Introduccion Al LiDAR
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7/25/2019 Introduccion Al LiDAR
1/47
INTRODUCCIN A LA TECNOLOGA
LiDAR
Tecnologas de la Informacin Geogrfica en el Contexto de Cambio Global
4
ar ano arc a onso mar ano.garc a ua .es
-
7/25/2019 Introduccion Al LiDAR
2/47
INTRODUCCIN AL LiDAR
Introduccin a la tecnologa LiDAR. Principios bsicos
Com onentes de un sistema LiDAR
Especificaciones del sistema
Clasificacin de los sistemas LiDAR
Precisin de los datos LiDAR Recursos disponibles
5
-
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P
LiDAR: Light Detection And Ranging.
r
i
n
c
Airborne Laser Scanning (ALS)p
i
o
LaDAR (Laser Detection and Ranging)
s
b
Rpido desarrollo desde mediados de 1990s. Sistemas experimentales. Perfiles (Institute for
s
i
c
o
Photogrammetry, University Stuttgart, Special research group)
s
6
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P
2 kHz Up to ~200 kHz
r
i
n
c
1000 m max. AGL height Up to 4500 m max. AGL heightp
i
o
20 scan angle Up to 32 scan angle
s
b
First or last return Multiple returns to full waveforms
i
c
o- m po n spac ng - n ens y va ues
< 1m point spacing
s
7
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Lidar Market:Statusand rowthTrends
(presented
at
the
International
Lidar Mapping
Forum
28
January
2009.
TinaCary,Ph.D,CaryandAssociates)P
Region LiDARsystems
NorthAmerica 1ALSo erated b 2 commercialcom aniesand
r
i
n
c
universities
Europe 30ALS operatedby19commercialcompaniesand1
p
i
o
Rest of
the
world 29
ALS
operated
by
18
commercial
companies
Bathymetric LiDAR 10
systems
operated
by
3
commercial companies
and
7
s
b
governmentorganizationss
i
c
o ,America being the largest market at $64 million, Rest of World next at$52 million, and Europe accounting for $44 million
s
8
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Sistema activo
P
Sensores Pasivosi Reflexin
r
i
n
c
(ii) Emisin(i)
(ii)pi
o
Sensores Activos(iii) Emisin-Reflexin
s
b
s
i
c
o
Chuvieco,2002s
9
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P
r
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n
c
p
i
o
s
b
s
i
c
os
10
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P
r
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n
c
p
i
o
s
b
s
i
c
os
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Principio de funcionamiento. Medida de distancia
P
R
r
i
n
c
p
i
o
s
b
R=c*t/2
R: distancia sensor-objeto (range)
s
i
c
o
c: ve oci a e a uz 300.000 m s- t= tiempo transcurrido entre la emisin delpulso y la recepcin del retorno
s
12
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Principio de funcionamiento. Medida de distancia
Diferencia de faseP
r
i
n
c
p
i
o
s
b
R: distancia sensor-objeto (range)
c: velocidad de la luz (300.000 km s-1
)
s
i
c
o = diferencia de fase entre la sealemitida y la recibida (rad)
s
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C
om
p
o
n
e
nt
e
s
s
Unidad de medida de distancia
i
s
t
e
(Fuente: Baltsavias:International SchoolonLiDARTechnology, IIT Kanpur, India, 31 March - 4 April 2008)
Scanner
Sistema GPS (posicionamiento diferencial)
m
a
Lner a easuremen n
Unidad de control, seguimiento y registroi
D
A
R
14
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C
om
p
o
GPS 1Hz
n
e
nt
IMU 50Hz 200Hz
e
s
s
Ranging
Unit
5000Hz
25000Hzi
s
t
e
GPS & IMU Interpoladas a los registros proporcionados por la unidad demedida de distancias
m
a
L
i
D
A
R
15
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C om
p
o
n
e
nt
e
s
s
i
s
t
e
m
a
L
i
D
A
R
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Pueden determinar los costes de adquisicin e incluso la viabilidad del
proyecto Frecuencia de emisin de pulsos:
Nmero de ulsos emitidos or se undo.
s
p
e
150 kHz. Mayor altura de vuelo y velocidad Tiempo de vuelo y costes
c
i
f
i
Patrn de escaneo: Funcin del espejo
c
a
c
i
Nmero de lneas por segundo
o
ne
s
Determina el FOV
Divergencia del rayo:
s
i
s
Incremento del dimetro del rayocon la distancia
e
m
a
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Pueden determinar los costes de adquisicin e incluso la viabilidad del proyecto
Dimetro de la huella:s
p
e
rea muestreada por el lser.
f(altura de vuelo, ngulo escaneo, divergencia del rayo,
c
i
f
i
ca
c
i
o
ne
s
Distancia entre huellas:
s
i
s
Configuracin de registro: Determina cmo se raban la ener a recibida
e
m
a
18
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Criterios
C
l
a
Superficie a medir
s
i
f
ic
a
c
i
n
s
s
t
e
=(700-1550 nm) =(700-1300 nm)=(500-600 nm)
m
a
s
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Criterios
PlataformaC
l
a
s
i
f
ic
a
c
i
n
s
s
t
em
a
s
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Criterios
Capacidad de registroC
l
a
s
i
f
ic
a
c
i
n
s
s
t
em
a
s
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Criterios
Tamao de huellaC
l
a
s
i
f
ic
a
c
i
n
s
s
t
em
a
s
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Datos LiDAR
D
a
o
s
p
r
o
p
2Hz
IMU 50Hz 200Hz
o
rc
i
Ranging
Unit
5000Hz
25000Hz
o
n
a
do
s
23
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Datos adquiridos por sistemas LiDAR
D
a
o
s
p
r
o
p
o
rc
i
o
n
a
do
s
24
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Datos adquiridos por sistemas LiDAR
Classified returnsDa
o
s
p
r
o
p
Intensity data
o
rc
i
o
n
a
do
s
-
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Datos adquiridos por sistemas LiDAR
IntensidadD
a
s
tarratm
r
PR
DDP
24
222
4
(Baltsavias, 1999)
o
s
p
r
o
p
Propiedades del sistema
Intensidad vara entre campaas,
o
rc
i
Distancia
Reflectividad del ob eto
una misma lnea de vuelo
o
n
a
d
Problema: los sistemas comerciales no proporcionan informacin sobre elal oritmo em leado ara detectar los retornos.
o
s
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Datos adquiridos por sistemas LiDAR
Calibracin de los datos de intensidad ?D
a
1.- Range dependency removal
Datos normalizados a una distancia estndar definida por el usuario
o
s
p
r
o
p
Before Normalization After Normalization
o
rc
i
o
n
a
do
s
27
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Intensidad. Calibracin
Se han propuesto otro mtodo ms elaboradosHfle and Pfeifer (2007)
D
a
Utiliza dos aproximaciones
1.- Emprica.
o
s
depende de la altura de vuelo via una funcin montona.
Es necesario volar con distintas alturas de vuelo sobre las reas tar et de
p
r
o
p
referenciaSolo se pueden emplear retornos nicos como targets de referencia
o
rc
i
2.- Terica.o
n
a
do
s
-
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Intensidad. Calibracin
D
a
o
s
e ore orrec on Data-driven correction
p
r
o
p
o
rc
i
o
n
a
do
sHfle and Pfeifer (2007)
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Atributos de los datos LiDAR
Densidad de pulsos:
Nmero de pulsos emitidos por m-2.D
a
f(distancia entre huellas) Relacionado con la resolucin espacial
o
s
ens a e pun os:
Nmero de retornos por m-2.
p
r
o
p
Nmero de retorno:
Orden de un retorno en relacin a aquellos que se han
o
rc
i
genera o a partir e un pu so.on
a
d
-
o
s
30
. . .
-
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Atributos de los datos LiDAR
ngulo de escaneo:
Atributo del pulso = todos los retornos asociadosD
a
Tiempo GPS:o
s
.Atributo heredado por todos los retornos asociados al pulso
p
r
o
p
Atributo binario. Indica si el pulso corresponde al final.
o
rc
i
Clasificacin:
o
n
a
d
Clase a la que corresponde el retorno. Opcional.
o
s
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Formatos de los datos LIDAR
Full waveform / retornos discretosD
a
X, Y, Z, Intensidado
s
.
Variedad de formatos (propietarios, ASCII)
p
r
o
p
nconven en es:
Sistemas propietarios: difcil intercambio entre sistemas
o
rc
i
Lectura e interpretacin de los datos en formato ASCII puede ser muylenta y el tamao del archivo puede ser muy grande, incluso para
cantidades de datos pequea
o
n
a
d
La informacin bruta, as como cierta informacin especfica de laadquisicin de los datos es perdida.
o
s
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Atributos de los datos LiDAR
D
a
o
s
p
r
o
p
GPS-time X,Y,Z & Intensity last return X,Y,Z & Intensity 1st return
o
rc
i
Huso UTM
o
n
a
d
o
s
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Formatos de los datos LIDAR
LASer (LAS) File Format ExchangeD
a
Formato pblico para el intercambio de datos LiDARo
s
--
ltima versin permite almacenar datos full waveform
p
r
o
p
p: www.asprs.org soc e y comm ees s an ar s asprs_ as_spec_v .porc
i
Actualmente, incluso software no especfico para datos LiDAR software,puede leer archivos LAS
o
n
a
d
PCI GEOMATICS , ENVI, ERDAS, ArcGIS, GVSIG,os
34
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Formatos de los datos LIDAR
LAS format v1.3D
a
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p
r
o
p
o
rc
i
o
n
a
d
o
s
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Precisin de las coordenadas
Fuentes de distorsin (Huising & Gomes Pereira, 1998; Maas, 2001):P
r
e
Sistema Laser (laser instrument+INS+GPS)c
i
s
i ,
Caractersticas del objeto (permeabilidad, pendiente, )
n
d
Determinacin de las distancias Za
to
s
GPS IMU rinci al fuente de error Maas 2001
Espejo X,YL
i
D 10-20 cm en Z, hasta 50 cm en X,Y
A
R
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Precisin de las coordenadas
E em lo determinacin de la recisin:
P
r
e
Z error en torno a +/- 15cm para una altura de vuelo de 1000 m.
Error horizontal (X,Y) en torno a 50cm (o 1/2000 la altura de vuelo).
c
i
s
i
(Amable, G. comunicacin personal)
n
d
a
to
s
L
i
D
3x3mAR
37
ors or ,
-
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Precisin de las coordenadas
Cmo quedan reflejados estos errores?:P
r
e
Desplazamientos visibles en las zonas de solapec
i
s
i
n
d
a
to
s
L
i
DA
R
38
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Precisin de las coordenadas
Cmo quedan reflejados estos errores?:P
r
e
Desplazamiento horizontal. Elementos artificialesc
i
s
i
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d
a
to
s
L
i
DA
R
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Precisin de las coordenadas
P
r
e c
i
s
i
desplazamientos horizontales y verticales
Modelos ue consideran diferencias entre untos
n
d
Identificacin de elementos que permite cuantificar lasdiferencias entre ambas pasadas.
a
to
s
Modelos sensorLi
D
2- fases: correccin primero en Z y luego en X,Y.A
R
40
Precisin de las coordenadas
-
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Precisin de las coordenadas
Cmo quedan reflejados estos errores?: Des lazamiento vertical. MDE
P
r
e c
i
s
i
n
d
a
to
s
L
i
D
Pfeifer International School on Lidar Technology
A
R
41
Favalli et al., (2009)2008 IIT Kanpur, India
-
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Precisin de las coordenadas. E em lo correccin error
Precisin nominalplanimtricoP
r
e
10-20 cm en Z, hasta 50 cm en X,Ycis
i
n
d
a
to
s
L
i
DA
R
42
Garca et al. 2009 (Geofocus)
-
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Precisin de las coordenadas. E em lo correccin error
planimtricoPr
e plicacin de tcnicas de correlacin de imgenes
c
i
s
i
n
d
a
to
s
L
i
DA
R
43
Garca et al. 2009 (Geofocus)
-
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Precisin de las coordenadas. E em lo correccin error
Datos ajustados con una transformacin afn 2-DplanimtricoP
r
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c
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i
n
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a
to
s
L
i
DA
R
44
Garca et al. 2009 (Geofocus)
-
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Recursos: sofware comerciales de procesamiento y visualizacion
R
e
c
u
r
s
Merricks Advanced Remote Sensing (MARS) Softwareo
s
d
QT Modeler (Tinning and visualization)
s
p
o
Interactive Data Language (IDL) for custom routines
n
i
b
l
GlobalMapper
e
s
45
Recursos de libredistribucion
-
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R
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c
u
r
so
s
d
s
p
o
n
i
b
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e
s
46
Recursos de libredistribucion
-
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R
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c
u
r
so
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s
47
Recursos de libredistribucion
-
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R
e
c
u
r
s
http://www.airbornelasermapping.com/
o
s
d http://www.fsl.orst.edu/~lefsky/
s
p
o
http://www.asprs.org/society/committees/lidar/
n
i
b
l
. . . ~
http://lidar.cr.usgs.gove
s
48
Recursos de libredistribucion
-
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R
e
Research groups Dubayah University of Maryland
c
u
r
s
e s y o ora o a e n vers y Hyppa - Helsinki University of Technology
Naesset - Norwegian University of Life Sciencesos
d
Homlgren Swedish University of Agricultural Sciences Morsdorf- Universidad de Zurich Popescu Universidad Texas A&M
s
p
o
Journals Remote Sensing of Environment and other RS journals Scandinavian Journal of Forest Research 19: 6 2004
n
i
b
l
Canadian Journal of Remote Sensing (CJRS). 2003. Special issue:LIDAR remote sensing of forest structure and terrain. Volume 29, No.5
e
s ISPRS. 1999. Special issues on airborne laser scanning. ISPRS Journal
of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 54, No. 2 and 3
49
-
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