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1Instituto Geogrfico Nacional

Altimetra por lser (LiDAR). Fundamentos y datos disponibles CCAA Cantabria2014-07-03

S.G. de Geodesia y Cartografa. Unidad de Observacin del Territorio

Altimetra por lser (LiDAR). Fundamentos y datos disponibles en la CCAA de Cantabria

2Altimetra por lser (LiDAR). Fundamentos y datos disponibles CCAA Cantabria2014-07-03

1. Principios del sistema LiDAR2. Sistemas LiDAR aerotransportados3. Datos LiDAR4. Flujo de trabajo en un proyecto LiDAR5. PNOA-LiDAR6. Conclusiones


Lidar (Light Detection And Ranging)Sensor activo muy similar al Radar, pero que mide la radiacin devuelta por la superficie terrestre o por las partculas que componen la atmsfera cuando se ilumina con una fuente de rayos lser (Sobrino, 2000). Propiedades:

Menor longitud de onda que radar, mayor detalle en la observacin. No penetra en capas espesas como nubes.

Tipos:- LiDAR Dispersmetro, rayo lser dispersado, reflejado o re-emitido proporciona

informacin del coeficiente de extincin de la capa atmosfrica.- LiDAR de Absorcin Diferencial, analiza retorno de un lser a diferentes ,

para determinar densidad de componentes atmosfricos, perfil atmosfrico del vapor de agua y de la temperatura.

- LiDAR Doppler, mide desfase doppler de la luz dispersada por los aerosoles transportados por el viento, para determinar la velocidad del viento.

- Altmetro LiDAR, medidas precisas de distancia (en funcin del tiempo de retorno) entre altura de referencia y posiciones concretas de la superficie.

1. PRINCIPIOS DEL SISTEMA LIDAR


Unidad de medida de distancia Scaner GPS INSS/IMU Unidad de control y seguimiento

Componentes de un sistema LiDAR



El objetivo: obtener un Modelo Digital de Elevaciones (MDE) de forma directa

Cmo: utilizando un sensor LIDAR aerotransportado

Qu necesitamos?:Distancias y ngulos al terreno:Tiempo de regreso del pulso.Posicin del Sensor: GNSSOrientacin del Sensor: IMU



Un LIDAR emite pulsos de luz lser en un haz muy estrecho y en una determinada longitud de onda, y recoge el eco (uno o varios) devuelto por elementos

Distancia = c*t

La georreferenciacin precisa de los ecos recibidos por el sensor se puede realizar a partir de la distanciacalculada por el LIDAR, la posicindel sensor, el ngulo de orientacindel haz de luz lser, los efectos atmosfricos sobre c, los parmetros de actitud de la plataforma.



Frecuencia de repeticin de pulsos (PRF) o la frecuencia del pulso: nmero de pulsos por segundo enviados, se suele medir en KHz

Frecuencia de barrido es el tiempo que tarda el espejo en moverse de un lado a otro.

Ecos (algunos los llaman tambin pulsos): nmero de pulsos recibido como reflexiones registradas para un pulso enviado.

Distancia entre pasadas: distancia entre lnea de vuelo para que exista un recubrimiento transversal

Campo de visin (Field Of View, FOV) o ngulo de escaneo: ngulo transversal al eje de vuelo, en funcin del cual el Lser cubre o barre una determinado rea.

Definicin de algunos trminos utilizados en la planificacin de vuelos LIDAR



El registro del primer pulso permite describir la superficie (parte ms alta) de los objetos, mientras que el registro del ltimo eco se usa para conocer la superfcie del sueloLa capacidad multiretorno se utiliza para detectar vegetacin y sualtura

Ultimo pulso, suelo.

Primer pulso, copas.

Pulsos intermedios, ramas.

Huella del pulso

Todas las superficies reflectantes dentro de la huella del pulso, generan una onda de retorno



2. SISTEMAS LIDAR AEROTRANSPORTADOS

= 700-1550 nm

1 = 700-1300 nm2 = 500-600 nm


Modos de escaneo o barrido



La gran mayora de aplicaciones trabajan con ficheros en formato las.

Este formato ha sido desarrollado por la American Society for

Phtogrammetry and Remote Sensing (ASPRS)

Los ficheros las son archivos binarios de formato estndar que

permiten el intercambio de este tipo de informacin. La ltima

especificacin aprobada es la 1.4 (Noviembre 2011)

Los ficheros las tienen la ventaja de mantener la informacin

capturada por el sensor

Formato las

5. DATOS LIDAR


CABECERA DE UN FICHERO LAS

5. DATOS LIDAR


GRABACIN DE PUNTOS

5. DATOS LIDAR


1. Planificacin. En esta fase del proyecto consiste en obtener las

caractersticas de vuelo, y modo de operar del sensor, para cumplir

con las especificaciones tcnicas

2. Captura. En esta fase se captura toda la informacin necesaria, para

ser tratada en una fase posterior

3. Procesado de los datos. Tratamiento de la informacin obtenida en

fase de captura para obtener la nubes de puntos lidar que define la

superficie.

4. Control de calidad

4. FLUJO TRABAJO PROYECTO LIDAR


1. FASE DE PLANIFICACIN

Planificacin de vuelo

Control de calidad de la planificacin



2. FASE DE CAPTURA DE DATOS

Vuelo de calibracin

Toma de datos de la estacin de referencia GNSS

Captura de la posicin de avin:

Datos GNSS, que permite la obtencin de coordenadas

Datos IMU/INS, que permite la obtencin de los giros del avin

Captura de la posicin de cada punto:

Distancia

ngulo de salida del haz

Intensidad

Tiempo de captura

Pasadas transversales de ajuste altimtrico



3. FASE DE PROCESADO DE LOS DATOS

Obtencin de la trayectoria del avin mediante los datos GPS de la

estacin de referencia, del avin y los datos inerciales

Obtencin de las coordenadas de cada punto. Como producto final se

obtiene un fichero en formato las

Postproceso de los ficheros las

Paso de alturas elipsoidales a cotas ortomtrica

Clasificacin automtica de la nube de puntos

Edicin de la clasificacin automtica con informacin auxiliar

Obtencin de productos derivados (curvados, MDT malla, etc..)



4. CONTROL DE CALIDAD



Por qu es necesaria una cobertura nacional de datos LIDAR?

Para actualizar los Modelos Digitales del Terreno (MDT), con datos de mayor precisin, debido en algunos casos a requerimientos legales:

RMSz < 0,20 m Realizacin de cartografa de zonas inundables,

pruebas de esfuerzo en centrales nucleares, deteccin de obstculos en zonas de influencia de aeropuertos.

Para obtener modelos 3D de vegetacin y edificaciones, que nunca haba sido capturados masivamente con una precisin altimtrica tan alta

Para satisfacer las necesidades de los usuarios respecto a informacin altimtrica de gran precisin

5. PNOA-LiDAR


OBJETIVOS

Obtener una cobertura nacional con un RMSz < 0,20 m de todo el territorio, y actualizarla cada 6 aos

Satisfacer la necesidades de los usuarios, respecto a datos altimtrico de gran precisin, para su aplicacin en mbitos multidisciplinares

Fomentar la colaboracin entre las Administraciones para utilizar una base de datos altimtrica nica, precisa y con un modelo de produccin bottom-up

Buscar mejoras tecnolgicas en la captura y procesado de los datos, para reducir costes y tiempos de produccin

Promover la utilizacin de los datos LIDAR y los MDT derivados a partir de estos en mbitos multidisciplinares

5. PNOA-LiDAR


MDT25 Restitucin Vs MDT05 Correlacin: H0261-1

Evolucin:

5. PNOA-LiDAR


MDT05 Correlacin Vs MDT05 LiDAR: H0261-1

Evolucin:

5. PNOA-LiDAR


MDT05 LiDAR Vs MDT01 LiDAR: H0261-1

Los elementos del terreno son claramente visibles y se identifican mejor

Evolucin:

5. PNOA-LiDAR


636-4166 MDT 1x1m 636-4166 MDT 5x5mLos elementos del terreno son claramente visibles y se identifican mejor

MDT PNOA LiDAR 1m Vs MDT PNOA LiDAR 5m

Evolucin:

5. PNOA-LiDAR


5. PNOA-LiDAR

Cobertura


Tipo sensor

5. PNOA-LiDAR


Productos y precisiones

Pixel:25cm

Pixel:10cm

PNOA 50 cm 45 50 RMSE X,Y 1,00 m RMSE z 2,00 m 5mx5m

PNOA 25 cm 22 25 RMSE X,Y 0,50 m RMSE X,Y 1,00 m 5mx5m

GSD Vuelo(cm)

GSD Ortofoto

(cm)

Precisin planimtrica de la ortofoto

Precisin altimtrica del Modelo Digital del

TerrenoPaso de malla

PNOA-LiDAR 0,5 1,4 RMSE z 0,20 m RMSE z 0,50 m

Densidad Nominal(p/m2)

Distancia nominal

entre puntos(m)

Precisin altimtrica de la nube de puntos

Precisin altimtrica del Modelo Digital del

TerrenoPaso de malla

5mx5m

5. PNOA-LiDAR


NOMBRE PASO DE MALLA

PROCEDENCIA DISTRIBUCIN

MDT05-PNOA 5 Correlacin automtica del PNOA Hojas del MTN25

MDT05-lidar 5 Captura de datos lidar PNOA Hojas del MTN25

MDT25 25 Interpolacin del MDT05-PNOA Hojas del MTN25

MDT 50 50 Interpolacin del MDT25 Entorno provincial

MDT200 200 Interpolacin del MDT25 Entorno provincial

MDT01 1 Captura de datos lidar PNOA Hojas 1/5.000

MDS01 1 Captura de datos lidar PNOA Hojas 1/5.000

PRODUCTOS

5. PNOA-LiDAR


APLICACIONES

LIDAR

SIOSE

MODELO DIGITAL DE ALTURAS

MDT

ORTOFOTO

CURVAS DE NIVEL

HIDROGRAFA

APLICACIONES

5. PNOA-LiDAR


5. PNOA-LiDAR

PNOA-LiDAR en Cantabria


Se tiene capturada una cobertura con una granprecisin altimtrica. Es una informacin muy valiosa para proyectos deingeniera, aplicaciones forestales, Es necesario terminar de procesar estos datos lidarbrutos. Clasificaciones, obtencin de productosderivados, etc Para que el proyecto sea sostenible, es necesaria laparticipacin de todos los organismo susceptibles deutilizar esta informacin. Mejoras en el proyectos como captura de imgenescon cmaras de medio formato o aumento dedensidad

6. CONCLUSIONES

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Instituto Geogrfico Nacional

Altimetra por lser (LiDAR). Fundamentos y datos disponibles CCAA Cantabria2014-07-03

Gracias por su atencin

Nombre y apellidos: Juan Carlos Ojeda ManriqueInstituto Geogrfico NacionalE-mail: [email protected]:+34 91- 597 93 78