En teledetección, la detección remota de cambios es una técnica ampliamente utilizada. Tradicionalmente se suele emplear imágenes multiespectrales de diferentes momentos temporales para estudiar estos cambios. Comparando estas imágenes multitemporales, se puede observar crecimiento urbano en núcleos de población, cambios en dinámica litoral, desertificación, deshielo y un largo etc.
Normalmente estas imágenes multitemporales suelen ser imágenes satélites como las imágenes Landsat o del proyecto Copernicus con una resolución en el mejor de los casos de 10 metros por pixel.
Con ayuda del LiDAR, también podemos observar cambios temporales sobre el terreno de una manera sencilla y con una resolución mucho mayor. En España, actualmente el proyecto PNOA se encuentra realizando vuelos de la segunda cobertura LiDAR para todo el territorio nacional. Por tanto en numerosas comunidades autónomas, existe ya cobertura LiDAR de 2 años diferentes (Madrid, Cataluña, Navarra, Canarias y parte de Andalucía).
En este post, veremos un ejemplo de cómo usar CloudCompare para observar cambios en una cantera de piedra caliza situada en Oskia entre Arakil e Iza en Navarra. Los datos utilizados han sido descargados del IGN, se trata de los bloques LiDAR PNOA_2012_LOTE_NAV_596-4750_ORT-CLA-COL.laz para el año 2012 y PNOA_2017_NAV_596-4749_ORT-CLA-RGB.laz para el año 2017.
Una vez descargados los datos del proyecto PNOA, se han cargado los bloques en el programa CloudCompare para comparar ambas nubes de puntos. Con ayuda de la herramienta “segment” o segmentar, se ha utilizado el área de interés de la cantera para únicamente mostrar los retornos LiDAR que pertenecen a la zona de estudio.
CloudCompare, como su nombre indica, es un comparador gratuito y open source de nubes de puntos inicialmente diseñado para trabajar con TLS («Terrestial LiDAR Scanner») pero que con el paso de los años ha incorporado numerosos plugins y algoritmos para trabajar con ALS («Aerial LiDAR Scanner») que es el caso que nos ocupa. Una vez cargadas las dos nubes de puntos en CloudCompare, estas se colorean automáticamente por sus atributos RGB.
Este software nos permite comparar nubes de puntos de distintas maneras. En este post usaremos la herramienta “compute mesh/cloud distance” que sirve para encontrar diferencias en XYZ entre dos nubes de puntos (o entre una malla generada a partir de una nube de puntos y otro LiDAR). Esta herramienta tiene infinidad de aplicaciones y en este caso nos ayudará para saber si entre 2012 y 2017 se ha llevado a cabo algún tipo de explotación en la cantera.
Antes de eso, se ha creado una malla del terreno usando el bloque LiDAR de 2012 para interpolar aquellas zonas donde no hay retornos (principalmente debido al ángulo de incidencia del escáner en el momento de la captura. Esta malla se puede crear con el plugin de CloudCompare llamado “Poisson. Surface Reconstruction”:
Desde el menú de la herramienta “compute mesh/cloud distance” tomaremos como referencia la malla de 2012 y como nube comparada tendremos 2017. Esto creará nuevos campos escalares en la nube de puntos 2017 con la distancia 3D y también para cada una de las coordenadas en X, Y, Z con la diferencia entre 2012 y 2017.
En la imagen inferior, se muestra en la parte derecha una rampa de color con un histograma. La mayor parte de los valores de concentran en torno a 0 metros (color rojo). Cambios inferiores a 40 centímetros pueden deberse al error propio de la precisión de los datos LiDAR ya que el error medio cuadrático en Z es inferior a 40 centímetros para los datos LiDAR de la primera cobertura del PNOA. Los colores verdosos y azules pertenecen a aquellos lugares donde la distancia 3D entre ambas nubes de puntos llega hasta los 18 metros, es decir, en estas zonas se ha llevado a cabo extracción de piedra caliza entre 2012 y 2017. Vemos que sobre todo, la extracción ha ocurrido en una terraza situada en la parte central de la ladera de la cantera. El resto de la cantera apenas ha sufrido modificaciones.
Mostrando ambas nubes de puntos superpuestas simultáneamente en la ventana 3D de CloudCompare y realizado mediciones con la herramienta de “point picking” de forma manual, podemos verificar los resultados. En la imagen inferior se muestra en gris la nube de puntos de 2012 (con la altura que tenía el suelo para ese año) y en con colores anaranjados la nube de puntos de 2017. Con la herramienta “point picking” podemos seleccionar un retorno de cada nube y obtener su distancia euclidiana. Podemos observar como se abre una ventana donde pone «distance» seguido de un número decimal que representa la distancia en metros, en este caso 17.16 metros:
Como hemos visto en este post, con la ayuda de la tecnología LiDAR y con herramientas gratuitas y open-source, podemos en pocos minutos estudiar cambios sobre el terreno entre dos momentos temporales. ¡Y esto es sólo una de las infinitas aplicaciones que tiene el LIDAR!
Para conocer más sobre la tecnología LiDAR y herramientas gratuitas para procesado de nubes de puntos, puedes visitar los siguientes enlaces:
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