Practica Lidar

7/27/2019 Practica Lidar

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LIDAR 2012

LIDAR LP 360 Pgina 1

PRACTICA LIDAR CON SOFTWARE LP 360

JORGE ENRIQUE FORERO CLAVIJO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICABOGOTA D.C.

2012


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PRACTICA LIDAR CON SOFTWARE LP 360

Elaborado por:

JORGE ENRIQUE FORERO CLAVIJO

Presentado a:

ING. WILLIAM BARRAGAN

DOCENTE CARTOGRAFIA AUTOMATIZADA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDASFACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

PROYECTO CURRICULAR INGENIERIA TOPOGRAFICABOGOTA D.C.

2012


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION ........................................................................................................ 5

1. OBJETIVOS ......................................................................................................... 7

1.1 OBJETIVO GENERAL....................................................................................... 7

1.2 OBJETIVO ESPECIFICO .................................................................................. 7

2. MARCO TEORICO ............................................................................................... 8

2.1. QUE ES EL SISTEMA LIDAR .......................................................................... 8

2.2. APLICACIONES DEL SISTEMA LIDAR ............................................................ 9

2.3 LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS CON TECNOLOGIA LIDAR............. 11

3. METODOLOGIA ................................................................................................... 124. DIAGRAMA DE FLUJO ......................................................................................... 14

5. RESULTADOS ...................................................................................................... 15

6. CONCLUSIONES ................................................................................................. 23


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INDICE DE IMGENES

Ilustracin 1: Sistema LIDAR ...................................................................................... 8

Ilustracin 2: Tecnologa LIDAR .................................................................................. 9Ilustracin 3: Topografa con Laser Aerotransportado ............................................... 11Ilustracin 4: Imgenes a cargar en el software LP 360 ............................................ 12Ilustracin 5: Exploracin de las imgenes en el Software ........................................ 12Ilustracin 6: Stuttgart en Google Earth..................................................................... 13Ilustracin 7: rea 1 .................................................................................................. 15Ilustracin 8: rea 2 .................................................................................................. 15Ilustracin 9: rea 3 .................................................................................................. 16Ilustracin 10: rea 4 ................................................................................................ 16Ilustracin 11: rea 5 ................................................................................................ 16Ilustracin 12: rea 6 ................................................................................................ 17Ilustracin 13: rea 7 ................................................................................................ 17Ilustracin 14: rea 8 ................................................................................................ 17Ilustracin 15: rea 9 ................................................................................................ 18Ilustracin 16: rea 10 .............................................................................................. 18Ilustracin 17: Polgono en Google Earth .................................................................. 19Ilustracin 18: Ubicacin de las marcas de posicin ................................................. 19Ilustracin 19: Georeferenciacion en ArcGIS ............................................................ 20


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Comparacin de los resultados obtenido ..................................................... 18

Tabla 2: Datos del polgono obtenidos del Google Earth ........................................... 20


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INTRODUCCION

La tierra y el universo estn compuestos por seres biticos y abiticos, qumicos y

fsicos de una forma organizada y coherente entrelazados entre ellos, formando unaserie de cadenas de diferentes atributos que hacen que funcionen sin interrupcionesy que permiten que en el caso de la tierra las especies y en especial los sereshumanos puedan crecer, expandir y evolucionar, a nivel econmico, tecnolgico,cientfico y cultural, gracias a sus propios medios y mtodos que ha trazado paraperfeccionar su modus vivendi; de todas aquellas creaciones estn las ramas de laingeniera enfocadas a diferentes propsitos de acuerdo a la necesidad y lafinalizacin que se busca, en el estudio de la tierra est la geodesia, cartografa, latopografa, geologa entre otras.

La cartografa automatizada est diseada para capturar, investigar, almacenar,editar, analizar, interpretar todo tipo de informacin terrestre con el propsito deresolver problemas de planificacin, gestin, econmicos, sociales a nivel nacionalo mundial.

Un sistema conocido como LIDAR (light detection and ranging), que significadeteccin y medicin a travs de la luz (es un sistema lser), permite registrar lasdiferentes altitudes que hay en un terreno, de tal manera que stas puedan

reproducirse en un mapa.Se van a manejar diversos tipos de software, los cuales proporcionaranherramientas variadas para la elaboracin de la prctica. Se va a mostrar elprocedimiento para realizar la georeferenciacin de una imagen. Con la realizacinde esta prctica se quiere dar a conocer esta tecnologa, para saber el manejo yutilidad, logrando diversos resultados como la generacin de informacin geogrfica,y numerosos beneficios y aplicaciones favorables para la sociedad.


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1. OBJETIVOS

1.1 OBJETIVO GENERAL

Reconocer los software necesarios para la realizacin de la prctica; explorando ymanejando diferentes programas como los son LP 360 Viewer, Google Earth y

ArcGis 10, para as aprender a tener un buen estudio y exploracin acerca de latecnologa LIDAR, y de esta forma generar la georeferenciacin de una imagen de laciudad de Stuttgart Alemania.

1.2 OBJETIVO ESPECIFICO

1. Reconocer y manipular el programa LP 360, cargando la imagen, y explorando lasdistintas herramientas que nos suministra. Para observar la imagen con otroscomplementos, como visin en 3D, curvas de nivel, y muchas otras aplicaciones.

2. Georeferenciar la imagen con ArcMap, y medir unas reas especificas en estesoftware y en Google Earth, de esta forma comparar los resultados obtenidos.

3. Examinar y entender de una forma ms amplia la tecnologa LIDAR.

4. Elaborar un manual del software LP 360, adems de un video tutorial mostrando eldesarrollo de la prctica. Conjuntamente concluir los resultados obtenidos en laelaboracin de la actividad.


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2. MARCO TEORICO

2.1. QUE ES EL SISTEMA LIDAR

LIDAR: Acrnimo de Light Detection and Ranging. Su traduccin literal sera

deteccin y medicin de la luz, y se trata de un sistema lser de medicin adistancia que se utiliza a menudo en los campos de ciencia e industria para la tomade medidas precisas en objetos lejanos e inaccesibles. Recientemente esta tcnicase est introduciendo en el campo de la cartografa puesto que permite lamodelizacin rpida del terreno en zonas con accesos difciles.

Este sistema es el equivalente ptico del sistema radar de microondas por lo que amenudo se le llama radar lser en la literatura anglosajona.

Ilustracin 1: Sistema LIDARFuente:www.cartesia.org

El sistema LIDAR es un sistema complejo, compuesto por un emisor/receptor y unescner lser muy potente, un receptor GPS que proporciona la posicin y la altura
http://www.cartesia.org/http://www.cartesia.org/http://www.cartesia.org/http://www.cartesia.org/


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del avin en cada momento, y un sistema inercial (IMU) que informa de los giros delavin y de su trayectoria.

2.2. APLICACIONES DEL SISTEMA LIDAR

Ilustracin 2: Tecnologa LIDAR

Fuente:dielmo.comIntroduccin a la tecnologa LIDAR

Nos encontramos frente a un sistema de innumerables aplicaciones, gracias a larapidez con la que pueden obtenerse los resultados y a la no-dependencia deltrabajo de campo. Entre otras, citaremos aqu aplicaciones cuyo mtodo msadecuado parece ser el sistema LIDAR:
http://dielmo.com/http://dielmo.com/http://dielmo.com/http://dielmo.com/


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Generacin de MDE: Se reduce el trabajo de campo de forma considerable, loque conlleva una reduccin de costes y de tiempos. Puesto que es un sistemaremoto permite la generacin de modelos digitales de zonas de difcil acceso.

Estudios forestales: La recepcin de mltiples ecos permite el modelado dediferentes tipos de vegetacin.

Modelos tridimensionales urbanos: Los modelos digitales de superficies de lasciudades tienen diversas aplicaciones como son las telecomunicaciones (telefonamvil), estudio de visibilidades, gestin urbanstica, etc.

Cartografa de riesgos: gracias a la rapidez y precisin en la obtencin de losresultados, esta tcnica se convierte en una herramienta imprescindible para lacartografa de riesgos y desastres naturales.

Zonas costeras: tanto para zonas de arenas que son de difcil abordamientodesde la fotogrametra digital como para las zonas especialmente abruptas, deacantilados, etc.

Cartografa de elementos lineales: cartografa con gran rapidez, para los diseosde vas de comunicacin, lneas elctricas, conducciones de gas...

Cartografa de zonas de difcil acceso: Las zonas de difcil acceso terrestre suelenser zonas de un elevado inters medioambiental, y en estos casos la aplicacinde tcnicas topogrficas o fotogramtricas es compleja debido a que es necesarioun trabajo de campo importante. En estas situaciones el sistema LIDAR aportagrandes ventajas.

En el caso de estudios atmosfricos, se analiza la cantidad de seal que se emitey la que vuelve, de manera que se estudia la que se ha perdido. Utilizando lasleyes de los gases, relaciones hidrostticas y dems, se calculan las diferentespropiedades atmosfricas: dispersin elstica, temperaturas...

Modificaciones del terreno por desastres naturales: Los desastres naturales dems impacto ambiental, provocan alteraciones importantes del territorio queinfluirn en la planificacin de rescate de los afectados. La rapidez de obtencin

de modelos digitales mediante sistema LIDAR permite la incorporacin de losmodelos actualizados en la planificacin del auxilio a las vctimas.


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2.3 LEVANTAMIENTOS TOPOGRAFICOS CON TECNOLOGIA LIDAR

INTERRA introdujo en Chile sus servicios de lser aerotransportado LIDAR a partirdel ao 2006. Esta tecnologa permite ejecutar levantamientos topogrficos en reasmedianas y grandes. Tiene una velocidad, una precisin y una densidad deinformacin inalcanzable mediante las tcnicas tradicionales (aerofotogrametra,estacin total) mientras mantiene costos muy competitivos.

El sistema consiste en un equipo lser montado en un avin o helicptero.

La ubicacin del equipo se registra utilizando tecnologa de posicionamiento porsatlite (GPS) y su orientacin se conoce mediante unidades de navegacininercial (IMU).

Desde la aeronave se disparan millones de pulsos lser que viajan hasta lasuperficie y rebotan de regreso al sensor. Al conocer la posicin, el ngulo y eltiempo de ida y regreso, se puede calcular una ubicacin geoespacial para cadapulso.

Ilustracin 3: Topografa con Laser Aerotransportado

Fuente: Introduccin a la Topografa


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3. METODOLOGIA

Para la realizacin de la prctica se utilizo el software LP 360 Viewer, donde sedescargan las imgenes dadas para la prctica. Como lo son las de Stuttgart. UNI y

Stuttgart City, ambas con extensin .las.

Ilustracin 4: Imgenes a cargar en el software LP 360

Teniendo los datos cargados, se muestran una serie de opciones, los cuales nospermiten varias funciones. De esta forma se explora con el programa, para reconocere identificar las imgenes, viendo el modelo en 3D, identificando alturas, curvas de

nivel, entre otros aspectos.

Ilustracin 5: Exploracin de las imgenes en el Software


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Utilizando el programa Google Earth se localiza la zona, se ubican cuatro puntos,tomando las coordenadas de estos, y se traza de forma definida un polgono quedelimite la zona de la imagen Stuttgart UNI, generando el archivo Kml, se guarda unaimagen como .jpg, para ms adelante cargarlo en el software ArcGis, ArcMap.

Ilustracin 6: Stuttgart en Google Earth

En seguida, se abre el programa ArcGis ArcMap, y se cargan los tres archivosnecesarios para hacer la georeferenciacin (Sample_STUTTGART_UNI,STUTTGART_CITY, Imagen formada en Google Earth).

A continuacin se seleccionan 10 elementos y se miden las reas y alturas en elprograma Google Earth, y en ArcMap para despus realizar un balance de los

resultados logrados.


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PRACTICA LIDAR CON

LP 360

LP 360 VIEWER

Cargar archivos .las

STUTTGART

Reconocer, Visualizar,

Explorar el manejo

del software

Coordenadas,

Distancias, Alturas

GOOGLE EARTH

Ubicacin Stuttgart

Delimitacin de la

zona

Identificacin de

coordenadas, reas y

alturas.

Generacin de

archivos .kmz, .jpg

ArcGis 10

ArcMap

Georreferenciacion

de la imagen.

Medicin de reas,

alturas.

4. DIAGRAMA DE FLUJO


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5. RESULTADOS

A continuacin se muestran los datos logrados de rea en los 10 elementos

seleccionados:

Ilustracin 7: rea 1

Ilustracin 8: rea 2


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Ilustracin 9: rea 3

Ilustracin 10: rea 4



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Tabla 1: Comparacin de los resultados obtenido

Punto AREA ARCGISAREA

GOOGLEEARTH

ALTURAGOOGLEEARTH

ALTURALP-360

1 761.510 742.48 257 322.462 1.441.829 1341.43 255 325.413 293.589 238.11 255 336.404 2.326.426 2172.53 256 330.54

5 1.671.645 1571.82 257 319.456 2.632.633 2510.29 257 321.517 2.341.131 2230.74 261 313.558 50.414 48.27 261 316.489 582.814 559.52 261 311.44

10 144.194 135.53 259 317.41


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Imagen de Google Earth Pro, ubicando la imagen en la ciudad de Stuttgart,realizando el polgono con sus marcas de posicin. Lo cual se obtuvo un archivoKML.

Ilustracin 17: Polgono en Google Earth

Ubicacin de marcas de posicin en el polgono

Ilustracin 18: Ubicacin de las marcas de posicin


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Tabla 2: Datos del polgono obtenidos del Google Earth

Se realiza la georeferenciacin en ArcGis ArcMap 10, a partir de las herramientasinstaladas en por el complemento del programa LP 360, a partir de la barra deherramientas Georeferencing, lo cual por medio de las coordenadas ya

georeferenciadas en la imagen LIDAR, usamos la opcin Add Contro l Points . Locual arrastramos la imagen de Google Earth, para empalmarla con la de LIDAR,logrando de esta manera su georeferenciacin.

Ilustracin 19: Georeferenciacion en ArcGIS

PUNTO LATITUD LONGITUD ALTURA

1 4846'53.01"N 910'25.12"E 254m2 4846'44.80"N 910'29.33"E 263m

3 4846'41.96"N 910'12.83"E 269m

4 4846'49.35"N 910'9.50"E 262m


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A continuacin mostraremos los resultados obtenidos los cuales ArcGIS los ajusta detal manera que el GMS es alrededor de 0, permitiendo eliminar cualquier distorsinque ya las imgenes que son tomadas no se hacen sobre un terreno totalmenteplano, ya que la tierra se asemeja a un elipsoide, lo cual las fotografas, sufren dichasalteraciones en sus dimensiones, con respecto a las mediciones de radar LIDAR

tomadas en campo.

Con los datos tomados vamos a Georeferenciar la imagen de Google Earth sobre lazona limitada por el polgono a travs de su 4 vrtices, como se observo en lailustracin 19, en donde el producto final empalma la imagen obtenida con la queesta de referenciada de LIDAR, permitiendo obtener el RMS obtenido, en que cualregistra la relacin de coordenadas, que es el siguiente.

Ilustracin 20: RMS Obtenido

PUNTO LATITUD Y LONGITUD X ALTURA

1 4846'53.01"N 910'25.12"E 254m

2 4846'44.80"N 910'29.33"E 263m

3 4846'41.96"N 910'12.83"E 269m

4 4846'49.35"N 910'9.50"E 262m


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Despus de observar que el RMS obtenido es bueno no sea pasa de 0.5, realizamosel mtodo de ajuste, as la imagen se acopla a partir de los puntos de controlestablecidos con los de los datos LIDAR ya georeferenciadas, de esta manerapodemos ubicar correctamente cualquier imagen y darle sus coordenadas reales

como su verdadera proporciones con respecto a los datos medidos en campo. En lasiguiente imagen observamos el RMS ajustado con un valor de 0.

Ilustracin 21: Mtodo de ajuste realizado al RMS obtenido.


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6. CONCLUSIONES

Esta prctica se realizo con la finalidad de aprender los distintos usos de la

tecnologa LIDAR. Se desarrollo la georeferenciacin de las imgenes de la ciudadde Stuttgart Alemania, utilizando el software LP 360 Viewer, Google Earth, ArcGis,herramienta ArcMap. Solucionando la gua y presentando el anlisis pertinente delos resultados obtenidos, entendiendo, diagnosticando y concluyendo losrendimientos expuestos en la gua.

Es de mucha importancia manejar adecuadamente estos programas, los cualesnos ayudan a resolver problemas que encontremos a lo largo de nuestra vidacotidiana, principalmente en nuestro trabajo, con la ayuda de estos se nos facilitael trabajo en muchas reas afines con nuestra carrera.

La estructura de los archivos de datos manejados en el software empleados espblica, por lo que es fcil elaborar programas que realicen nuevas funciones sobredichos datos o incorporarlos a otras aplicaciones.

La informacin que nos proporciona el programa ArcGis, es muy completa yactualizada, esto conlleva a la eficaz y eficiente realizacin de la prctica.

Los datos realizados deben representarse y almacenarse en cierta forma paraanalizarlos posteriormente, organizarse de manera adecuada, selectiva y eficiente,procesarse y presentarse de tal manera que puedan apoyar eficientemente alusuario, protegerse y manejarse para que no pierdan su valor.

La herramienta ArcGis ArcMap nos proporciona la visualizacin del cambio encuanto a su rea, forma y distancias (permetro) de una porcin de la tierra, alcambiar su proyeccin respecto a su ubicacin geogrfica.

Los resultados obtenidos son diferentes segn el programa aplicado, se puedeasumir que el programa ArcGis es ms exacto que Google Earth, puesto que elprimero es un programa diseado para trabajar con alto grado de precisin, enlabores muy especificas; mientras que el segundo est diseado paraproporcionar una ubicacin mas general a toda clase de usuarios.

Comparando los resultados de las alturas de los software Google Earth y LP-360tambin es notable la diferencia, alrededor de 60 metros, para lo cual se puedeconcluir que el resultado ms cercano a la realidad es el arrojado por LP-360puesto que es un software especializado en el que se puede calcular este datocon herramientas diseada para este fin especficamente; por el contrarioconocemos que las aplicaciones de Google Earth son ms generales y nomanejan alto grado de precisin.


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Un elemento importante para recalcar, es que la discrepancia de resoluciones nopermite hacer una toma precisa de los puntos seleccionados, por lo que sepresentan estas diferencias tan significativas entre los resultados arrojados por lasplataformas de trabajo.

La precisin de los resultados depende no solo de los Software, sino tambin delas capacidades del usuario para ubicar los puntos de forma exacta, as como dela resolucin de las imgenes y de la capacidad del equipo por esto tambin en lainterpretacin de los resultados tendra que tenerse en cuenta las posibles causasde error en las diferentes etapas del proceso, tanto de georeferenciacin como demedicin de reas y alturas.

Las aplicaciones de Google Earth son ms informales y van dirigida a laorientacin de los usuarios en cualquier clase de actividad o aplicacin donde losproyectos no requieren un alto nivel de precisin sino una ubicacin bsica ygeneral de la zona de inters.

LIDAR representa la etapa de generacin de modelos digitales de superficie y delterreno de la que hablaremos posteriormente; por ahora, baste apuntar que todoeste avance tecnolgico persigue ofrecer, en comparacin con tecnologas ytcnicas anteriores, una informacin ms exacta, detallada y oportuna, en la que laresolucin marca la diferencia.

LIDAR ofrece varias ventajas sobre las tcnicas convencionales de captura dedatos topogrficos tantos que est siendo complementada y remplazados endiferentes aplicaciones cotidianas donde los datos topogrficos son elrequerimiento bsico.

Con la informacin adquirida con los distintos programas y con los datos de laprctica se pueden visualizar y analizar las herramientas disponibles para manejarla informacin.

Se manejaron datos LAS, los cuales son un tipo de formato de archivo para elintercambio de datos de puntos 3D, que ha sido y es mantenido por la AmericanSociety fon Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS), como estndar sealmacenan los valores x, y, z para cada punto. Adems, informacin como laintensidad anual de valor retorno, y los valores definidos por usuarios, otros datoscomo la clasificacin de puntos, pueden ser almacenados.

Tambin podemos agregar que el software LP360 para ArcGis es una extensin

para la gestin de datos LIDAR.

Es la primera extensin de este tipo y se integra con el entorno ArcGIS (versiones10 y 9.x). Emplea un desarrollo especialmente diseado para accederdirectamente a ficheros LAS, el estndar de la tecnologa LIDAR, integrandoficheros de nube de puntos sin necesidad de complejos procesos para importar o
http://www.qcoherent.com/http://www.qcoherent.com/


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convertir. Esta ventaja permite combinar los datos LIDAR en cualquier formatocompatible con ArcGis.

Cuando se quiere analizar informacin realmente no es suficiente verla en unsimple listado o sistema de informacin tradicional, se requiere de tecnologa con

Inteligencia Geogrfica para entender y ver relaciones insospechadasdirectamente en un Mapa Digital. Se concluye que la georeferenciacin es elposicionamiento de un objeto espacial que puede estar representado mediantepuntos o lneas. Si se trata de una obra relacionada con escuelas, pozos de agua,puentes, pasos laterales, entre otros, se trata de un proyecto puntual. Mientrasque si la obra se refiere a la construccin o rehabilitacin de una va, se identificansus coordenadas de inicio y final para representarla mediante una lnea.

Las nuevas tecnologas LIDAR han obligado a abordar nuevas y distintasestrategias de anlisis, procesamiento y filtrado debido a la numerosa cantidad de

informacin proporcionada por esta tecnologa.Cada vez ms, la tecnologa LIDAR forma parte de los nuevos desarrolloscartogrficos tanto para la creacin de cartografa como para estudios en los questa interviene.

Se tiende a que cada vez haya ms datos LIDAR disponibles que cubran grandesextensiones del territorio y toda esta informacin en algunos casos ser libre paraque cualquiera pueda acceder a ella. Esto hace que aumente considerablementeel nmero de usuarios potenciales de este tipo de datos, pero sin embargo,observamos que no hay herramientas accesibles para tratarlos y debido al elevado

coste de las licencias de software comerciales que permiten el tratamiento de estetipo de datos, el nmero de usuarios con capacidad de explotar los datos LIDARse reduce solamente a los proveedores de datos LIDAR, dado que los usuariosfinales no pueden manejar los datos LIDAR originales, ni tienen la capacidad derealizar un control de calidad adecuado de los trabajos que contratan, ni corregirlos errores observados en dichos productos, ni aprovechar los datos gratuitos parala elaboracin de otros productos finales.

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