Tutorial: HD LIDAR com QGIS 3.32
Neste artigo, encontrará ferramentas para dados LIDAR: LASTools, WhiteboxTools, OpenLIDAR Tools. Instalações, licenças e configurações passo a passo. Encontrará também uma apresentação do CloudCompare.
Como vimos no artigo Dados LIDAR no QGis 3.32, a nova versão do QGis integra uma série de processos para dados de nuvens de pontos. Este é apenas o primeiro passo. Novos processos serão adicionados ao longo do tempo para tornar o QGis uma ferramenta poderosa para o processamento de dados LiDAR. No entanto, por enquanto, será necessário utilizar outros fornecedores de processamento para efetuar determinadas operações. De seguida, analisamos as outras ferramentas disponíveis no QGis ou em conjunto com ele.
2- Descarregar os dados do IGN HD LIDAR e carregá-los no QGis
3- Ferramentas para dados LIDAR no QGis 3.32
Ferramentas disponíveis nativamente no QGis 3.32 para dados LIDAR
Foi integrado um novo fornecedor de processamento nativo para algoritmos de nuvem de pontos: o fornecedor suporta atualmente os seguintes algoritmos:
- Informação: fornece metadados básicos sobre a nuvem de pontos (número de pontos, extensão, crs, etc.).
- Converter formato: converte a nuvem de pontos para um formato diferente, por exemplo, de las para laz.
- Reprojectar: reprojecta a nuvem de pontos para um CRS diferente.
- Fixar projeção: fixa (atribui) o CRS de um ficheiro de nuvem de pontos
- Recortar: recortar uma nuvem de pontos cortando um ou mais polígonos
- Mesclar: mesclar várias nuvens de pontos em um único arquivo
- Tile: criar mosaicos a partir de dados de entrada
- Thin: criar uma versão mais fina da nuvem de pontos
- Boundary (Limite): exportar uma camada vetorial que contém os limites da nuvem de pontos
- Density (Densidade): exportar um ficheiro raster em que cada célula contém o número de pontos na área dessa célula.
- Exportar para raster: exporta dados da nuvem de pontos para uma grelha raster 2D
- Exportar para vetor: exportar dados de uma nuvem de pontos para uma camada de vetor com pontos 3D
- Exportar para raster (TIN): exportar dados de uma nuvem de pontos para uma grelha raster 2D utilizando a triangulação de pontos.
- Filtro: extrair um subconjunto da nuvem de pontos utilizando expressões PDAL
Este conjunto de ferramentas de processamento pode ser utilizado para efetuar as operações mais comuns em nuvens de pontos.
Para um processamento mais específico, dispomos de três outras ferramentas que podem ser integradas na caixa de ferramentas de processamento do QGis:
- LASTools
- WhiteboxTools
- Ferramentas LIDAR abertas
Existe também um produto de código aberto complementar ao QGis, o CloudCompare.
Antes de analisar as ferramentas, é importante fazer uma observação. No momento em que escrevemos este artigo, estas ferramentas foram ligadas a versões anteriores do QGis. A noção de uma camada de nuvem de pontos ainda não existia. Quando abrir um processo de nuvem de pontos no QGis, verá uma janela de definições com as palavras Camada de origem. O menu pendente apresentará as camadas carregadas e poderá defini-las como entrada de processamento.
Quando se abre a janela para processar caixas de ferramentas adicionais, aparece uma janela como esta:
Mesmo que tenha carregado uma camada no QGis, o processamento terá de apontar para os ficheiros originais.
Da mesma forma, os ficheiros resultantes deste processamento serão ficheiros em disco e não serão carregados automaticamente no final do processamento, mesmo que esta opção esteja assinalada na janela de processamento.
É evidente que, nestas condições, se optar pela opção de saída por defeito, um ficheiro temporário, não obterá qualquer resultado!
LAStools, processamento de dados LIDAR
Apresenta-se como uma caixa de ferramentas dupla, com uma (pequena) parte gratuita e uma (grande) parte paga que requer uma licença. A licença, aliás, só é válida por um ano, após o qual é necessário pagar a manutenção obrigatória para continuar a utilizar o produto.
O RapidLasso oferece três tipos de licenças LAStools:
- Licença pessoal: esta licença destina-se a particulares que pretendam utilizar o LAStools para fins não comerciais.
- Licença comercial: esta licença destina-se a empresas que pretendam utilizar o LAStools para fins comerciais.
- Licença de teste: esta licença permite-lhe utilizar o LAStools gratuitamente durante 30 dias.
Deixo à vossa consideração a possibilidade de obterem mais informações no sítio Web: https://rapidlasso.de. Mas, como tive muita dificuldade em perceber o que se pode e o que não se pode fazer com a versão que vem instalada por defeito, aqui fica um resumo que lhe vai poupar MUITO tempo.
LASTOOL, com licença ou sem licença?
A única explicação sobre como utilizar o LASTOOLS é dada no parágrafo seguinte:
There are TWO parts to LAStools. One part is OPEN source.
The other part is CLOSED source and requires licensing for most commercial or government use. If you’re unsure please email ‘info@rapidlasso.de’ before using LAStools.
For education and evaluation purposes you can use and test LAStools for free. Some free version tools are may limited in the maximum count of lidar points in one single file to avoid commercial usage.
(O LAStools é composto por DUAS partes. Uma é de código aberto. A outra parte é de código fechado e requer uma licença para a maioria das utilizações comerciais ou governamentais. Se não tiver a certeza, envie um e-mail para “info@rapidlasso.de” antes de utilizar o LAStools. Para fins educativos e de avaliação, pode utilizar e testar o LAStools gratuitamente. Algumas ferramentas gratuitas podem estar limitadas no número máximo de pontos lidar num único ficheiro para evitar a utilização comercial).
Vamos passar este texto pelo descodificador e ver as coisas como elas são:
1- Existe apenas uma versão da toolbox, que é a que vai instalar (ver parágrafo seguinte).
2- Todos os processos funcionam a partir do momento em que instala e configura o fornecedor do processo.
3- Os tratamentos “licenciados” funcionam com ou sem licença. No entanto, dependendo do tratamento, a partir de 1,5 milhões de pontos, se não tiver uma licença, o tratamento adicionará ruído ou bandas pretas ao ficheiro resultante. Em suma, a qualidade do resultado será “ligeiramente” degradada.
4- Se comprar uma licença, receberá uma chave que lhe permitirá eliminar este limite de pontos.
5- Se procurar bem, encontrará um fórum onde o designer do LASTOOLS sugere uma forma de contornar este problema de pontos limitados. Aconselha simplesmente a utilização de um processo LASTOOLS que permite dividir um ficheiro LIDAR em mosaicos com menos de 1,5 milhões de pontos, aplicar o tratamento pretendido (classificação, deteção de terreno, etc.) aos mosaicos e depois reconstruir um único resultado a partir dos resultados dos mosaicos.
6- Não se sinta culpado se optar por este sistema, porque deve saber que se tiver pago uma licença e o seu ficheiro LIDAR tiver mais de 15 milhões de pontos (os ficheiros IGN têm uma média de 22 milhões…), receberá uma mensagem de erro de atribuição de memória que bloqueará o processamento. Depois de ter consultado o Rapidlasso como indicado na mensagem de erro, ser-lhe-á pedido que… dividir o Rapidlasso em mosaicos com menos de 15 milhões de pontos, aplicar o processamento pretendido (classificação, deteção de terreno, etc.) aos mosaicos e, em seguida, reconstruir um único resultado a partir dos resultados dos mosaicos!
Instalar o LASTOOLS para QGis
Eis como instalar o LASTOOLS no QGis, porque também não é assim tão simples:
Instalar o plugin LAStools utilizando o gestor de extensões :
Para o LAStools, é necessário instalar não só o plugin mas também os executáveis:
Descarregue o software LAStools a partir daqui e descompacte-o numa localização permanente, por exemplo “c:/LAStools”
! !! Importante: Certifique-se de que o caminho não contém espaços ou caracteres especiais.
No Qgis, aceda ao menu Preferências / Opções.
Navegue até ao separador Processing (Processamento) à esquerda, faça duplo clique em Processing Providers (Fornecedores de processamento) e, em seguida, faça duplo clique em LAStools.
Navegue até à localização LAStools que transferiu no passo 1, por exemplo “C:/LAStools”.
Clique em qualquer outra caixa, por exemplo “Scripts”, e depois clique em OK.
Um pequeno pormenor a ter em conta: se executar um dos processos e receber esta mensagem de erro :
Não vale a pena procurar de onde vem este UTF-8, é apenas uma mensagem para o informar de que não definiu as opções do fornecedor de processamento para o diretório LASTOOLS correto.
Estrutura das ferramentas LASTOOLS
A caixa de ferramentas do LASTOOLS consiste em três tipos de ferramentas:
- As ferramentas básicas que recebem um ficheiro como entrada para o processo. O código para estas ferramentas pode ser encontrado no diretório LAStools/bin que especificou nas Opções do Fornecedor de Processamento.
- Ferramentas semelhantes, mas que utilizam um diretório como entrada de processamento. Todos os ficheiros LAS ou LAZ neste diretório serão processados. O nome do processo termina com Pro e o código para estes processos é carregado pelo plugin. Por conseguinte, não se encontra no mesmo diretório que os anteriores, mas em C:\Users\username\AppData\Roaming\QGIS\QGIS3\profiles\default\python\plugins\LAStools\LAStoolsProduction
- Pipelines, ou seja, ferramentas que ligam automaticamente uma série de ferramentas anteriores. Podem ser encontradas no diretório C:\Users\username\AppData\Roaming\QGIS\QGIS3\profiles\default\python\plugins\LAStools\LAStoolsPipelines.
Esta informação será útil se pretender criar os seus próprios fluxos de trabalho de processamento. Veremos isto em pormenor no capítulo sobre LAStools mais à frente no tutorial.
WhiteboxTools para dados LIDAR
Esta é outra caixa de ferramentas com duas partes, uma (grande) de utilização gratuita e uma (pequena) com uma licença anual ou perpétua.
Muitos dos processos da parte gratuita ainda não estão incluídos nos processos predefinidos do QGis. Por conseguinte, é útil utilizar esta caixa de ferramentas para alargar as suas opções de processamento de nuvens de pontos.
Aqui está a lista de processos disponíveis. Os tratamentos assinalados com uma cruz requerem uma licença.
No que diz respeito à instalação, começa-se a ver que é um hábito, pelo que é necessário tomar algumas precauções:
Para o WhiteboxTools, é necessário instalar não só o plugin, mas também os binários/executáveis para o sistema operativo em causa:
1-Instalar o plugin utilizando o gestor de extensões Qgis:
2-Download dos binários para o seu sistema operativo aqui.
Descompacte a pasta descarregada e coloque-a num local seguro, por exemplo C:/whitebox/.
! !! Importante: Certifique-se de que o caminho não contém espaços ou caracteres especiais.
3-No Qgis, vá para Preferences/Options (Preferências/Opções).
Navegue até ao separador Processing (Processamento) à esquerda, faça duplo clique em Processing Providers (Fornecedores de processamento) e, em seguida, faça duplo clique em WhiteboxTools .
Navegue até ao ficheiro executável “whitebox_tools” (“whitebox_tools.exe” no Windows) na pasta que transferiu no passo 2.
Clique em qualquer outra caixa, por exemplo “Scripts”, e depois clique em OK.
Se não tiver uma licença e tentar executar um dos processos licenciados (cabe-lhe a si descobrir quais são, uma vez que não há nada que os distinga dos outros), receberá uma mensagem de erro :
O plug-in Open LIDAR Toolbox
O Open LiDAR Toolbox é um plug-in QGIS para o processamento num só passo de dados LiDAR aéreos, desde a nuvem de pontos até às visualizações LiDAR. A entrada requerida é uma nuvem de pontos não classificada em formato LAZ/LAS, e a ferramenta devolve os resultados necessários para a cartografia interpretativa de elementos arqueológicos. Além disso, estão disponíveis várias outras ferramentas para o processamento de dados em várias fases. As ferramentas são optimizadas para a arqueologia, mas têm uma aplicação mais vasta para qualquer pessoa interessada na inspeção visual do LiDAR aerotransportado, por exemplo, cartografia topográfica.
A Open LiDAR Toolbox é um “invólucro” que utiliza várias ferramentas excelentes: GDAL, GRASS, ferramentas nativas QGIS, LAStools, Whitebox Tools e RVT. Os seguintes plug-ins devem, portanto, ser instalados antes do Open LiDAR Toolbox: LAStools, Whitebox Tools e RVT. Se estes plug-ins ainda não estiverem instalados, serão automaticamente instalados com o Open LiDAR Toolbox. No entanto, os passos adicionais (instalação de executáveis para o LAStools e WhiteboxTools) devem ser seguidos.
Para instalar o plug-in, aceda ao gestor de extensões.
Se não tiver instalado os dois plug-ins anteriores, LASTools e WhiteboxTools, descarregue e instale os executáveis conforme descrito acima.
A ferramenta ONE para processamento de dados LIDAR
Trata-se de um pipeline de algoritmos que pega numa nuvem de pontos LiDAR aerotransportada e produz todos os derivados essenciais para a arqueologia e para qualquer pessoa interessada na análise visual de dados LiDAR ou na sua utilização para cartografia topográfica. O pipeline introduz várias etapas adicionais em comparação com uma abordagem tradicional. Os resultados são uma melhoria moderada na classificação dos pontos terrestres (classe 2 da ASPRS) e uma melhoria significativa na classificação dos edifícios (classe 6 da ASPRS). Esta última é particularmente importante para os modelos digitais de terreno (DTMs) e os modelos digitais de elementos (DFMs).
Como estas ferramentas foram desenvolvidas para fins arqueológicos, foram optimizadas para distinguir entre três tipos de modelos de terreno:
Esta figura mostra os três tipos de modelos:
- DTM – Modelo Digital do Terreno
- DSM – modelo digital de superfície
- DFM – Digital Feature Model.
Este plugin é particularmente útil para calcular este terceiro tipo de modelo.
Software CloudCompare
O CloudCompare é um software gratuito e de código aberto para o processamento, análise e visualização de dados 3D. É utilizado por uma vasta comunidade de profissionais, incluindo geomáticos, engenheiros, arquitectos e cientistas.
O CloudCompare suporta uma grande variedade de formatos de dados 3D, incluindo nuvens de pontos, nuvens de voxels, superfícies e modelos poligonais. Permite efetuar uma variedade de operações em dados 3D, incluindo :
- Visualização
- Filtragem
- Re-ranking
- Segmentação
- Reconstrução
- Fundir
- Medições
- Exportar
O CloudCompare é uma ferramenta poderosa e versátil que pode ser utilizada para uma variedade de tarefas de processamento, análise e visualização de dados 3D. É gratuita e de código aberto, o que a torna acessível a um vasto público.
Eis apenas alguns exemplos do que pode fazer com o CloudCompare:
- Visualizar nuvens de pontos e superfícies 3D
- Filtrar nuvens de pontos para remover ruído e artefactos
- Reclassificar nuvens de pontos para facilitar a visualização
- Segmentar nuvens de pontos para identificar objectos distintos
- Reconstruir superfícies a partir de nuvens de pontos
- Fundir nuvens de pontos para criar modelos 3D maiores
- Medir distâncias, superfícies e volumes
- Exportar dados 3D em diferentes formatos
Se trabalha com dados 3D, o CloudCompare é uma ferramenta essencial juntamente com o QGis. É gratuito, de código aberto e fácil de utilizar.
Acima de tudo, será uma grande ajuda para afinar o seu processamento. De facto, as ferramentas que vimos anteriormente são ferramentas de processamento: define-se os dados de entrada e obtêm-se os dados de saída. Com o CloudCompare trabalha-se de forma interactiva. Pode testar diferentes definições de parâmetros de uma forma mais fácil e eficiente.
CONCLUSÃO
Qualquer que seja o tipo de projeto, com o QGis já dispõe das ferramentas necessárias para atingir os seus objectivos. A nova versão 3.32 é apenas o início de uma integração mais completa e racional de todas estas ferramentas. Nas próximas versões, as ferramentas serão progressivamente integradas no núcleo do QGis, os criadores de plug-ins apoiarão o novo tipo de camada “nuvem de pontos” e as ferramentas redundantes desaparecerão progressivamente.
