GESTIÓN DE DATOS LIDAR A TRAVÉS DE SIG Y BASE DE

 GESTIÓN DE DATOS LIDAR A TRAVÉS DE SIG Y BASE DE DATOS GEOESPACIAL
Javier Arellano Sánchez; Sandra Yazmín Betts Gómez; Olivia Ramírez Rodríguez Instituto Nacional de Estadística y Geografía Av. Héroe de Nacozari 2301, Fracc. Jardines del Parque, C.P. 20276, Aguascalientes, México Javier.arellano@inegi.org.mx; sandra.betts@inegi.org.mx; olivia.ramirezr@inegi.org.mx RESUMEN El presente trabajo tiene como objetivo describir la propuesta en el uso de herramientas SIG para la
organización y disposición de datos LiDAR y el desarrollo de una base de datos para su gestión. El
método de trabajo en el uso de SIG se basa en la concatenación cíclica de tres metodologías de
trabajo: Plan de Cobertura, Control de Calidad In Situ y Ajuste de Datos LiDAR; por su parte la
generación de la Base de Datos Geoespacial aplicó una metodología consistente en siete etapas: 1.
Identificación y análisis de requerimientos, 2. Diseño conceptual, 3. Elección de un Sistema
Manejador de Base de Datos (SMBD), 4. Aplicar reglas de transformación, 5. Asignación de
parámetros de almacenamiento, 6. Diseño de esquema de consulta (SQL), índices, restricciones y
triggers, 7. Esquema implementado.
Palabras clave: LiDAR, SIG, Base de Datos.
LiDAR DATA THROUGH GIS AND GEO-SPATIAL DATABASE
Abstract
The objective of this paper is to describe a proposal of GIS tool use for Lidar Data Organization
and availability, and also the database development for its management. The working method for
the use of GIS is based on the cyclical concatenation of three working methodologies: Coverage
plan, In situ quality control and Lidar data adjustment. The generation of the geospatial database
was performed applying a seven step methodology: 1. Requirement identification and analysis, 2.
Conceptual design, 3. Selection of a database managament system, 4. Transformation rule
application, 5. Storage parameter determination, 6. Design of a query, indexes, restrictions and
triggers scheme (SQL), and 7. Scheme implementation.
Key words: LiDAR, GIS, Database.
Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial 1. Introducción
Considerando la importancia de los datos de relieve en el mundo para el modelado del terreno que
demandan mayor exactitud y oportunidad en su disponibilidad se han venido adoptando las mejores
prácticas y estándares internacionales que involucran el uso de tecnología de punta, entre las que se
destaca el uso de la percepción remota aerotransportada para la georreferencia espacial de
fenómenos naturales y culturales.
Entre los sensores aerotransportados para la percepción remota activa se encuentra el denominado
LiDAR como método para detectar objetos a distancia y determinar su posición tridimensional de
una forma rápida, precisa y con calidad.
La tecnología exige el manejo de grandes volúmenes de información en formatos binarios y ASCII,
entre los tipos de datos que se manejan y administran están los geodésicos y láser, así como
información para la planeación y la derivada de la captación de datos que se organiza en tablas,
capas, imágenes e informes, a su vez todo contenido en bases de datos para la producción y
explotación de la información.
El presente trabajo describe, por una parte, el aprovechamiento de la tecnología LiDAR en México
por parte del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI), así como la utilidad de la
gestión de datos mediante SIG y BDG para planear y controlar la producción, la organización y la
gestión de datos láser como insumo para obtener datos de relieve, clasificados como información de
interés nacional en el contexto de la Ley del Sistema Nacional de Información Estadística y
Geográfica (SNIEG) http://www.snieg.mx/.
Se muestra la importancia y papel que desempeñan el uso de los SIG y las BDG en la estructuración
de contenedores de datos para análisis espacial y obtención de información para orientar la mejor
toma de decisiones, en el estudio, mitigación y ordenamiento de aspectos ambientales, desastres
naturales, demografía, riesgos hidrometeorológicos, entre otros.
2. Estado del Arte y Marco Teórico
El INEGI inició en el año 2004 la aplicación tecnológica que integra tres subsistemas: GPS, Unidad
de Medición Inercial y sensor láser que se utiliza para la colecta de datos de altitud utilizando una
plataforma aérea (Figura 1, fuente http://gulfsci.usgs.gov/tampabay/data/1mapping/lidar/).
1 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 1. Subsistemas LiDAR
LiDAR es un sensor activo que consta de un telémetro emisor de luz láser y de un espejo que desvía
el haz perpendicularmente a la trayectoria del avión, generando una serie de pulsos de luz que al
entrar en contacto con los objetos o el terreno refleja al sensor parte de la energía del pulso emitido
(Figura 2). Una característica distintiva de los retornos en zonas de vegetación es que éstos se
pueden producir a diferentes niveles, siendo posible que el último retorno se produzca al nivel del
terreno.
Los datos captados con LiDAR permiten generar Modelo Digitales de Elevación (MDE), este
método tiene ventajas sobre los métodos fotogramétricos convencionales ya que requiere de mínimo
control geodésico en tierra, los datos tienen una mayor densidad y una mayor precisión.
2 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 2. C
Comportamien
nto del reflejo de los pulsos LiDAR
Los daatos colectado
os se agrupann en nubes dee puntos denttro de archivoos binarios enn formato LA
AS,
que coorresponde a un
u estándar abierto
a
para el intercambioo de datos de LiDAR entree generadoress y
usuarioos; su uso es alternativo
a
a formatos de sistemas
s
proppietarios y gennéricos tipo ASCII
A
(Arellaano
2010).
La nubbe de puntoss contiene innformación tridimensiona
t
al de cada punto captadoo, así como de
atributoos tales como
o intensidad, número
n
de rettorno y tiemppo de captura GPS, entre ottros.
En la generación de
d cada nube de puntos,, se eliminann los retornoos que preseentan anomallías
altiméttricas (puntoss altos y bajoos); enseguidda los puntos de la nube se comparann con puntos de
controll terrestre con el objeto de
d reducir errrores sistemááticos en altuura; finalmentte, se aplica un
procesoo de ajuste entre líneas que permite reducir otroos errores associados a loos componenntes
tecnolóógicos del sisttema para aseegurar continuuidad geográffica.
El procceso de trabaajo involucra la coordinacción de las árreas de Operraciones Aéreeas, Geodesiaa y
Modelaado Topográffico (Figura 3)
3 y de tres ettapas grandess etapas: planeeación, controol de calidad en
sitio y ajuste de dato
os, a partir dee las cuales see generan los insumos esennciales para ellaborar MDE.
3 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 3. Pro
oceso de trabajjo LiDAR
Los MDE
M
generado
os a partir dee la nube de puntos son una
u expresiónn visual y maatemática de los
l
datos de
d relieve paara contribuirr a caracterizzar las form
mas del terrenno, como funndamento en la
planeacción del desaarrollo y orddenación del territorio, addemás de la prevención y mitigación de
desastrres naturales, entre otros.
Los MDE se clasificcan en:
Modeloos Digitales de Superficie (MDS): coontienen todoos los detallees además dee los elementtos
existenntes sobre el terreno, ya sea
s naturales como la veggetación, o artificiales
a
quue son las obrras
hechass por el hombrre (Figura 4).
4 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 4
4. Modelo Digittal de Superficcie, detalle dell Centro de la C
Ciudad de Méxxico
Los Modelos
Mo
Digita
ales del Terreeno (MDT): sólo represenntan la forma del terreno, lo que se loggra
mediannte un proceso
o de filtrado de
d los MDS (Figura 5).
Fiigura 5. Modello Digital del TTerreno, detalle de la Ciudad
d de México
5 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial Los MDE generados con la nube de puntos LIDAR son útiles, entre otras aplicaciones para:
•
•
•
•
•
•
•
Modelación altimétrica (mapas de pendientes, secciones, desniveles)
Prevención y atención de desastres naturales.
Definición de áreas sujetas a inundación.
Generación de curvas de nivel.
Estudios hidráulicos e hidrológicos; trazo de cauces de agua (Hidrografía)
Diseños de ingeniería civil.
Animaciones dinámicas en 3D.
Conceptos Generales de SIG y de Base de Datos Geoespacial
Un SIG consiste en información de naturaleza diversa sobre una determinada área, almacenada en
un conjunto de bases de datos tanto gráficas como alfanuméricas, cuya relación con el territorio se
realiza a través de un sistema de referencia geográfico y se gestiona a través de uno o varias
aplicaciones informáticas, lo anterior soportado por un equipo de cómputo y por personal
especializado.
Mientras que una Base de datos Geoespacial es un conjunto de datos espaciales que cuentan con un
modelo de datos que abstrae la complejidad del mundo real y permite almacenarlos con una
representación simplificada (puntos, líneas, polígonos) en un Sistema Manejador de Base de Datos,
el cual provee un lenguaje de consulta, soporta tipos de datos espaciales y proporciona mecanismos
para realizar operaciones de análisis espacial.
Por su parte un Sistema Manejador de Base de Datos (SMBD) consiste en una colección de
archivos interrelacionados y un conjunto de programas que permiten a los usuarios acceder y
modificar dichos archivos; su propósito principal es proporcionar a esos usuarios una visión
abstracta de los datos. La arquitectura de un SMBD se compone de:
• Base de datos (C.J. Date, 2001). La conforma una colección de datos almacenados y
utilizados por los sistemas de aplicación de una empresa.
• Hardware. Es un compuesto por volúmenes de almacenamiento secundario donde
reside la base de datos junto con dispositivos asociados a su control.
• Software. Proporciona la interface entre los datos de bajo nivel almacenados en la base
de datos y los programas de aplicación y consultas hechas al SMBD
• Usuarios. Dado que el objetivo principal de un sistema de base de datos es proporcionar
un entorno para recuperar información y almacenar nueva, existen tres tipos de
usuarios, dependiendo de la forma en la que interactúan con el sistema.
Tipos de Usuarios
Programador de Aplicaciones. Encargados de escribir los programas que utilizan la base de datos en
todas las maneras usuales como recuperación de información, creación o introducción de nuevos
datos, suprimir o cambiar información existente.
Usuario Final. Tienen la función de acceder a la base de datos por medio de una terminal, utiliza un
leguaje de consulta o recurre a un programa de aplicación que acepte órdenes y formule solicitudes
al SMBD de recuperación, creación o modificación de información.
Administrador de Base de datos. Coordina las funciones de recopilación de información acerca de
los datos; servicio a los usuarios; protección del recurso llamado datos; control de estructuras de
datos y acceso a los mismos.
3. Materiales, datos y métodos
6 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial 3.1. Caso de estudio
Diseño, planeación y control de proyectos asociados al uso y aprovechamiento de la tecnología
LiDAR desarrollando e implementando metodologías de trabajo con soporte en herramientas SIG y
BDG con el fin de administrar de una manera normalizada, eficiente y eficaz los procedimientos de
acopio, tratamiento, generación de productos e integración de datos para su explotación.
3.1.1.
Delimitación Espacial
El diseño y aplicación es nacional debido a que son datos de relieve considerados información de
interés nacional en el contexto de la Ley del Sistema Nacional de Información Estadística y
Geográfica.
3.1.2.
Delimitación Temporal
Información LiDAR disponible en el periodo 2004-2010 para su normalización y puesta a
disposición para su explotación mediante una base de datos geoespacial.
3.2. Datos
Los datos esenciales del proyecto utilizados fueron capas en formato SHAPE y archivos tabulares,
informes de avance de proyectos, así como los formatos de análisis de requerimientos y gráficos de
la estructura de la BDG, previos a su diseño e implementación.
A continuación se describen los métodos empleados para aprovechamiento de herramientas SIG y
BDG:
3.3. Desarrollo
3.3.1.
SIG
La tecnología LiDAR aprovecha algunas capacidades de los SIG para la construcción de modelos
que representen al mundo real a partir de las bases de datos geográficas, aplicando una serie de
funciones específicas (captura, almacenamiento, manipulación, análisis y extracción) que generan
más información para su análisis.
Las etapas generales del proceso LiDAR desarrolladas con herramientas SIG son la Planeación, el
Control de calidad en sitio y el Ajuste de Nube de Puntos (Arellano 2010) y consisten en:
3.3.1.1. Planeación
Con cada requerimiento se genera un proyecto de trabajo, realizándose la planeación de la
cobertura a partir de un determinado polígono de interés (INEGI, 2010). Según sea necesario, cada
polígono se delimita por división política, región fisiográfica, región costera, entre otros.
En primer lugar se cargan las capas de índices cartográficos en las escalas en que se representarán la
planeación, el control y los productos entregables. Hasta el año 2010 se aplicó como unidad
promedio de planeación un conjunto de cuatro claves cartográficas, en la escala 1:50 000. En
algunas partes del territorio nacional las unidades se conforman de dos claves y hasta de seis
considerando la delimitación con fronteras internacionales o zonas costeras. Las unidades de
planeación toman en cuenta las características tecnológicas de un sistema LiDAR.
7 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Para ell establecimieento de contrrol geodésicoo (campos dee control) en el polígono del proyecto se
cargaroon en SIG laas capas de: Catalogo
C
de Integración
I
G
General
de Loocalidades (C
CIGEL), vías de
comunnicación, cuerrpos de agua,, entre otras. Con las cappas cargadas se realiza unna operación de
selecciión de localid
dades con pooblación mayyor a 1 000 habitantes y se establece la posición de
controll geodésico assegurándose cercanía
c
con vías
v de comuunicación.
Con laa capa activa de campos dee control se crea
c
una nuevva capa (líneaas transversales) en la que se
unen pares
p
de camp
pos de controol dentro de cada
c
unidad de
d planeaciónn (bloques), am
mbas capas son
s
esenciaales en el con
ntrol de calidaad en sitio y fundamentale
f
s para realizaar posteriormeente el ajuste de
datos al
a terreno. Den
ntro de la deffinición de lass líneas transvversales se evvitan cuerpos de agua, debiido
a que los
l cuerpos dee agua presenntan un valor bajo de reflecctancia ocasioonando una aparente
a
falta de
inform
mación (hueco
os), lo cual limita el ajustee de líneas. La
L figura 6 ejemplifica
e
laa integración de
capas en
e SIG para laa planeación.
Figura 6. Integración de capas en
n SIG para plan
neación de pro
oyectos LiDAR
R
La planneación se co
omplementa con
c la distribuución de conttrol geodésicoo por lo que se
s carga la caapa
de estaaciones base GPS que trabbajarán simulltáneamente durante
d
la coolecta de datoos con el senssor
aerotraansportado paara corregir diiferencialmennte las posicioones de la anttena GPS en la aeronave que
q
permitaa obtener la trrayectoria y posición
p
de loos datos colecctados.
8 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial c
Al obteenerse el conttrol geodésicoo (campos dee control y esttaciones basee) se actualizaan las tablas con
las cooordenadas deffinitivas (archhivo de texto en Figura 6) para su apliccación en la etapa
e
de Conttrol
de Caliidad en Sitio.
En genneral, todas las capas en formato
f
shappe que se carrgan y se actuualizan desdee la planeacióón,
facilitaarán el análisiis espacial paara proveer de
d informacióón oportuna sobre la marcha de cualquuier
proyeccto, rendir info
ormes y faciliitar la toma de
d decisiones
ol de Calidad
d en Sitio
3.33.1.2. Contro
En el control
c
de callidad en sitio se realiza el proceso
p
y anáálisis de los datos
d
LiDAR de acuerdo con
c
las esppecificacioness de calidad establecidos
e
con una conffiguración prrevia de parám
metros (INEG
GI,
2010).
Como parte del con
ntrol se obtienne la distribucción geométrica de la nube de puntos, generándose un
reportee (Figura 7), el cual es ennviado por medios
m
electrrónicos junto con las capaas de índice de
cobertuura, se incluy
ye informacióón de faltantes de datos denominados
d
huecos (en caso de que se
presentten) que pueeden ser por relieve, nubees, humo, enntre otros; y las imágeness No Data, son
s
aquellaas que aun cuando
c
no coontiene inforrmación útil para los proocesos de caalidad, permitten
detectaar presencia de
d huecos. Los
L huecos soon incluidos en
e el entornoo SIG para reetroalimentarr la
planeacción diaria y asignar prioriidad a las cobberturas cuanddo se realizann nuevas misioones aéreas.
Figura 7. Prep
paración del re
eporte de Control de Calidad
d en Sitio
Una veez verificada y validada la información se actualizann las capas paara registrar loos avances enn el
levantaamiento de datos,
d
cargánddose en SIG las capas dee: índices carrtográficos, estaciones
e
baase,
huecoss, líneas transv
versales y la cobertura
c
de bloques,
b
cuerrpos de agua, entre otras.
Todas las capas quee se cargan y se actualizan facilitan el proceso
p
de resspaldo en servvidor local dee la
inform
mación capturaada y procesaada, así como la de control geodésico (E
Estaciones Base).
DAR
3.33.1.3. Ajuste de Datos LiD
9 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial L
se reaaliza primeram
mente a camppos de controll y en este ajuuste se corriggen
El ajusste de datos LiDAR
erroress sistemáticoss en los datoss (INEGI, 20110). Posteriorrmente, se reaaliza un segunndo ajuste cuuya
finalidaad es la dismiinución de residuales en errrores sistemááticos.
Conforrme se complletan las uniddades de prodducción cartoográficas, se cargan en SIG las capas de:
d
índice de coberturaa, división política y el poolígono de intterés (bloques). Se selecciionan las líneeas
ajustaddas que confo
orman un bloque para reallizar el corte a los límites de la unidadd de producciión
aseguraando la contin
nuidad geográfica de los datos
d
entre línneas y bloquess (Figura 8).
Figura 8. Ajjustes de datos LiDAR y conttrol de avance en SIG
e
de loos datos se geeneran los metadatos
m
paraa la nube de puntos LiDA
AR
Como parte de la entrega
G se realiza una
u
(Figuraa 9) conformee a la norma mexicana viggente. Con las capas cargaadas en el SIG
extraccción de inform
mación que deescribe la cobbertura de los datos.
10 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 9. Elaboración d
de Metadatos con apoyo de SIG I
3.33.1.4. Actualiización de avvances de prooducción en IRISWEB
En forrma complem
mentaria a las metodologíaas de trabajo se generan avances
a
en laa generación de
nube de
d puntos se realizan
r
reporrtes de manerra simultáneaa conforme a productos enntregables y sus
s
unidaddes de medidaa; para el caso de la nube de puntos ajuustada al terrreno las unidaades reportables
equivaalen a formato
os cartográficcos en la escaala 1:10 000. A efecto de disponer
d
con oportunidad de
inform
mación sobre la operación y la produccción se geneeró la herram
mienta denom
minada IRISw
web
(Figuraa 9) que adem
más de perm
mitir el controol de proyectoos LiDAR ess utilizado enn otros processos
cartogrráficos.
IRISweeb es un visualizador de informaciónn geográfica que permite integrar prooyectos de SIG
S
desarroollados en la plataforma
p
dee IRIS local. Está desarrolllado en plataaformas libress lo que perm
mite
su adoopción sin incconvenientes. Está centraado en el usoo de informacción geográfi
fica obtenida de
varios formatos com
mo shape, iriss, o bases de datos.
d
11 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 10
0. IRISWEB parra control ejecutivo de proye
ectos 3.33.2.
Diseño de la base de datos LiDA
AR
A meddida que se fue
fu adquirienddo mayor expperiencia en el uso de la tecnología, fue
f creciendo el
númeroo de datos, así
a como la necesidad
n
de controlar los procesos parra la generacción de nube de
puntos ajustados all terreno, paara facilitar la toma de decisiones
d
enn la planeacióón, los análiisis
espaciaales, dar segu
uimiento a prooyectos, elaboorar reportes, entre otros.
Derivaado de lo antterior se plannteó como objetivo
o
diseññar una basee de datos geeoespacial paara
adminiistrar la obteención, proceso y puesta a disposiciónn de nube dee puntos adeemás de ofreccer
pronta respuesta a lo
os diferentes requerimientoos de usuarios internos y externos.
e
p
de laa línea de prodducción se reealizó el diseñño de la base de
Partienndo del conoccimiento del proceso
:
datos LiDAR
L
(Tablaa 1) en siete etapas
e
(Betts, 2011) que see describen a continuación
c
1
2
Tabla 1 Etapas del d
diseño de base de datos LiDA
AR Análisis de Documentacción asociada al tema entregada por el ussuario
- Metod
dologías
- Capass de informacióón geográfica
- Inform
mes de avance
- Inform
mación asociadda al levantamiento
Generació
ón de documen
ntación para estandarizar
e
r
requerimiento
os
- Elaborración del diagrrama general de
d actividades
12 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial 3
4
5
6
7
- Elaboración de diagramas de proceso por fase
- Obtención de los productos por fase
- Descripción de la estructura Digital de la información geográfica
- Descripción de la estructura de los informes
- Descripción de la información asociada al levantamiento
- Identificar entidades
- Identificar atributos por entidad para establecer el tipo de dato de almacenamiento y sus
restricciones
*Verificar la opcionalidad del campo
*Consideraciones para definir el tipo de dato de acuerdo al requerimiento
- Elaboración del diseño preliminar del modelo de base de datos
Entrevistas con el usuario para aclaración y verificación de requerimientos
Replantear el diseño del modelo si es necesario de acuerdo al resultado obtenido de las citas
del usuario
Elaboración del Modelo definitivo de acuerdo a requerimientos del tema
Definición e identificación de usuario para implementación del modelo en software de diseño
Verificar entidades de apoyo para compartir con otros modelos
Generar estrategia de carga
Generar un plan de carga de acuerdo a la estructura de la información digital y el modelo
propuesto
Completar el modelo con entidades y relaciones de acuerdo a la estrategia de carga
Solicitar la asignación de espacio en BD para carga del modelo (usuario)
Implementación del Modelo para Carga
Solicitar parámetros de creación de Layers
Generación de Script de carga
Correr algoritmos automatizados para generar por primera vez
- Secuencias
- Triggers (procedimiento que se ejecuta cuando se cumple una condición establecida al
realizar una operación)
- Cargador de catálogos
- Creación de Layers
Elabora metodología de lanzamiento
- Lanzar la herramienta de asignación de usuario para la carga
- Bateador de control
- Bateador de explotación
- Verificar orden de carga
Cargar modelo
Se recopilaron archivos digitales con muestras de datos relacionados con las metodologías de
trabajo y demás documentación; se analizaron para comprender con detalle la naturaleza de los
datos involucrados en el sistema y su interrelación. A partir de lo anterior se generó un diagrama
general de actividades donde se identificaron las tres principales etapas del proceso (Planeación,
Control de calidad en sitio, Ajuste de datos).
13 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figurra 11. Fragmen
nto del diagram
ma de actividaades de la fase de planeación
n
d procesos por
p cada una de las fases para identificcar
Posteriiormente, se generaron loss diagramas de
las enttradas y los principales
p
prroductos, en la Figura 122 se muestra un fragmento de la fase de
planeacción. Como resultado se obbtuvieron prooductos por caada fase (Tabbla 2).
14 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figu
ura 12. Segme
ento del diagraama de proceso
os de la fase d
de planeación Tabla 2 p
productos por fase Productos
Fase
Polígoono de interés (jpg)
Bloquues de trabajo (shp)
(
Estaciiones base (shpp)
Planeación
Camppos de control (shp)
(
Líneas transversaless (shp)
CheckkListmes_año (docx)
(
Oficioo de autorizacióón (docx)
Bitácoora de vuelo (ddocx)
Índicee de vuelo (shpp)
Índicee de avance en la comisión (ppng)
Controll de calidad en
n sitio Archivvos de calidad de la trayectooria (jpg)
No daata de Líneas de vuelo (TIFF))
Tablas de avances enn comisión (xlsx)
Archivvo con huecos (DGN)
Inform
me de control de
d calidad de laa sesión (docx))
Tabla de parámetross de calibraciónn del sensor (xllsx)
Archivvo de parámetrros de orientacción (docx)
Archivvos ajustados (BIN)
(
Reporrte de control de
d ajuste (docxx)
Control en capa 10kk de edición (shhp)
Ajjuste de datos
Archivvos LAS ajustaados y cortadoos
Metaddato de los datoos ajustados deel bloque (HTM
ML)
Tabla de priorizacióón (ppt)
15 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial Para cada uno de estos productos (Tabla 2), se documentó la estructura manejada en los archivos
digitales utilizando un formato de descripción de funciones (Figura 13).
Como complemento se recolectó información sobre los datos de cada producto, en un formato
especial (Figura 14) que incluye la estructura de datos y su descripción (nombre del campo, tipos
de dato, longitud, valores permitidos, serie de rangos entre otros).
Figura 13. Plantilla de presentación de productos de la fase de Planeación 16 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 14. Especificacion
nes de los dato
os de cada pro
oducto
Una vez
v
analizadaa la informaación, se elaaboró un moodelo entidad-relación para el cual se
identifi
ficaron las en
ntidades y sus atributos, parra evitar reduundancia en allmacenamiennto.
Se hizoo una descripcción detalladaa de los atribuutos de tipo, tamaño,
t
domiinio de valorees, restriccionnes,
etcéterra, lo cual faacilitó el esttablecimiento de llaves primarias
p
y foráneas,
f
parra asegurar una
u
eficiennte interrelaciión entre las entidades. Con
C base en lo anterior se realizó laa representaciión
gráficaa del modelo entidad
e
relaciión (Figura 155) de datos LiiDAR.
17 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 15. Mo
odelo Entidad‐‐Relación
Se utillizó Oracle Designer
D
paraa la elaboraciión del modelo conceptuaal definitivo y la creación de
algoritm
mos automatiizados para reealizar la cargga de informaación LiDAR
R a la base dee datos. Adem
más
se creaaron de manerra automatizaada los generaadores de secuencias, trigggers, cargadorres de catáloggos
y creacción de layerss en el espacioo físico asignaado para la baase de datos.
La Figgura 16 muesttra mediante un
u mapa menntal el resumeen de la metoddología desarrrolladas paraa el
diseño de la Base dee Datos LiDA
AR.
18 Geestión de Datos LiDAR a través d
de SIG y Base de Datos Geoespacial Figura 16. M
Mapa mental de
el diseño de laa Base de Dato
os LiDAR
n y análisis de
d resultadoss
4. Descripción
Se connsolidó el uso de tres metoodologías de trabajo
t
para la planeación,, la operaciónn y ajuste de los
l
datos LiDAR
L
aplicaando herramieentas SIG y se
s implementtó una Base de
d Datos Geooespacial paraa el
controll de la produ
ucción y expllotación de datos
d
e inform
mación LiDA
AR de maneraa eficiente y se
comproobaron las sig
guientes ventaajas:
•
•
•
•
•
Control cen
ntralizado de la informacióón LiDAR, siiguiendo las normas
n
estanddarizadas de las
de
bases de dattos accedienddo a ella mediiante un únicoo programa denominado
d
a
administrador
bases de dattos.
Disminució
ón de la redunndancia e inconsistencias, agrupando loos datos en unn mismo objeeto
sin repetir in
nformación loo cual hace a la base de daatos más eficieente.
Posibilidad de compartirr datos, por medio
m
del adm
ministrador de base de datoss y la aplicaciión
que se selecccione, como ejemplo: un SIG.
S
Aplicación de controless y restriccioones que verrifican que los
l datos inttroducidos seean
p
mantenerr su integriddad, utilizanddo catálogos, y validacionnes de rangoo y
correctos para
dominio de valores.
Independen
ncia de datoos, mediante separación entre progrramas y dattos desde una
u
perspectiva física y lógicca, de tal form
ma que cualquuier cambio en
e las estructuuras de datos no
afectan a los programas de
d aplicaciónn y explotación.
19 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial 5. Discusión y valoración de hallazgos
El uso de SIG para la gestión de datos LiDAR conlleva la optimización de recursos aplicando
herramientas de análisis espacial y permitiendo de manera visual contar con el estado de cualquier
proyecto, extrayendo información tabular sobre atributos de interés para una mejor toma de
decisiones y seguimiento.
Por su parte en el modelado de Base de Datos Geoespacial uno de los pasos cruciales en su
construcción, es sin duda, su diseño conceptual, ya que si las relaciones entre entidades no son
definidas apropiadamente, se puede tener muchos problemas al momento de ejecutar consultas para
tratar de obtener algún tipo de información. Independientemente del tamaño de la BDG es
importante asegurar su correcto diseño para su manejo y explotación con éxito continuo.
6. Conclusiones
El uso interdisciplinario de los Sistemas de Información Geográfica, la tecnología LiDAR y las
Bases de Datos Geoespaciales proporcionan un eficiente manejo de grandes volúmenes de
información para la toma correcta de decisiones en la línea de producción que garantizan la
adecuada y oportuna respuesta a los requerimientos de usuarios internos y externos.
La sinergia en el uso de SIG y BDG para la planeación, operación, control, integración y
disposición de datos LiDAR es aplicable tanto en Unidades del Estado como Instituciones
Académicas y empresas particulares ya sea que produzcan, usen, integren y exploten la información
proveniente de la Percepción Remota Activa.
Es evidente que en México y el mundo cada vez tendrá una mayor aceptación y penetración la
tecnología LiDAR para el modelado del territorio y su aplicación en la planeación nacional, la
prevención y mitigación de desastres naturales, entre muchos aspectos más.
Tomando como referencia el éxito en el uso de SIG y BDG se podrán definir y adoptar de manera
natural especificaciones mínimas para la normalización e integración de datos de relieve
comparables y compartibles y aportarán a la investigación sobre diversos fenómenos en el tiempo
sobre el comportamiento del territorio en ámbitos locales, regionales o globales.
20 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial Referencias bibliográficas
Arellano Sánchez Javier, 2010: Tesis “Calibración de datos LiDAR”, UNAM-INEGI
Arellano Sánchez Javier, 2010: “Metodologías para el procesamiento de datos LiDAR”, 11°
Congreso Nacional e Internacional de Ingeniería Topográfica, Geodésica y Geomática, Colegio de
Ingenieros Topógrafos, Asociación Civil (CITAC). Zacatecas, México, 2010
Betts Gómez Sandra Yazmín, 2011: Tesis “Gestión de Información LiDAR a través de una Base de
Datos Geoespacial como componente base para los Sistemas de Información Geográfica”, UNAMINEGI
Date C.J., 2001: “Introducción a los sistemas de bases de datos”, Pearson Educación. ISBN 968444-419-2.
INEGI, 2010: “Guía para elaborar anteproyectos LiDAR”, Dirección del Marco Geodésico,
Aguascalientes, México
INEGI, 2010: “Guía para el control de calidad y generación de nubes de puntos LiDAR”,
Dirección del Marco Geodésico, Aguascalientes, México
INEGI, 2010: “Guía para el ajuste y generación de metadatos de datos LiDAR”, Dirección del
Marco Geodésico, Aguascalientes, México
21 Gestión de Datos LiDAR a través de SIG y Base de Datos Geoespacial Tablas
Tabla 1 Etapas del diseño de base de datos LiDAR ........................................................................... 12 Tabla 2 productos por fase ................................................................................................................ 15 Figuras
Figura 1. Subsistemas LiDAR ............................................................................................................... 2 Figura 2. Comportamiento del reflejo de los pulsos LiDAR ................................................................. 3 Figura 3. Proceso de trabajo LiDAR ..................................................................................................... 4 Figura 4. Modelo Digital de Superficie, detalle del Centro de la Ciudad de México ........................... 5 Figura 5. Modelo Digital del Terreno, detalle de la Ciudad de México ............................................... 5 Figura 6. Integración de capas en SIG para planeación de proyectos LiDAR ...................................... 8 Figura 7. Preparación del reporte de Control de Calidad en Sitio ...................................................... 9 Figura 8. Ajustes de datos LiDAR y control de avance en SIG ........................................................... 10 Figura 9. Elaboración de Metadatos con apoyo de SIG .................................................................... 11 Figura 10. IRISWEB para control ejecutivo de proyectos .................................................................. 12 Figura 11. Fragmento del diagrama de actividades de la fase de planeación .................................. 14 Figura 12. Segmento del diagrama de procesos de la fase de planeación ....................................... 15 Figura 13. Plantilla de presentación de productos de la fase de Planeación .................................... 16 Figura 14. Especificaciones de los datos de cada producto .............................................................. 17 Figura 15. Modelo Entidad‐Relación ................................................................................................. 18 Figura 16. Mapa mental del diseño de la Base de Datos LiDAR ........................................................ 19 22