Caso práctico LIDAR-QGIS: el campamento romano de Mérida.

Hace unos días dimos cuenta en nuestro Facebook de una impactante noticia: la localización el año pasado gracias a los datos LIDAR de un campamento legionario (castra) en las orillas del río Lácara, un afluente del Guadiana, cerca de Mérida. Podéis leer el artículo original del trabajo para más detalles. Y no es el único caso de descubrimientos arqueológicos usando estos datos.

Concretamente la imagen superior que acompaña el estudio, y en la que se observa la ubicación del campamento nos dejó absolutamente intrigados: en la imagen a la ortofoto PNOA de la zona, sin rastro visible ni para los ojos más avezados. En la imagen b el sombreado a partir de los datos LIDAR mostrando claramente el perímetro del supuesto campamento romano.

Obviamente la intriga y la curiosidad nos pudo una vez más. Y aunque no tenemos los conocimientos suficientes para hacer estudios semejantes, ni tampoco sabemos los procesos detallados empleados en la imagen (se mencionan los filtros Laplacian y Gaussian), no perdíamos nada por trastear un poco con los datos LIDAR de la zona.

Para todo el proceso vamos a utilizar las herramientas LAStools para datos LIDAR, compatibles con QGIS, y que podéis integrar en el programa siguiendo este artículo.

Esto es lo que hicimos a nuestra manera amateur:

1.- Descargar el archivo LIDAR de la zona desde el Centro de Descargas. Tras buscar la ubicación, descargamos su cuadrícula LIDAR 2x2 kms. Concretamente se trata del archivo PNOA_2010_LOTE9_EXT_722-4328_ORT-CLA-COL.LAZ (13,6 megas). La extensión .laz es la clásica de los datos LIDAR comprimidos. Confirmamos que el archivo es el correcto con un vistazo rápido en la primera herramienta LAStool: lasview.

Habilitamos la caja de herramientas de QGIS, y dentro de las Herramientas para datos LIDAR, y del conjunto LAStools, ejecutamos lasview. Simplemente cargamos nuestro archivo LAZ en la ruta y ejecutamos Run para arrancar el visor.

La nueva ventana de visualización efectivamente nos confirma que el archivo cubre la zona que necesitamos. La cerramos.

2.- Extraemos el DEM desde los datos LIDAR. Para ello vamos a ejecutar la utilidad blastAdem de LAStools, que genera un archivo de elevaciones estándar desde la nube de puntos LIDAR.

Ejecutamos la herramienta blastAdem. En la ventana de configuración cargamos nuestro archivo LAZ. En las opciones de filtadro (verde) es MUY IMPORTANTE seleccionar los puntos class 2, que son los catalogados como ground en LIDAR. De esta forma eliminamos vegetación, edificios, ruido, etc... y trabajamos solamente con los puntos clasificados como "tierra". En la categoría Producto podríamos seleccionar directamente hillshade ahorrando un paso pero lo dejamos por defecto para así mostraros algún proceso más de QGIS.

Tan importante es filtrar los puntos ground que si no hacemos filtrado el DEM resultante es este:

Y aplicando el filtro de puntos ground (class 2) el resultado del DEM es este otro:

3.- Generando sombreado hillshade sobre el DEM. La estructura del posible campamento ya se intuye en la imagen, simplemente haciendo un DEM filtrado sobre los puntos ground LIDAR, limpios del resto de clasificaciones. Digamos de manera tosca que sin filtrado tenemos un modelo de elevaciones y con filtrado un modelo de superficie.

Ahora vamos a generar el modelo de sombras para darle el aspecto 3D necesario que remarque el relieve. Desde el menú Ráster/Análisis seleccionamos MDT (modelos de terreno):

En la ventana de configuración de los parámetros ya tenemos por defecto cargada la capa DEM (es la única en el proyecto -en naranja-). Seleccionamos una ruta y formato de salida para el hillshade generado (yo he escogido formato tif -en verde-). 

En la pestaña Modo -amarillo- escogemos obviamente Mapa de sombras (Hillshade). 

Y los parámetros marcados en rosa deciden la exageración vertical -yo he escogido 2 para remarcarlo un poco más- la escala y la orientación y altura de la luz solar con la que se van a generar las sombras del terreno.

Obviamente con todas estas opciones os recomendamos probar y observar los diferentes resultados, pues son muy distintos de aspecto dependiendo los parámetros escogidos. Dejamos marcada la opción Cargar en la vista del mapa para que la capa tif se añada al proyecto.

Una vez todo colocado pulsamos Aceptar y en breves segundos se nos genera el mapa de sombras.

Ahí tenemos nuestro campamento romano perfectamente marcado donde parecía no haber nada... Alucinante.

El mapa de sombras también podemos hacerlo directamente sobre la capa DEM, abriendo sus propiedades, sin necesidad de generar nueva capa (aunque yo recomiendo con capa aparte). En la pestaña Estilo disponemos de todas las opciones para probar.

Y hasta aquí esta magia de los procesamientos de imagen que no deja de sorprendernos con nuevas aplicaciones. Aunque de modo seguramente menos profesional, pero también con software completamente gratuito, lo contentos que nos hemos quedado haciendo aparecer el cuadradito romano... Saludos y hasta la próxima.

LASTools: manejando datos LIDAR.

Como ya sabemos y vimos en este artículo, las herramientas LASTools para tratamiento de datos LIDAR pueden ser integradas en QGIS para un manejo desde dentro del programa. Pero como quiera que esa integración puede no ser perfecta o dar problemas en algunos casos (a mi me ha sucedido que algunas herramientas no me funcionaban), tenemos también la alternativa de utilizar la propia interfaz de LASTools para trabajar directamente en ella sin necesidad de ningún programa adicional. Y esto es lo que vamos a explicar en este artículo: cómo trabajar directamente los datos LIDAR con LASTools.

Una vez descargado LASTools y descomprimido su contenido en una carpeta raíz como ya vimos también, podremos acceder a todas sus herramientas desde el interior de la carpeta bin.

Contenido de la carpeta bin de LASTools en la ruta señalada con los ejecutables de cada herramienta y su archivo de ayuda.

De esta forma ejecutaremos el .exe correspondiente a la herramienta con la que queramos trabajar (blast2dem.exe, lasground.exe, lasview.exe, etc...). Para este ejemplo hacemos doble click en la herramienta las2dem que convierte una nube de puntos LIDAR en un DEM (por tanto en las2dem.exe).

Se nos ejecuta una pequeña ventana tipo MS-DOS y se abre la interfaz principal de LASTools. En la ventana MS-DOS podremos seguir la evolución del programa cuando esté trabajando, y no debéis cerrarla, pues la interfaz principal se quedará como aparentemente colgada (cosas sin pulir del programa, parece ser). Los principales elementos a tener en cuenta para poder funcionar básicamente con LASTools los desglosamos en la siguiente captura:

Interfaz de herramienta LASTools con los aspectos principales.

Ni que decir tiene que el aspecto de la ventana cambiará en cada herramienta (pues tienen diferentes opciones) y que para detalles de todos los elementos consultad las ayudas de su página web, pues es imposible desgranar aquí todas y cada una de las cosas. Pero con esto al menos tendréis el funcionamiento básico aprendido y podremos conseguir los primeros resultados por defecto. Luego, como siempre, el uso y afinamiento de su manejo harán que los resultados sean también más personalizados. Para los más valientes os dejo el enlace a un vídeo de You Tube a partir del minuto donde se explica el manejo de LASTools en una reciente conferencia sobre el programa (en inglés): https://www.youtube.com/watch?v=_zBAaN6SO20&t=40m52s

Por mi parte he grabado un vídeo que resume el proceso de trabajo con una de las herramientas: blast2dem, pues las2dem nos genera unas diagonales negras en el DEM, creo que por problemas de licencia o número de puntos. En cambio con blast2dem no nos pasa:

Por supuesto cada herramienta tiene sus opciones y funciones propias, pero el esquema básico de carga, proceso y exportación de archivo es el visto en el vídeo, pues la interfaz principal del programa es similar en todas ellas. Como siempre, yo os doy el pie o la excusa para empezar a manejaros; el resto es leer lo que cada herramienta LASTools hace y practicar con aquellas que necesitemos. Un saludo.

LIDAR en QGIS: LAStools.

Hoy vamos a hablar de la posibilidad de trabajar con datos LIDAR en QGIS. La posibilidad existe, pero no directamente por las capacidades del programa, que no es capaz de abrir los datos LIDAR (ni en formato LAZ comprimido, ni en formato LAS descomprimido). Tampoco se que exista ningún complemento en el repositorio de plugins que permita manejar datos LIDAR. La alternativa pasa por hacerle trabajar con el complemento LAStools, una colección de algoritmos que podemos enlazar con QGIS para tenerlos disponibles en su caja de herramientas. No esperéis poder trabajar en pantalla con los archivos LIDAR al modo en que lo hace Global Mappper; simplemente podremos cargarlos, procesarlos y guardarlos de algunas formas, pero sin la amable interfaz de verlos pasar por pantalla. En teoría dichas herramientas están probadas hasta la versión 2.4 de QGIS, pero yo tengo la 2.8 (bajo Windows XP) y he comprobado que me funcionan (al menos a priori. Me surgen dudas de si estas herramientas LAStools son realmente libres a tenor de ESTO.... o si las que aparecen en el segundo grupo tienen alguna limitación de uso o no procesan perfectamente. ¿Alguien puede aclararlo?).

Vamos al grano. Para usar las herramientas LAStools seguiremos este proceso:

1.- Descarga del paquete LAStools (21 MB).

2.- Descomprimir el zip y extraer tal cual la carpeta "LAStools" que contiene a una ruta sin espacios (por ejemplo C:\LAStools ó D:\LAStools serían buenas y sencillas opciones).

3.- Abrir QGIS. En el menú Procesos/Opciones proceder a activar las Herramientas para datos LIDAR y a darle la ruta a nuestra carpeta LAStools, tal como se ve en la siguiente captura. Aceptar.

4.- Una vez hecho esto debemos tener disponibles en la Caja de herramientas de QGIS, bajo la cabecera Herramientas para datos LIDAR, la colección de algoritmos que componen LAStools. El grupo LAStools Production que se ve al final de la lista contiene las mismas herramientas pero preparadas para trabajar con directorios enteros en vez de con archivos individuales. Así mismo tenemos que tener seleccionado al fondo de todo de la columna Advanced Interface, o no se mostrarán todas las herramientas de la caja.

 5.- Para prevenir cualquier tipo de error inicial (yo los tuve), recomiendo cerrar y volver a abrir QGIS para que el programa guarde bien los cambios.

En la propia web de LAStools tenéis un listado y descripción de cada herramienta disponible para trabajar con los datos LIDAR (en inglés, por supuesto) con una página README adjunta con toda la información de uso de cada algoritmo. Vamos a desarrollar un par de ejemplos de dos de las herramientas más clásicas para que veáis el proceso: la primera, las2dem, convierte el archivo LIDAR en un Modelo Digital de Elevaciones. Hacemos doble click en la herramienta y completamos los datos de la ventana de opciones de la misma:

Opciones del algoritmo las2dem.

- verbose debe querer decir algo así como "más detallado". La marcamos.
- la casilla open LAStools GUI abre la herramienta interna de LAStools. No es necesario, probadla cuando queráis.
- campo de carga del archivo LIDAR a convertir.
- resolución a la que extraer el MDT.
- campo de destino del archivo MDT resultante y su formato (.asc en este ejemplo).
- Marcamos la casilla "abrir el archivo de salida..." para que se nos abra directamente en QGIS una vez hecho.
- El resto de opciones tendréis que investigarlas con la práctica y las páginas de ayuda de la herramienta.




Una vez todo configurado pulsamos Run para que la herramienta trabaje. En pocos segundos tenemos nuestro modelo digital .asc generado y cargado en QGIS.

Por desgracia, y aunque los datos mínimo y máximo de alturas figuran bien en la capa como véis, se generan unas bandas paralelas que además nos indican 0 metros de altitud. Desconozco si es problema del algoritmo, de la versión de QGIS, o de que la herramienta no es completamente free. He probado a generar el MDT en otros formatos (tiff, dem,...) y el fallo es el mismo. He usado después el algoritmo blast2dem (en teoría para LIDAR con muchos más puntos) y parece que este no falla.... Así que ya sabéis, a probar.

DEM generado con blast2dem y abierto en Global Mapper. Parece perfecto.

Para el segundo ejemplo de uso de estas herramientas LAStools para datos LIDAR en QGIS vamos a utilizar las2iso, que nos sirve para extraer contornos en formato vectorial (shp, kml, txt...). Como antes, buscad información sobre los distintos parámetros para la ventana de opciones; yo he hecho la prueba con lo básico y poniendo 20 metros de espaciado de líneas y salida en formato .shp.
El resultado abierto en QGIS:

Por último mostraros que dentro de LAStools también disponemos de un visor de archivos LIDAR bastante efectivo y con muchas herramientas que os sorprenderán. Se trata de lasview.

Visor lasview con su multitud de opciones.

En definitiva se trataba de mostrar brevemente cómo podemos añadir LAStools a QGIS para poder trabajar con datos LIDAR. Es quizá una manera más tosca, primitiva y menos visual que en Global Mapper, pero es un conjunto de herramientas muy completo y gratuito que no se pueden pasar por alto. Y funcionar ya vemos que funcionan. Ahora ya sabéis lo que toca, ¿no?. Practicar con todas ellas hasta que dominemos su manejo. Un saludo!!