Ejercicio 8: Crear y utilizar un dataset de terreno
Un dataset de terreno es una superficie multirresolución basada en TIN derivada de las mediciones almacenadas en una o varias clases de entidad de una geodatabase.
En este ejercicio utilizaremos las herramientas de geoprocesamiento para cargar los datos de superficie en una geodatabase, construir un dataset de terreno y utilizar el terreno en ArcMap y ArcGlobe.
Cargar datos de entidad de superficie en una geodatabase
En este escenario, se dispone de puntos LIDAR y de líneas de corte fotogramétricas almacenados en dos archivos de texto ASCII independientes. Estos datos se utilizarán para construir un dataset de terreno. Para realizar esto, es necesario importarlos como clases de entidad que residirán en un dataset de entidades. El terreno se generará en la misma ubicación que los datos de origen.
Se le proporcionará una geodatabase de archivos con un dataset de entidades. Contiene dos clases de entidades poligonales: una para lagos y la otra para delinear el área de estudio. El primer paso será importar los dos archivos ASCII en el dataset de entidades como clases de entidad: una clase de entidad delineará las líneas de corte fotogramétricas, mientras que la otra clase de entidad contendrá los puntos LIDAR.
- Para iniciar ArcCatalog, haga clic en Inicio > Todos los programas > ArcGIS > ArcCatalog 10.
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Haga clic en Personalizar > Extensiones.
Se abrirá el cuadro de diálogo Extensiones.
- En el Árbol de catálogo, navegue hasta la carpeta Exercise8 y haga doble clic en terrain.gdb para abrir la geodatabase.
- Haga doble clic en el dataset de entidades de topografía.
- En el Árbol de catálogo, navegue hasta la caja de herramientas de 3D Analyst expandiendo Cajas de herramientas > Cajas de herramientas del sistema > Herramientas de 3D Analyst.
- Expanda el conjunto de herramientas Conversión, y a continuación, las herramientas Desde archivo, después haga doble clic en la herramienta De ASCII 3D a clase de entidad.
- En la herramienta De ASCII 3D a clase de entidad, asegúrese de que la lista del menú desplegable Buscar está establecida en Archivos.
- Haga clic en el botón Examinar situado al lado del campo Entrada, navegue hasta la carpeta Exercise8, y elija el archivo masspoints.xyz como entrada.
- Asegúrese de que el Formato de archivo de entrada está establecido en XYZ.
- Haga clic en el botón Examinar para ver la Clase de entidad de salida y navegue hasta el dataset de entidades de topografía.
- Si no lo ha hecho ya, establezca la opción Tipo de clase de entidad de salida en MULTIPOINT.
- En el cuadro de texto introduzca Espaciado de punto promedio y establezca el valor en 10.
- Acepte el resto de valores predeterminados, y haga clic en Aceptar para ejecutar la herramienta de geoprocesamiento.
- Haga doble clic en De ASCII 3D a clase de entidad para abrir la herramienta de geoprocesamiento.
- Asegúrese de que la lista desplegable Buscar está establecida en Archivos.
- Haga clic en el botón Examinar y elija el archivo breaklines.lin como entrada.
- Establezca la opción Formato de archivo de entrada en GENERATE.
- Haga clic en el botón Examinar para ver la Clase de entidad de salida y navegue hasta el dataset de entidades de topografía. Dé un nombre a la clase de entidad de salida topo_break_lines.
- Establezca la opción Tipo de clase de entidad de salida en POLYLINE.
- Haga clic en el botón Aceptar para ejecutar la herramienta de geoprocesamiento.
- Haga clic para seleccionar la clase de entidad topo_break_lines en el árbol de catálogo.
- Haga clic en la pestaña Vista previa para visualizar los datos de línea de corte.
- Asegúrese de que el tipo de Vista previa está establecido en Geografía. La vista previa deberá parecerse a los datos de línea de corte visualizadas en la imagen anterior.
A continuación, convertiremos los puntos ASCII de un archivo de texto simple en formato XYZ a clase de entidad multipunto. Estos puntos definen únicamente la geometría de la superficie y los atributos sólo contienen valores x, y, y z. Una clase de entidad multipunto almacena un punto por línea, y las coordenadas van separadas por espacios. Al no haber atribución asociada a esos puntos, dedicar una fila de base de datos a cada una se considera innecesario e ineficaz. En su lugar, se pueden combinar en multipuntos. Un multipunto puede almacenar muchos puntos por forma o fila, de este modo se ahorra espacio de almacenamiento y se mejora el rendimiento de lectura-escritura.
Ahora debe cargar los puntos de masa y líneas de corte a partir de las que se va a construir el dataset de terreno. Los puntos LIDAR vienen en formato XYZ y las líneas fotogramétricas en formato 3-D GENERATE. Ambos son formatos ASCII de datos 3D simples y se leen con la misma herramienta, De ASCII 3D a clase de entidad.
- Si necesita procesar un conjunto de puntos LIDAR grande, utilice el formato LAS en lugar de XYZ. LAS es un formato estándar en la industria para datos LIDAR. Al ser binario es más eficaz. Además, contiene más información almacenada en el archivo de datos.
- Hay una herramienta independiente para importar archivos en formato LAS, LAS a multipunto, que se encuentra en el mismo conjunto de herramientas que la herramienta De ASCII 3D a clase de entidad.
Construir un dataset de terreno a partir de entidades
A continuación, utilizaremos el asistente Terreno nuevo de ArcCatalog para definir y construir un dataset de terreno.
- En ArcCatalog, haga clic con el botón derecho del ratón en el dataset de entidades de topografía, señale Nuevo y, a continuación, seleccione Terreno en el menú contextual.
- En el cuadro de diálogo Terreno nuevo, acepte el nombre predeterminado para el dataset de terreno.
- Haga clic en Seleccionar todo para marcar todas las clases de entidad que hay en el dataset de entidades.
- Establezca la opción Aproxime el espaciado de punto en 10.
- Haga clic en Siguiente.
- Haga clic en el botón Avanzado para expandir el listado de columnas.
- Establezca la opción Tipo de entidad de superficie (SFType) en línea gruesa para la clase de entidad topo_water_poly.
- Haga clic en Siguiente para determinar el tipo de pirámide de terreno.
Dado que los puntos de masa y las líneas de corte tienen valores z (que se utilizarán para definir la superficie del terreno), el origen de altura se establece en Forma. Esto significa que el valor de z proviene de la geometría de forma.
La clase de entidad topo_clip_poly contiene un polígono 2D. Define la extensión horizontal de la superficie y minimiza los artefactos de interpolación alrededor del perímetro de la superficie.
Los polígonos de clip funcionan mejor cuando son más pequeños que la extensión de los datos que se van a utilizar para proporcionar los valores z. Los polígonos de agua se representan con una geometría 2D, pero tienen el atributo de altura SPOT. Cada polígono puede tener su propia altura, pero esta altura es constante. Para los lagos esta opción es correcta ya que son planos. Con estos datos, no existen mediciones dentro de los límites del lago que entren en contradicción con valores SPOT, de manera que puede agregar los límites como líneas de corte; de no ser así, se pueden agregar como polígonos de sustitución para asegurar que sus áreas permanecen aplanadas.
Todas las opciones, salvo las líneas de corte, se pueden utilizar para la representación de la vista general del terreno. La vista general es una representación generalizada del terreno, similar a una vista en miniatura basada en vectores. Las líneas de corte contienen demasiados detalles para la vista general, pero se necesita el resto de información para producir una vista general similar.
Definir la pirámide del dataset de terreno
Las pirámides de terreno se utilizan para crear superficies multirresolución. Son similares a las pirámides ráster en su concepto (es decir, las pirámides gruesas se utilizan para visualizar a escalas menores con el fin de mejorar el rendimiento de visualización), pero existen diferencias. La más significativa es que están compuestas de mediciones basadas en vectores y se pueden utilizar tanto en el análisis como en la visualización.
Se pueden utilizar dos tipos de pirámides para construir un dataset de terreno: tolerancia z y tamaño de ventana.
La acumulación de tolerancia z afina los puntos para producir superficies que tienen una exactitud vertical aproximada relativa a los datos de resolución completa.
El tipo de pirámide en función del tamaño de la ventana afina los puntos de cada nivel de pirámide repartiendo los datos en áreas iguales (ventanas) y seleccionando solamente uno o dos puntos de cada área como representantes. La selección se basa en uno de los siguientes criterios: el valor z mínimo, máximo, medio o el mínimo y el máximo.
- Haga clic en el botón de opción situado junto al tipo de pirámide de tolerancia z.
- Haga clic en Siguiente para definir los niveles de pirámide de terreno.
- Haga clic cuatro veces en Agregar. Esto rellena la tabla para que pueda personalizar las propiedades.
- De forma manual restablezca los valores de la Tolerancia z y de la Escala máxima haciendo clic en los valores contenidos en cada columna. Utilice los valores especificados en el siguiente gráfico.
- Haga clic en el botón Configuración de los límites de resolución para abrir el cuadro de diálogo Límites de resolución de pirámide.
- Establezca la Tolerancia z máx. para la clase de entidad topo_break_lines a 1. Acepte los valores predeterminados para el resto.
- Haga clic en el botón Aceptar para cancelar el cuadro de diálogo Límites de resolución de pirámide.
- Haga clic en Siguiente para llegar al panel resumen.
- Haga clic en Finalizar.
- A continuación, se le pedirá si desea construir el terreno. Haga clic en Sí para iniciar el proceso de construcción del terreno.
Con estos ajustes, los datos de resolución completa se utilizan en las visualizaciones del mapa con una escala de hasta 1:2.500. Entre las escalas de visualización 1:2.500 y 1:10.000, sólo se utilizan los datos necesarios para conseguir una tolerancia vertical aproximada de 1,0, relativa a los datos de resolución completa. Se utilizará una tolerancia de 2,5 entre 1:10.000 y 1:25.000. Se utilizará una tolerancia de 5 entre 1:25.000 y 1:50.000. Para escalas menores, se utilizará una tolerancia de 10.
Es necesario especificar las tolerancias y escalas utilizadas para definir una pirámide de terreno en función de los requisitos de aplicación. Un método es imitar los requisitos de exactitud de una serie de mapas de curvas de nivel. Una regla generalmente aceptada es que las curvas de nivel deben tener una exactitud equivalente a la mitad de su intervalo. Por ejemplo, si en un mapa de escala 1:24.000 del área de estudio utiliza un intervalo de curvas de nivel de 5 pies, entonces la exactitud vertical debe de ser de 2,5 unidades RMSE. Basar la pirámide en las escalas e intervalos de las curvas de nivel adecuados para una serie de mapas del terreno.
Mientras que los vértices de línea de corte se utilizan cuando son necesarios en todos los niveles de pirámide, la ejecución real de la línea se puede restringir para que se produzca en un subconjunto de estos niveles. Por ejemplo, no es necesario ejecutar los bordillos de las carreteras como aristas de triángulo de un terreno a escalas inferiores a 1:24.000. La ejecución se puede controlar mediante el cuadro de diálogo Límites de la pirámide.
Visualizar un terreno en ArcMap
Ahora que ya se ha creado el dataset de terreno, agregarlo como capa en ArcMap nos permitirá poder utilizarlo para realizar visualizaciones y análisis adicionales. Puede activar y desactivar la tabla de contenido. Además, hay un cuadro de diálogo de Propiedades de capa para controlar los parámetros de visualización. La pestaña Simbología de propiedades de la capa es idéntica a las capas TIN.
- En ArcCatalog, haga clic en el botón Iniciar ArcMap en la barra de herramientas Estándar para iniciar la aplicación.
- En el cuadro de diálogo ArcMap - Primeros pasos haga clic en Examinar y establezca la ruta de la geodatabase por defecto de D:\3DAnalyst\3D_Default.gdb.
- Haga clic en el botón Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo Primeros pasos.
- Haga clic en la pestaña Catálogo para abrir la ventana Catálogo, navegue hasta topography_Terrain en la carpeta Exercise8, arrástrelo hasta la vista de mapa, y suelte el botón del ratón.
- Acercar a la visualización.
- Haga zoom hasta la extensión completa de la capa haciendo clic en el botón Extensión completa en la barra de herramientas Herramientas.
- Haga doble clic en la capa de terreno para abrir el cuadro de diálogo Propiedades de capa y, a continuación, haga clic en la pestaña Visualización.
- Cambie el límite de punto de 800000 a 125000 y haga clic en Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo Propiedades de capa.
- En la visualización del mapa, acérquese y aléjese, y, a continuación, realice un desplazamiento panorámico.
Utilizar las herramientas de análisis de superficie interactivas en ArcMap
A continuación, utilizaremos las herramientas 3D interactivas para completar el análisis de superficie.
- Asegúrese de que la extensión 3D Analyst está habilitada en ArcMap haciendo clic en Personalizar y, a continuación, en Extensiones.
- Haga clic en Personalizar y en Barras de herramientas para agregar la barra de herramientas 3D Analyst, si todavía no se muestra. El terreno se visualiza en la lista Capa en la barra de herramientas.
- Haga doble clic en la capa de terreno para abrir el cuadro de diálogo Propiedades de capa y, a continuación, haga clic en la pestaña Análisis.
- Establezca el umbral de resolución de las herramientas de 3D Analyst a 1,000000 en el menú desplegable.
- Haga clic en Aceptar.
- Acercar en el terreno hasta que la escala de visualización sea mayor de 1:10.000.
- Haga clic en el botón Crear línea de visión .
- Establezca la opción Desplazamiento del observador en 5 y el Desplazamiento de destino a 2.
- Haga clic en la pendiente sur de la montaña en la parte superior izquierda del terreno (el punto del observador), arrastre la línea hacia la parte inferior derecha, y ,a continuación, suelte el botón del ratón (el punto del objetivo).
- Haga clic en la x de la esquina superior derecha para cerrar el cuadro de diálogo Línea de visión y presione DEL para eliminar el gráfico de la vista.
- Haga clic en el botón Interpolar línea .
- Digitalice el primer punto de la parte central izquierda de la vista, arrastre la línea hasta la esquina superior derecha para crear el segundo punto, y, a continuación, arrastre hacia la esquina inferior derecha. Haga doble clic para crear el último punto y parar la digitalización.
- Haga clic en el botón Herramienta Gráfico de perfil para representar gráficamente la línea 3D.
- Haga clic en la x de la esquina superior derecha para cerrar el cuadro de diálogo Título del gráfico de perfil y presione DEL para eliminar el gráfico de la vista.
Si no se acerca lo suficiente, las herramientas en la barra de herramientas se desactivan. Por defecto, sólo se habilitan cuando el terreno se visualiza a la máxima resolución. Según cómo se ha definido la pirámide de terreno, esto se producirá para escalas de visualización de 1:2.500 o superior.
Puede habilitar las herramientas a resoluciones inferiores en la pestaña Análisis del cuadro de diálogo Propiedades de capa del terreno. Cuando habilita estas herramientas a LOD inferiores a la resolución completa, también disminuye la exactitud. Las herramientas interactivas siempre funcionan con la resolución de visualización actual. Esto es útil si el terreno a resolución completa se sobremuestrea por necesidades del análisis.
Rasterizar un terreno con una herramienta de geoprocesamiento
Los datasets de terreno se pueden rasterizar basándose en cualquier extensión, tamaño de celda y tolerancia vertical. Puede elegir entre interpoladores vecinos lineales y naturales. El método de interpolación vecino natural produce, en general, resultados de mejor calidad, pero a expensas del tiempo durante el procesamiento. La rasterización se realiza mediante la herramienta de geoprocesamiento De terreno a ráster.
- En la ventana Catálogo, expanda Barras de herramientas, haga clic en Barras de herramientas del sistema, a continuación, haga clic en la caja de herramientas Herramientas de 3D Analyst.
- Navegue hasta el conjunto de herramientas Conversión, y a continuación, las herramientas Desde terreno, y haga doble clic en la herramienta de geoprocesamiento De terreno a ráster.
- Elija topography_Terrain en la lista desplegable Terreno de entrada.
- Establezca el resto de valores según el gráfico siguiente.
- Haga clic en el botón Aceptar para ejecutar la herramienta de geoprocesamiento
- Haga clic en Extensión completa una vez que la herramienta de geoprocesamiento haya finalizado la visualización de los resultados. Desactive las capas topography_Terrain.
Generar un sombreado con una herramienta de geoprocesamiento
Para ver la morfología de la superficie ráster derivada, cree una imagen de sombreado. Una representación de sombreado de una superficie puede mejorar en gran medida la visualización de una superficie para realizar su análisis o visualización gráfica, especialmente cuando se utiliza la configuración de transparencia.
- En la ventana Catálogo, expanda Barras de herramientas, y haga clic en Barras de herramientas del sistema, a continuación, haga clic en la caja de herramientas Herramientas de 3D Analyst.
- Navegue hasta el conjunto de herramientas Superficie ráster y haga doble clic en la herramienta Sombreado.
- Elija terrain_grd en la lista desplegable Ráster de entrada.
- Confirme que el resto de valores son como el gráfico siguiente.
- Haga clic en Aceptar para ejecutar la herramienta y examine la capa de sombreado resultante.
Utilizar un terreno como capa de elevación en ArcGlobe
Los datasets de terreno se pueden utilizar en ArcGlobe como capas de elevación o desplegadas, lo que contribuye a la definición de la superficie de globo.
- En ArcMap, haga clic en el botón Iniciar ArcGlobe en la barra de herramientas 3D Analyst para iniciar la aplicación.
- En la ventana ArcGlobe - Primeros pasos, asegúrese de que la ruta de la geodatabase por defecto es D:\3DAnalyst\3D_Default.gdb.
- Haga clic en el botón Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo Primeros pasos.
- Cierre ArcMap. Ya no se necesitará para el resto del ejercicio.
- En la ventana Catálogo, navegue hasta topography_Terrain desde la carpeta Exercise8, arrastre hasta la vista 3D de ArcGlobe, y a continuación suelte el puntero.
- Cierre el cuadro de mensaje Advertencia respecto a los sistemas de coordenadas geográficas en el caso de que apareciera.
- En la ventana Catálogo, navegue hasta 3D_Default.gdb y haga clic en la geodatabase.
- En el panel que está debajo de la vista Árbol de catálogo, seleccione el contenido de la geodatabase presionando la tecla MAYÚS. De este modo se seleccionarán HillSha_terr1 y terrain_grd.
- Arrastre las dos capas seleccionadas hasta la vista 3D de ArcGlobe, y a continuación suelte el puntero.
- Aparecerá un cuadro de diálogo asistente Agregar datos para terrain_grd. Haga clic en Finalizar para utilizar el terreno rasterizado como origen de imágenes.
- Es posible que aparezca un cuadro de diálogo que le solicite construir pirámides ráster. Haga clic en Sí.
- Aparecerá el cuadro de diálogo asistente Agregar datos para HillSha_terr1. Haga clic en Finalizar para utilizar el ráster de sombreado como origen de imágenes.
- Haga clic y arrastre la capa de imágenes hasta que aparezca una línea negra tras el sombreado que indica la nueva ubicación. Suelte el ratón una vez que aparezca dicha línea.
- Haga clic con el botón derecho del ratón en el terreno rasterizado y, a continuación, haga clic en Propiedades.
- Haga clic en la pestaña Simbología.
- Haga clic en la pestaña Visualización.
- Asigne una configuración de transparencia del 50%.
- Haga clic en Aceptar para cerrar el cuadro de diálogo Propiedades de capa.
- Acérquese al terreno rasterizado y navegue por el mismo.
Optimizar los ajustes de visualización en ArcGlobe
Para una visualización de alta calidad, puede hacer varias cosas. Vaya a la pestaña de Memoria caché en el cuadro de diálogo Propiedades de capa del terreno y desmarque la opción comprimir a 16 bits. Esto eliminará la posibilidad de que la geometría de la superficie tenga forma de escalera al acercarse mucho.
También puede configurar ambas capas desplegadas para utilizar renderizadores bilineales. Estos dibujarán una imagen más uniforme. Además, el ráster de sombreado no deberá utilizar ninguna extensión. La configuración por defecto, que usa desviaciones estándar, no es adecuada para estos datos.
Como alternativa a visualizar rásteres desplegados derivados del dataset de terreno, puede agregar el terreno directamente como una capa desplegada.
Para ello, haga clic con el botón derecho del ratón en Capas de globo en la tabla de contenido, seleccione Agregar datos, haga clic en Agregar datos desplegados y, a continuación, elija el terreno.
En este ejercicio, hemos visto los conceptos de dataset de terreno. Hemos utilizado las herramientas de geoprocesamiento para cargar puntos LIDAR y líneas de corte fotogramétricas en clases de entidad que se encuentran en un dataset de entidades. Posteriormente, con los datos de superficie de un dataset de entidades, hemos construido un dataset de terreno con el asistente de terreno de ArcCatalog. Finalmente, hemos realizado algunos análisis de la superficie del terreno en ArcMap y ArcGlobe.