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Práctica: LIDAR Itahisa González Álvarez

Teledetección Práctica: LIDAR

Itahisa González Álvarez

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Práctica: LIDAR Itahisa González Álvarez

Índice

1.

Introducción

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2.

Grafcan y LIDAR en Canarias

4

3.

Región de estudio

5

4.

Datos LIDAR obtenidos

7

4.1. Vista general.

7

4.2. Alturas.

10

4.3. Intensidad.

13

4.4. Modo inundación.

14

4.5. Mapa LIDAR.

15

4.6. Mapa topográfico del terreno.

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4.7. Ortofoto.

17

5.

Conclusiones

18

6.

Referencias

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1. Introducción.

LIDAR, acrónimo de LIght Detection And Ranging (o Laser Imaging, Detection And Ranging), es un método de teledetección que usa pulsos láser para medir distancias a partir del tiempo que tarda el haz reflejado o dispersado en llegar de nuevo al sensor (se emplean distintas longitudes de onda en el láser y distintos tipos de scattering en función del objetivo deseado). La plataforma aérea desde la que opera LIDAR, generalmente un avión o helicóptero que vuela entre los 1000 y 2000 metros de altura, cuenta con un dispositivo GPS mediante el cual se almacenan las coordenadas de posición (latitud y longitud) de cada uno de los puntos y un sistema inercial (IMU Inertial Measurement Unit), así como con sistemas de medida del ángulo de recepción del haz, etc. Así, empleando conjuntamente la intensidad y dirección del haz recibido, el tiempo y la posición de cada punto va creando un mapa tridimensional de alta resolución del terreno o región por la que pasa, de modo que el resultado es una nube de puntos de

Figura 1. Recreación del vuelo de captura de datos con los sensores LIDAR.

información con una precisión de entre 30 y 50 centímetros sobre el terreno y entre 15 y 20 centímetros en elevación. Además de la creación de mapas y estudios de la elevación del terreno, LIDAR también puede ser utilizado con fines meteorológicos

(puede

medir

eficazmente

las

nubes,

presencia

de

aerosoles,

etc.),

oceanográficos/hidrológicos (creación de mapas batimétricos o de lechos de ríos y lagos), geologicos (estudios de zonas de inundación, costeras, predicción de deslizamientos,etc.), urbanos (planificación, obras civiles, etc.)...

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2. Grafcan y LIDAR en Canarias.

GRAFCAN, Cartográfica de Canarias, es una empresa pública cuya principal ocupación es gestionar la información geográfica y territorial del archipiélago. Entre otras cosas, producen y comercializan todo tipo de productos fotográficos o fotogramétricos, entre ellos mapas de las islas realizados mediante LIDAR.

Concretamente, los vuelos LIDAR en las islas fueron realizados por la empresa Regional GeoData Air, S.A., cuyos resultados tenían una densidad de puntos de 1 punto por metro cuadrado y cubrían todo el territorio por debajo de los 1800 metros de altitud. El láser empleado por GRAFCAN ( un modelo ALS60 de Leica Geosystems) emite en el infrarrojo cercano, concretamente en 1064nm, con una frecuencia de pulsos de 200KHz (200.000 pulsos láser por segundo) y capacidad de capturar hasta 4 retornos por cada pulso emitido.

Además

de

esto,

se

Figura 2. Pulsos láser emitidos para obtener los mapas LIDAR.

realizó

fotogrametría con una cámara de medio formato RCD105. Los datos obtenidos en estos vuelos se encuentran a disposición del público en el visor de IDECanarias (sólo para visualizar, no para descargar, ver referencias), de donde se han extraído todas las imágenes y datos empleados en esta práctica.

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3. Región de estudio.

La zona escogida se encuentra en la isla de El Hierro. Se trata de un área de algo menos de 500.000m² en la zona de la Punta de la Orchilla o Cabo de Orchilla, perteneciente al municipio de El Pinar, lugar donde se estableció tradicionalmente el meridiano 0 hasta su cambio definitivo a Greenwich en el año 1885.

Figura 3. Vista panorámica del faro y el paisaje a su alrededor. (Origen de la fotografía en referencia 4)

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En el área destaca el paisaje volcánico, con varios conos cercanos entre sí y extensos campos de lavas de distintas características que terminan en un abrupto acantilado. Además, existe en dicho lugar un faro de piedra cuya torre mide 25 metros de altura, así como dos construcciones más, ambas complementarias al faro (el aljible y la casa del farero) y unificadas en el conjunto del edificio. La elección de este enclave se debe a la variedad de elementos y elevaciones existentes en la zona: el acantilado cuenta con un desnivel muy pronunciado, los conos volcánicos en los alrededores del faro cuentan con cráteres de gran profundidad y las tres construcciones del faro contrastan asimismo en altura entre sí y con el resto del paisaje.

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4. Datos LIDAR obtenidos. 4.1. Vista general. La figura 4 muestra el área general, tal como aparece en el visor GRAFCAN. Las figuras 5, 6 y 7 muestran distintas perspectivas de la zona, en las que pueden apreciarse distintos detalles del relieve, así como el faro y la carretera que llega hasta él.

Figura 4. Vista general de la zona.

Tal como se analizará en detalle en secciones posteriores, pueden observarse colores distintos para los puntos del mapa, debidos a las distintas alturas que representan. El brillo de los puntos también es indicador de la cantidad de retornos recibidos desde un punto concreto, pero esto también será analizado con más detalle en la próxima sección.

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Figura 5. El acantilado, con un desnivel muy pronunciado, destaca en esta perspectiva, en la que también puede hacese una comparación entre los tamaños del faro y los cercanos conos volcánicos.

Figura 6. El desnivel del acantilado no es tan pronunciado en esta vertiente. También pueden apreciarse las construcciones del faro y la carretera. 8

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Figura 7. Desde este ángulo resulta más sencillo ver tanto el edificio del faro como la torre, así como intuir los profundos cráteres en el volcán central.

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4.2. Alturas. Aunque ya se ha mencionado anteriormente que los colores denotan distintas alturas en estas imágenes LIDAR, es posible averiguar con más precisión la elevación de un punto concreto mediante la ayuda de la leyenda o de los indicadores que aparecen al hacer click sobre algún punto de la imagen.

Figura 8. Además de los colores de los puntos, la leyenda y los indicadores muestran las alturas de cada zona de la imagen.

Además de esto, en la ventana principal del visor GRAFCAN aparece otra herramienta de gran utilidad a la hora de determinar las distintas alturas presentes en la región de estudio. Se trata de la herramienta de perfil, mediante la cual es posible trazar una línea entre dos puntos y obtener el perfil de altura entre ambos, tal como muestran las figuras 9, 10 y 11.

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Figura 9. Perfil de altura tomado en torno al edificio del faro. Puede observarse la elevación y forma dela torre, así como la altura del edificio del faro con respecto al terreno a su alrededor.

Figura 10. Perfil de elevación entre la línea de costa y los alrededores del faro. De nuevo puede apreciarse la estructura del mismo, pero esta gráfica además resalta el desnivel del acantilado.

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Figura 11. En esta ocasión se ha tomado el perfil de altura entre los extremos del conjunto de conos volcánicos de más importancia en la zona. Destaca especialmente la profundidad de uno de los cráteres, que tiene más de 60 metros hasta su punto más bajo.

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4.3. Intensidad. El modo intensidad muestra distintos tonos de gris en función del número de retornos recibidos desde cada uno de los puntos. La figura 12 muestra cómo las zonas de más intensidad son las de mayor altura, así como el edificio del faro, lo cual puede explicarse por el “efecto esquina”, ya que las paredes en ángulo recto del faro enviarían más retornos de vuelta al sensor que el terreno relativamente uniforme a su alrededor. En general, estos lugares con cambios bruscos de pendiente, elevación, etc son los que muestran una mayor intensidad. Sin embargo, apenas es posible ver aquellos puntos que se encuentran directamente en la vertical bajo otros, como en el acantilado o los puntos intermedios de la torre del faro. Esto es debido a la altura y al ángulo de visión desde el avión en el que se toman las imágenes.

Figura 12. Imagen LIDAR en modo intensidad. Resaltan la construcción del faro y el cono volcánico de más altura.

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4.4. Modo inundación. La herramienta de inundación también resulta de utilidad al intentar determinar alturas o al trazar curvas de nivel que unan los puntos de igual elevación. Como ejemplo, se ha empleado este modo en una vista general y se han marcado puntos que se encuentran aproximadamente a la misma altura (figura 13), además de utilizarlo para comparar la altura de los conos volcánicos con el del resto del paisaje a su alrededor y la profundidad de sus cráteres (figura 14).

Figura 13. Modo inundación y marcas de alturas de 10m, 50m y 100m. La marca azul del modo inundación se ha situado justamente en los 100m a fin de comparar con las marcas situadas en esos mismos puntos.

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Figura 14. Se ha situado el modo inundación justamente al nivel del punto más bajo del cráter a fin de comparar la altura de los conos y los cráteres con el resto del paisaje.

4.5. Mapa LIDAR.

Figura 15. Mapa LIDAR de la región escogida. Los distintos tonos evidencian distintos tipos de cobertura (vegetal, suelo, construcción,...).

Además de los resultados anteriormente mostrados, también es posible obtener un mapa en relieve de cualquier lugar empleando LIDAR. Este producto además incluye un procesamiento de la imagen que permite diferenciar los distintos tipos de elementos que pueden encontrarse en el suelo, como vegetación, construcciones, suelo rocoso,etc. En este caso en particular, la uniformidad de la representación evidencia la escasa vegetación presente en la zona (casi nula, salvo pequeñas excepciones, como la ladera del volcán principal) y la única construcción, el faro. 15

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4.6. Mapa topográfico del terreno. Como comprobación de las alturas anteriormente calculadas, se ha visionado el mapa topográfico del terreno, en el que aparecen las líneas correspondientes a las distintas alturas representadas sobre el área.

Figura 16. Mapa topográfico de la zona.

Tal como se había visto anteriormente, los puntos más altos del cono volcánico superan los 200 metros, mientras que el fondo de los cráteres se sitúa unos 70 metros por debajo. El acantilado, tal como se había estimado, se encuentra a unos 100 metros de altura, al igual que la base del faro. Sin embargo, no es posible comprobar en este mapa la elevación de la torre del faro.

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4.7. Ortofoto. Por último, a pesar de que no se trata de una imagen obtenida mediante el uso de un sensor LIDAR, resulta interesante comparar los resultados vistos anteriormente con una imagen “real” de la zona. En ella es posible observar los elementos más predominantes del paisaje, como los distintos conos volcánicos, el edificio del faro, la carretera y el acantilado. Sin embargo, esta imagen esta tomada directamente desde la vertical del área, por lo que resulta difícil apreciar realmente el grado de desnivel entre unos puntos y otros.

Figura 16. Ortofoto de alta resolución realizada por GRAFCAN.

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5. Conclusiones.

Las imágenes de puntos obtenidas mediante sensor LIDAR resultan un complemento inigualable a la hora de realizar mapas en 3D y estudios del terreno, tanto de regiones pobladas como de zonas remotas. En el caso de la zona estudiada, se ha comprobado cómo el sensor LIDAR ha proporcionado información que aúna elevación, intensidad, tipo de cobertura y mapa 3D, y además de forma interactiva y personalizada gracias al visor GRAFCAN. Anteriormente había que obtener cada una de estas informaciones por separado, por lo que el sensor LIDAR supone un avance importante en cuanto a la rapidez y sencillez con la que se recopila la información. Además, el hecho de que los pulsos láser del LIDAR sean capaces de atravesar capas de vegetación, agua, techados de invernaderos, etc ha aumentado el número de campos en el que resulta de utilidad y confirmado el enorme potencial de esta tecnología, llegando a ser usado incluso en campos tan aparentemente distintos como arqueología u oceanografía.

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5. Referencias. 1. Visor GRAFCAN: http://www.grafcan.es/lidar 2.Tecnología LIDAR aplicada a la gestión del territorio: http://www.icog.es/TyT/index.php/2013/02/tecnologia-lidar-aplicada-a-la-gestion-delterritorio/ 3. LIDAR—Light Detection and Ranging—is a remote sensing method used to examine the surface of the Earth: http://oceanservice.noaa.gov/facts/lidar.html 4. Paisajes en 360º, GRAFCAN: http://www.grafcan.es/fotos/EstacionesPaisaje360/ElHierro/eh19.html 5. Artículo sobre LIDAR, Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Lidar 6. Artículo sobre el Faro de Orchilla, Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Faro_de_Orchilla 7. Presentación de José Julio Rodrigo en campus virtual de la asignatura

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