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LP360 pour ArcGIS

Visualisez, manipulez et classifiez

vos données LIDAR dans un

environnement ArcGIS.

Avr i l 201 1 - www .geo syst ems.f r

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Table des matières

I. Introduction au LIDAR ........................................................................................................... 4

II. Qu’est ce que LP360 ? ............................................................................................................ 5

III. Zoom sur les fonctionnalités de LP360 (module principal) ................................................... 6

1. Affichage .............................................................................................................................. 6

Affichage des nuages de points LIDAR à plat, en profil et en 3D. ................................................... 6

Affichage des différents types d’informations ................................................................................ 6

Filtrage des informations affichées ................................................................................................. 6

Affichage TIN et courbes de niveau................................................................................................. 7

2. Accès aux métadonnées ........................................................................................................ 8

3. Import, export et création de produits dérivés ....................................................................... 8

4. Contrôle qualité .................................................................................................................... 9

Gestion et correction des lignes de ruptures ................................................................................ 10

Création de « ligne de vue » .......................................................................................................... 10

IV. Zoom sur les fonctionnalités de « Classify » (module complémentaire).............................. 11

1. Outils de classification manuelle ou semi-automatique ........................................................ 11

2. Outils de classification automatique .................................................................................... 11

3. Correction par données multi sources .................................................................................. 11

V. Zoom sur les fonctionnalités d’« Extractor » (module complémentaire) ................................ 12

1. Classification automatique .................................................................................................. 12

2. Vectorisation des classes ..................................................................................................... 13

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I. Introduction au LIDAR

Le LIDAR, Light Detection and Ranging, est une technologie basée sur des capteurs actifs qui

émettent des faisceaux laser de manière discontinue (pulsations).

Les pulsations sont émises et diffusées de part et d’autre de la ligne de vol par un système de miroir oscillant selon un schéma prédéfini. On obtient une répartition semi-aléatoire des points.

Pour chaque pulsation, le LIDAR mesure le temps et l’intensité du retour.

- le temps informe sur la distance entre le point et le capteur (et donc sur l’altitude),

- l’intensité informe sur la part d’énergie renvoyée et donc sur l’occupation du sol (un bâtiment renverra par exemple plus d’énergie que de la végétation).

Pour une pulsation, il est possible d’avoir un ou plusieurs retours selon le principe suivant : si le rayon

émis heurte un élément « imperméable » (sol en dur, toiture d’un bâtiment) l’énergie réfléchie est

concentrée dans un seul retour (cas 1 sur la figure ci-dessous). Par contre, si le rayon émis heurte un

élément « perméable» (végétation) une partie seulement de l’énergie est réfléchie, l’autre partie

continue son chemin et donne lieu à d’autres retours (cas 2 sur la figure ci-dessous).

Il est important de comprendre que le fichier de sortie (.las) contient les informations mesurées pour

chaque retour : positions X,Y et Z du point, intensité du retour, nombre de retours et numéro du

retour, éventuellement les classes, les informations sur le vol, etc. Son mode de représentation

spatiale est un nuage de points et non une image raster. Il est donc important, pour comprendre et

manipuler au mieux ces données, de travailler avec un outil qui traite directement les données du

nuage de points et non un produit dérivé.

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II. Qu’est ce que LP360 ?

LP360 est une extension pour ArcGIS qui permet de créer, de visualiser et de manipuler des couches de données LIDAR, directement depuis des fichiers standards (.Las), sans perdre de temps ni d’informations avec des traitements de conversion ou d’importation. LP360 permet d’intégrer complètement les données LIDAR dans un environnement ArcGIS, et donc de les associer à d’autres types de données (raster ou vectorielle).

LP360 est indépendant de la mémoire vive et peut ainsi charger de très grandes quantités de données, (si besoin fusionnées et gérées en une seule couche de données). LP360 offre à ses utilisateurs des fenêtres « profil » et « 3D » personnalisées, indispensables pour travailler avec des jeux de données LIDAR de très haute densité. Grâce à ses nombreuses fonctions LIDAR avancées, LP360 pour ArcGIS accroît la puissance des SIG avec les nuages de points LIDAR.

Parmi les principales fonctionnalités on trouve :

- gestion sans problème de milliers de fichiers LIDAR et de téraoctets de données,

- affichage fluide à plat, en 3D et en profils transversaux (création de pyramides),

- affichage en différents modes (altitudes, intensité, classes, nombre de retours, etc. ),

- filtrage des données visualisées (altitudes, classes, etc.)

- affichage à la volée des triangles d’interpolation (TIN) et de courbes de niveaux,

- import et export de données, statistiques LAS et informations d’entête,

- outils d’assistance au contrôle qualité, rapport de contrôle qualité,

- outils de classification manuelle,

- classification des nuages de points par filtres (simples ou avancée),

- classification de points à partir d’un Shapefile (couches bâtiments, etc.),

- gestion et correction des lignes de rupture,

-création de macros pour la classification automatique,

- vectorisation des classes

- etc.

L’offre se décline en un module principal « LP360 » et deux modules complémentaires « Classify» et « Extractor ».

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Il est important de garder à l’esprit l’approche « nuage de points ». La quasi-totalité des opérations sont réalisées directement sur le nuage de points. Cette approche permet une grande souplesse et une performance dans la visualisation, la manipulation, l’édition des données, ainsi que dans la compréhension et l’exploration des données LIDAR.

III. Zoom sur les fonctionnalités de LP360 (module principal)

Le module LP360 considère les standards des formats LIDAR (.las) définis par l’American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS). Il inclut de nombreuses fonctionnalités, dont les principales sont présentées ci-dessous.

1. Affichage

Affichage des nuages de points LIDAR à plat, en profil et en 3D.

Les différents modes sont associés dynamiquement. L’utilisation est très fluide, même pour de très

grands volumes de données.

Affichage des différents types d’informations

LP360 permet de visualiser les informations contenues dans le fichier .las et ce, grâce à des codes

couleurs. Les modes disponibles sont : altitudes, « color bandes », intensité, classes, type de retour,

point source, et RGB. Tous les types d’affichage sont paramétrables et disponibles en vues à plat, de

profil et en 3D.

Filtrage des informations affichées

Il est possible de filtrer l’affichage des points en fonction de leurs caractéristiques (classes, altitudes,

type de retours, etc.).

A plat Profil 3D

Classes Intensités Altitudes

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L’exemple ci-dessous illustre la possibilité d’exclure de l’affichage les points correspondants au sol

non végétalisé.

Affichage TIN et courbes de niveau

En plus des différents modes d’affichage vus précédemment, il est possible d’afficher les réseaux de

triangulation (TIN) et des courbes de niveaux (générées automatiquement).

Dans les modes d’affichage présentés, toutes les combinaisons sont possibles.

D’autres possibilités existent, comme par exemple

l’affichage des sommets des triangles, l’ajout de

l’ombrage en 2D ou 3D, etc.

Toutes les classes Hors classe sol non végétalisé

Points TIN Points et courbes de niveaux

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Quels que soient le type et la combinaison choisie, LP360 permet, grâce à la création de fichiers « pyramides », un affichage fluide et rapide de données de très gros volume. De plus, LP360 s’intègre totalement dans l’environnement ArcGIS. Il donc possible de manipuler dans un même projet des fichiers .las associés à des données raster ou vecteur.

Ceci permet de manipuler ces données avec toutes les possibilités offertes par ArcGIS (superposition, transparence, utilisation du .las pour générer du 3D, etc.). Cette intégration offre une grande souplesse d’utilisation et facilite l’interopérabilité.

2. Accès aux métadonnées

LP360 permet d’accéder aux

métadonnées des fichiers .las et de

les éditer (projection). Il est donc

possible d’explorer en détail les

fichiers LIDAR. Il est également

possible de visualiser des statistiques

sur les données.

3. Import, export et création de produits dérivés

LP360 inclut un module de type « wizard » pour l’import des fichiers ASCII.

Il est également possible d’exporter les fichiers (.las) en mode points (ascii, las, shp, dgn, dxf) ainsi que des produits dérivés des fichiers .las (élévation, pente, aspect, reliefs ombrés, contours, intensité) en mode raster (ASCII raster, Binary raster, ASCII XYZ).

Superposition dans un projet ArcGIS de fichiers LIDAR (.las), vectoriels (.shp) et raster (.img)

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4. Contrôle qualité

Les données LIDAR contiennent très souvent des erreurs ou imprécisions (erreurs de localisation, de classification, d’interpolation, etc.). LP360 inclut plusieurs outils qui assistent l’opérateur dans le contrôle visuel et les statistiques d’erreurs.

Il est possible, par exemple, de définir un mode de défilement semi-automatique des images, à un niveau de zoom choisi, afin de contrôler visuellement puis de « marquer » les erreurs (par exemple : erreur de classification) grâce à des outils spécifiques. Un fichier .shp contenant la localisation des erreurs et leur type peut être généré.

Les erreurs peuvent également être estimées à partir d’un fichier de points de contrôle (par exemple : un .shp contenant des points de contrôle mesurés au sol avec leur altitude). Un fichier de rapport d’erreurs peut être généré, ainsi que le calcul automatique des valeurs pour l’ensemble du fichier.

Rapport d'erreur

Fenêtre de contrôle à partir d’un fichier de points de référence

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ET ENCORE …

LP360 contient des fonctionnalités supplémentaires, comme par exemple :

Gestion et correction des lignes de ruptures

Il est possible de corriger automatiquement les lignes de ruptures (crées automatiquement à partir

des altitudes du .las) à partir d’un Shapefile. L’exemple ci-dessous montre la correction automatique

des lignes de pentes à partir d’un Shapefile (polygone du contour du lac).

Création de « ligne de vue »

LP360 génère des « lignes de vue » d’un point à un autre. Ces lignes mettent en évidence les obstacles entre les deux points, en fonction de l’altitude de ces points et des points situés entre eux.

De nombreuses applications existent :

- télécommunication,

- emplacement de relais d’antenne,

- visibilité d’un point,

- etc.

Avant correction Après correction automatique

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IV. Zoom sur les fonctionnalités de « Classify » (module complémentaire)

Le module « Classify » est un module complémentaire

qui requiert LP360. Il contient des fonctionnalités

interactives de classification et d’édition comme par

exemple :

1. Outils de classification manuelle ou semi-automatique

La classification peut se faire manuellement à partir de « brush » et de polygones édités par l’opérateur. Ces outils sont particulièrement utiles pour corriger les erreurs de classification constatées lors des contrôles qualité.

A partir de la fenêtre « profil », il est également possible d’opérer des classifications par tracé en fonction de l’altitude. Dans la figure ci-dessous, tous les points situés sous la ligne noire (ces points apparaissent en blanc) seront classés dans la classe « cible » (définie par l’utilisateur). Cette fonction est très utile pour la classification de l’eau.

2. Outils de classification automatique

Il est possible d’effectuer des classifications automatiques par filtrages simples. Par exemple, classer des points en fonction de leur altitude, sans passer par une visualisation ou une édition. Un Shapefile existant peut également être utilisé pour classifier automatiquement des points du fichier LIDAR. Par exemple, un Shapefile qui correspond à l’emprise des bâtiments peut être utilisé pour classifier automatiquement les points du fichier LIDAR situés dans les polygones.

3. Correction par données multi sources

La boîte de dialogue “Elevation Conflation/Classify” permet d’opérer des corrections/modifications de la géométrie par le croisement de données multi sources. Ces corrections se font à partir « d’entrées géométriques » introduites soit en édition directe, soit à partir d’un Shapefile. Dans une seconde étape (optionnelle), il est possible de reclassifier les points du fichier .las en fonction de leur relation spatiale aux « entrées géométriques ».

La figure ci-contre illustre le cas d’un pont traversant un lac (non pris en compte par le fichier LIDAR).

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V. Zoom sur les fonctionnalités d’« Extractor » (module complémentaire)

Le module « Extractor» est un module complémentaire »

qui requiert LP360 et « Classify ». Il contient des

fonctionnalités de classifications automatiques avancées à

partir des « Point Cloud Tasks ». Il permet aussi la

vectorisation automatique des classes de classification et

d’édition comme par exemple :

1. Classification automatique

En travaillant directement sur les attributs du nuage de points (position X, Y et Z, intensité, type et numéro du retour, etc.), « Extractor » permet de construire des filtres simples et des routines complexes (création de macro) pour la classification automatique des points LIDAR.

Des filtres prédéfinis (par exemple : extraction du bâti) peuvent être combinés entre eux, ou à des filtres construits par l’utilisateur à travers des macros simples ou complexes. Ces filtres ou macros sont appliqués sur tout le fichier ou sur une zone restreinte que l’utilisateur définit à l’aide d’un Shapefile.

Finalement, un système de prévisuali-sation des résultats facilite grandement la construction de ces macros.

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2. Vectorisation des classes

En plus des fonctionnalités décrites précédemment, « Extractor » permet la vectorisation des classes

du fichier LIDAR (préexistantes ou obtenues par classification manuelle ou automatique sur LP360). Il

est ainsi possible d’obtenir directement des Shapefiles pour chacun des types d’occupation du sol.

La figure ci-dessous montre par exemple un fichier LIDAR contenant une classe « bâtiments » (zones

rouges) sur lequel est superposé le Shapefile résultant de la vectorisation des bâtiments (polygones à

contours noirs).

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A propos de GEOSYSTEMS France

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