelante.

A Luis y Francisco, por su inestimable ayuda y su apoyo para que este trabajo salga


A Sergio y Eduardo, por sus ánimos y buenos consejos.



Tabla de Contenidos



PARTE I. INTRODUCCIÓN A LA INVESTIGACIÓN ............................................1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN............................................................................................. 3
1.1. Planteamiento y justificación del trabajo ................................................................... 4
1.2. Hipótesis y objetivos ..................................................................................................5
1.3. Metodología seguida durante la investigación ........................................................... 6
1.4. Organización del trabajo.............................................................................................7


PARTE II. ESTADO DEL ARTE..................................................................................9

CAPÍTULO 2. DESARROLLO Y EVOLUCIÓN DE LOS DATOS LiDAR...................... 11
2.1. Historia del sensor LiDAR ....................................................................................... 12
2.1.1. Introducción............................................................................................... 12
2.1.1. Definición .................................................................................................. 13
2.2. Adquisición de datos LiDAR ................................................................................... 15
2.2.1. Introducción............................................................................................... 15
2.2.2. Pasos para la adquisición de datos LiDAR................................................ 15
2.2.3. Pre-procesado, filtrado y clasificación de los datos brutos........................ 16
2.2.4. Generación de modelos digitales............................................................... 16
2.3. Atributos de los datos LiDAR .................................................................................. 18
2.3.1. Introducción............................................................................................... 18
2.3.2. Clasificaciones........................................................................................... 18
2.3.3. Número de retornos ................................................................................... 20
2.4. Formatos................................................................................................................... 21
2.4.1. Definición del formato .las ........................................................................ 22
2.4.2. Tipos de datos............................................................................................ 22
2.4.3. Registros de datos de punto ....................................................................... 22
2.4.3.1. Formato 0.................................................................................... 22
2.4.3.2. Formato 1.................................................................................... 23
2.4.3.3. Formato 2.................................................................................... 23
2.4.3.4. Formato 3.................................................................................... 24
2.4.3.5. Formato 4.................................................................................... 24
2.4.3.6. Formato 5.................................................................................... 25
2.4.3.7. Comparación entre formatos....................................................... 26
2.4.4. Información de georreferenciación............................................................ 26

Tabla de Contenidos


2.5. Proceso de control de calidad ................................................................................... 27
2.5.1. Métodos de validación............................................................................... 27
2.5.2. Especificaciones de precisión.................................................................... 28
2.5.3. Revisión cualitativa de los datos LiDAR................................................... 29
2.5.4. Metadatos................................................................................................... 29
2.6. Una aproximación a las aplicaciones LiDAR .......................................................... 30
2.7. Tendencias futuras.................................................................................................... 32
2.7.1. Desarrollo tecnológico actual .................................................................... 32
2.7.2. Desarrollo tecnológico futuro.................................................................... 34


CAPÍTULO 3. APROXIMACIÓN AL SOFTWARE EXISTENTE PARA EL
TRATAMIENTO DE DATOS LiDAR ................................................................................... 35
3.1. Software comercial................................................................................................... 36
3.1.1. ArcGIS 10 y sus extensiones para el tratamiento de datos LiDAR........... 37
3.1.1.1. LP360.......................................................................................... 37
3.1.1.2. LiDAR Analyst 5.0 for ArcGIS.................................................. 39
3.1.2. Global Mapper 11...................................................................................... 40
3.1.3. FME ........................................................................................................... 40
3.2. Software gratuito .....................................................................................................