LiDAR 101: Entrevista con un experto de Eagleview

Quizá hayas oído hablar del LiDAR, pero ¿qué sabes realmente sobre él? Le hemos pedido a Robert Stevenson, nuestro responsable de LiDAR y topografía, que nos ofrezca un curso intensivo sobre esta versátil tecnología.

Antes de nada: ¿qué es el LiDAR?

LiDAR, que es la abreviatura de Light Ddetección and Rcambiar, es un tipo de tecnología que utiliza luz láser en el espectro del infrarrojo cercano para medir la distancia entre un sensor y otro objeto. Esta tecnología permite crear mapas y modelos tridimensionales a partir de conjuntos de datos muy precisos y densos. El LiDAR mide la diferencia de tiempo entre la emisión y la reflexión del pulso láser para determinar la proximidad de un objeto al sensor LiDAR. Los pulsos láser tienen un diámetro finito de unos 10 centímetros o más. Una parte del pulso láser puede incidir sobre un objeto y reflejarse desde allí. El resto del pulso seguirá su trayectoria hasta encontrar otro objeto. En otras palabras, un pulso láser podría tener múltiples rebotes que regresan al sensor. Por ejemplo, un primer rebote podría provenir de la copa de un árbol, otros dos podrían provenir de puntos más bajos del árbol y, a continuación, un cuarto y último rebote mediría la distancia entre el suelo y el sensor. El muestreo de los pulsos láser puede utilizar únicamente el rebote más significativo, el primer y el último rebote significativos, o cualquier otro número de rebotes en función de las distintas especificaciones. Los puntos medidos con esos pulsos generan una nube de puntos, que muestra los datos brutos. La nube de puntos se procesa y se convierte en datos utilizables mediante el análisis de factores como la posición GPS, el alcance temporal del láser y el ángulo de barrido. Es importante señalar que el LiDAR no es la nube de puntos en sí misma, sino la tecnología que la crea. Las nubes de puntos y los datos LAS representan el resultado inmediato del LiDAR. Productos como el sombreado de relieve, las líneas de ruptura y las curvas de nivel, así como los modelos digitales de elevación, se generan posteriormente. En el caso de los mapas de curvas de nivel creados con LiDAR, la separación entre puntos en los datos brutos ayuda a determinar los intervalos entre curvas de nivel, que se miden en pies. Las curvas de nivel separadas por un pie, por ejemplo, proporcionarán un mapa más detallado que aquellas separadas por dos o más pies. Los dos tipos principales de aplicaciones del LiDAR son el LiDAR aéreo, en el que el escáner láser se instala en un avión o un dron, y el LiDAR terrestre, que recopila datos desde el suelo. El LiDAR aéreo permite crear mapas detallados del terreno que incluyen datos sobre la altitud y las características geográficas de una zona. El LiDAR terrestre es habitual en los vehículos autónomos y resulta fundamental para las imágenes cartográficas a nivel de calle y mapas tridimensionales de interiores.

¿Cuáles son algunos de los conceptos erróneos más comunes sobre el LiDAR?

Un error muy común es pensar que el LiDAR utiliza un radar, cuando en realidad utiliza luz. Dado que el LiDAR utiliza luz, el objetivo debe ser visible, por lo que no es una solución apta para cualquier condición meteorológica. No funciona bien con niebla u otras condiciones meteorológicas que afecten a la visibilidad, pero si las condiciones son buenas, puede funcionar tanto de día como de noche. El LiDAR puede detectar el terreno que rodea a los árboles y otra vegetación, y es capaz de atravesar hojas y vegetación de baja densidad. Sin embargo, el LiDAR no puede atravesar superficies duras, como edificios, carreteras y ramas de árboles. El LiDAR no es lo mismo que una fotografía, pero los usuarios pueden integrar conjuntos de datos de LiDAR en plataformas SIG. La creación de mapas topográficos con datos de LiDAR ayuda a los usuarios a clasificar elementos como carreteras, cursos de agua, vegetación, líneas eléctricas y otros elementos. Dado que el LiDAR no es una forma de fotografía, los datos brutos no se miden en píxeles. En su lugar, el espaciado o la densidad de puntos mide la distancia entre las mediciones. Cuanto mayor sea la densidad de puntos, más información habrá disponible sobre un terreno concreto u otra superficie.

¿Cómo se utiliza el LiDAR?

Los sistemas LiDAR aéreos —que son los que utilizamos en nuestros aviones— proporcionan información sobre el terreno para diversos fines, entre los que se incluyen:

• Cartografía del terreno
• Modelización de inundaciones
• Planificación del transporte
• Evaluación costera
• Análisis de la vegetación y la cobertura del suelo
• Gestión forestal
• Respuesta ante emergencias
• Cartografía

Los mapas topográficos proporcionan a los usuarios información sobre superficies y altitudes; esto ayuda a convertir una imagen bidimensional en algo parecido a un modelo tridimensional. Los datos LiDAR ayudan a las administraciones a determinar las zonas inundables y a evaluar la erosión en las costas y otras áreas. Dado que el LiDAR puede realizar mediciones alrededor de los árboles y la vegetación, permite llevar a cabo análisis espaciales para determinar la altura de los árboles y la cobertura del dosel arbóreo. Los datos LiDAR también pueden proporcionar información similar sobre los edificios, incluso en espacios urbanos densamente poblados. Los datos LiDAR sirven para elaborar tres tipos diferentes de modelos: modelos digitales de elevación (DEM), modelos digitales de terreno (DTM) y modelos digitales de superficie (DSM):

• Los modelos digitales de elevación (DEM) muestran los valores de altitud del terreno desnudo en intervalos uniformes; suelen mostrar únicamente información sobre el terreno y las masas de agua, sin incluir la vegetación, las estructuras u otros elementos que no formen parte del terreno.
• En algunos países, los DTM son sinónimos de los DEM. Sin embargo, en Estados Unidos y en otros países, un DTM incluye líneas de ruptura para corregir los artefactos causados por puentes, cursos de agua y otros elementos. Los puntos del DTM están espaciados uniformemente y representan los rasgos lineales del terreno sin cobertura.
• Por último, los DSM proporcionan información sobre el terreno, así como sobre otros elementos, como árboles, edificios y otros objetos. Muestran los datos de primera reflexión, por lo que representan las partes superiores de las estructuras, los árboles y otros objetos que detecta el sensor. El suelo solo puede representarse en un DSM si no hay otros objetos que lo cubran.

El LiDAR tiene aplicaciones que van más allá del ámbito medioambiental. Las empresas de servicios públicos pueden necesitar datos LiDAR para conocer la cobertura arbórea cerca de las líneas eléctricas, por lo que consultarían un modelo digital del terreno (DSM) para ver dónde invade la vegetación. Las unidades de respuesta a emergencias pueden utilizarlo para medir con precisión las distancias hasta los lugares de emergencia, especialmente en zonas remotas. El LiDAR también es fundamental para la cartografía, ya que ayuda a mejorar la precisión de los mapas, y los urbanistas pueden utilizarlo para determinar cómo las nuevas urbanizaciones pueden afectar a las vistas del paisaje urbano. Dado que los datos del LiDAR pueden contribuir a la representación en 3D de los objetos, también pueden ayudar a crear modelos precisos del interior de los edificios. Los gestores de instalaciones y los propietarios de colegios, edificios públicos, edificios de oficinas y otras grandes estructuras pueden beneficiarse de la cartografía de interiores, ya que ofrece más detalles que los planos.

¿Qué otros sectores y organismos utilizan datos LiDAR?

Entre los organismos públicos que utilizan el LiDAR para la cartografía se encuentran: Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) y Agencia Federal para la Gestión de Emergencias (FEMA). Ambas organizaciones cuentan con sus propias normas para la recopilación de datos LiDAR. La FEMA, en particular, utiliza el LiDAR y otras tecnologías para cartografiar zonas inundables en todo el país. Varias disciplinas científicas y de investigación recurren al LiDAR para obtener datos sobre el terreno y otros objetos. Geólogos, meteorólogos, astrónomos, arqueólogos e investigadores agrícolas utilizan el LiDAR de una forma u otra. Incluso los sectores de las energías alternativas, como la eólica y la solar, utilizan el LiDAR. En el caso de la energía eólica, el LiDAR puede medir la velocidad del viento y la turbulencia; en el de la energía solar, puede determinar qué tejados son adecuados para instalar sistemas fotovoltaicos y medir la pérdida de sombra. Otro campo de aplicación del LiDAR es la robótica. La mayoría de los consumidores están familiarizados con el uso del LiDAR (aunque no lo conozcan por su nombre) si han visto vehículos autónomos o «autoconducidos». De hecho, es posible que incluso tengan un coche con funciones como la asistencia al aparcamiento en paralelo o el control de crucero adaptativo, que se basan tanto en el LiDAR como en otras tecnologías de detección. ¡La tecnología LiDAR ha ayudado incluso a crear las imágenes de un videoclip! El vídeo de «House of Cards» de Radiohead Desde 2008, se han intercalado imágenes del cantante Thom Yorke con tomas de zonas suburbanas y urbanas gracias a una combinación de escaneo LiDAR y de luz estructurada. Los conjuntos de datos LiDAR de Eagleview son adecuados para cualquier proyecto que requiera una cartografía del terreno de alta precisión y alta densidad. Los departamentos de sistemas de información geográfica (SIG), las empresas del sector de las infraestructuras y los organismos públicos pueden recibir estos datos en diversos formatos e integrarlos en Esri y otras plataformas SIG.