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CAMINOS, CANALES Y PUERTOS DE BARCELONA
VALIDACIÓN DE MODELOS DIGITALES DEL
TERRENO DE PRECISIÓN A PARTIR DE DATOS LÁSER
ESCÁNER AEROTRANSPORTADO; APLICACIÓN A LA
ENRIC IBÁÑEZ MARTÍNEZ
JOSEP A. GILI RIPOLL
5. VALIDACIÓN DE MODELOS DIGITALES DEL TERRENO EN ÁREAS
EXTENSAS Y LLANAS; APLICACIÓN AL PARQUE NACIONAL DE
En el capítulo 3 se han expuesto los métodos generales para comprobar y validar los MDT generados con
ALS. En éste se van a extender esas estrategias para casos de levantamientos en unas zonas particulares; áreas
muy extensas con desniveles muy reducidos, como zonas de marismas, deltas, extensiones ganadas al mar, áreas
desérticas con pocos desniveles, zonas agrícolas con riego por inundación, llanos esteparios, sabanas, llanuras de
sedimentación, lagos salados desecados, zonas aeroportuarias, áreas de agricultura extensiva, etc. Como caso de
aplicación se usa el Parque Nacional de Doñana, descrito en el capítulo anterior.
Estas áreas particulares requieren una mayor precisión altimétrica. Medio metro de error en la definición
de una zona es muy representativo y cambia los resultados de cualquier estudio que se apoye en el MDE
generado. Los bajos gradientes de estas áreas aumenta el número de zonas de control. La falta, en general, de
elementos artificiales dificulta disponer de segmentos y superficies para ajustes planimétricos. Los puntos de
control del terreno son más difíciles de detectar; no hay suficientes elementos característicos en el terreno para
identificar donde está un punto de control en el MDE. Aunque éste no es un punto crítico.
Como queda recogido en el título, el caso práctico es la marisma del Parque Nacional de Doñana. Ésta es
un área deshabitada y con poca vegetación. Así, las comprobaciones realizadas hay que contextualizarlas en estos
ambientes. Esencialmente son áreas idóneas para el ALS y para el control de calidad del modelo generado con
esta técnica. La dificultad estriba en que la precisión requerida está al límite de la que es capaz de alcanzar el ALS
y en esas circunstancias surgen problemas que no aparecen en proyectos con menores requerimientos de precisión
La estructura y contenido de este capítulo es la siguiente: tras presentarse el levantamiento LiDAR y la
información de referencia que sirve como “terreno verdadero” para su comprobación (epígrafe 5.1), se pasa a la
validación propiamente dicha (epígrafes 5.2 y 5.3), siguiendo y adaptando todos los procedimientos genéricos
enumerados en el capítulo 3. En el capítulo 6 se hace una valoración final conjunta del modelo LiDAR bajo
validación, junto con otras propuestas metodológicas para levantamientos ALS en áreas extensas y llanas.
INFORMACIÓN NECESARIA PARA LA VALIDACIÓN
La información necesaria para llevar a cabo la comprobación o validación de un modelo obtenido con
ALS comprende: todos los resultados del levantamiento (incluidos los detalles de cómo se ha hecho el procesado
de datos y cómo se ha generado el modelo) y la información de referencia que servirá como “terreno verdadero”.
Los dos grupos de información se presentan en los dos epígrafes siguientes.
5.VALIDACIÓN DE MDT’s EN ÁREAS EXTENSAS Y LLANAS; APLICACIÓN AL PARQUE NACIONAL DE DOÑANA
5.1.1. Información del levantamiento ALS
Dentro de los trabajos del proyecto “Doñana 2005”, la Confederación Hidrográfica del Guadalquivir
(CHG) contrató un levantamiento ALS cubriendo la Marisma del Parque Nacional de Doñana y su entorno (ver
capítulo 4). El levantamiento se realizó en septiembre del 2002 por la UTE de las empresas GEA Cartografía y
FOTONOR A.S. El perímetro del levantamiento se incluye en la figura 5.1, y los parámetros en la siguiente tabla:
Tabla 5.1. Parámetros del vuelo ALS de Doñana. Datos extraídos del informe FOTONOR [2003] y Baltsavias
23-26 de septiembre del 2002
Altura de vuelo (h)
Número de líneas de vuelo
77 + 3 transversales (1642km)
Divergencia (γ , IFOV)
Ángulo de semi-apertura (β)
Diámetro de la huella (A)
Velocidad de vuelo (v)
Frecuencia de pulsado (f)
Frecuencia escaneado (fs)
Ancho de la pasada (w)
Distancia entre ejes de pasadas
Densidad mínima de proyecto
1 punto / 3.5m2
La información generada por el levantamiento es abundante. En primer lugar, se dispone de los informes
de GEA [2002] y FOTONOR [2003], donde se describen los procesos realizados para generar los Modelos
Digitales del Terreno (MDT) y el Modelo Digital de Superficie (MDS).
Se incluyen también dentro de la información disponible los puntos del primer y último retorno
clasificados en terreno y objeto (ver definiciones en el capítulo 2) en WGS841 y ED502. En total se han realizado
162.502.982 puntos para el primer retorno y 179.450.859 para el último retorno. De todos ellos 207.297.382 se
han clasificado como terreno (61% de los puntos). Aunque el equipo es capaz de grabar la reflectividad de cada
medida láser no se ha tenido acceso a esta información.
El Modelo Digital del Terreno (MDT) de una resolución de 2x2m consta de 138.638.830 nodos. El
datum de este modelo es ED50 y sus elevaciones son cotas ortométricas. El modelo se presenta en las figuras 5.1,
5.2 y 5.3. El Modelo Digital de Superficie (MDS) también se incluye con las mismas características. Debido a las
aplicaciones hidráulicas del modelo no se ha usado ni verificado el modelo de superficie. También se incluyen las
líneas de rotura usadas para la generación de los modelos digitales. Los modelos también se incluyen en 11
imágenes georeferenciadas de 10x10km en tintas hipsométricas.
Por último se dispone de la ortofotografía, que cubre ampliamente el levantamiento ALS(GEA [2002]).
Ésta se presenta en las figuras 5.2 y 5.3.
Dentro de la información necesaria para la validación está el proceso de generación del MDT. En estos
procesos hay que poner una especial atención en el ajuste de las tiras de levantamiento, la clasificación de la nube
de puntos y la interpolación del modelo a partir de los puntos clasificados como terreno (descripción de estos
procesos en el capítulo 2).
Por lo que respecta a las tiras de levantamiento se usaron 3 pasadas transversales para el proceso de
homogenización de tiras. Para cada tira se realizó un proceso similar al expuesto en el epígrafe 2.2.2.3 usando la
WGS84 (World Geodetic System). Véase glosario.
ED50 (European Datum 1950). Véase glosario.
información de las tiras transversales. Las correcciones para cada tira se incluyen en el informe FOTONOR
[2003], siendo el valor máximo de -12cm.
La clasificación de la nube de puntos se realizó con dos filtros. El primero fue un operador morfológico
con dos tamaños de ventana. El menor se usó en áreas con poco ruido altimétrico (sin vegetación elevada, sin
edificios,...), y el mayor en los casos contrarios. Su tamaño se definió con el tamaño máximo del objeto a eliminar
(edificio de mayor tamaño). En este punto se usó el modelo generado con la combinación de ambas ventanas para
filtrar la nube de puntos. Los puntos dentro del intervalo [-5cm: 5cm] de dicho modelo se clasificaron como
terreno. Antes del segundo se realizó una edición manual para corregir errores de clasificación. El segundo filtro
es similar al de densificación progresiva de un TIN (expuesto en el capítulo 2; Axelsson [1999]). El criterio para
reclasificar la nube de puntos fue el siguiente (función de aceptación): si el punto estaba entre -1 y 0.1m se
clasificaba como terreno, si estaba entre los 0.1 y 100m como objeto y los de más de 100m como errores (estos
pueden ser por ejemplo impactos sobre aves).
Para la generación del MDT se ha generado un TIN con los puntos clasificados como terreno. Sobre este
modelo se ha interpolado un modelo regular de 2x2m de ancho de malla.
Figura 5.1. Situación del área del levantamiento ALS. Se incluyen los límites del Parque Natural, del Parque Nacional y de las
zonas de especial protección. Se presentan también los límites de la ortofotografía. Se ha superpuesto la red GPS del Proyecto
MADRE y las tres áreas piloto con información en el área de levantamiento (A, B y C).
Por último, dentro de las verificaciones realizadas dentro del proyecto de generación del MDT por la
UTE (GEA y FOTONOR) se comprobaron las desviaciones planimétricas con edificios. Las desviaciones
detectadas son inferiores a 0.3m, que se consideraron totalmente aceptables.
5.1.2. Información de referencia usada para la validación
Dentro de este epígrafe se describen el conjunto de informaciones que se han usado para validar el
Modelo Digital del Terreno. La mayoría de la información que se relaciona se ha usado en la validación
cuantitativa; son conjuntos de puntos de coordenadas conocidas con al menos la elevación de mayor precisión
que los puntos LiDAR.
El primer grupo de datos son las bases de nivelación establecidas por Mintegui y Robredo [2001]. Son un
conjunto de puntos de nivelación posicionados con un GPS de código (baja calidad planimétrica; de 1 a 5m) y con
cota de nivelación geométrica distribuidos esencialmente por la Marisma. Dentro del levantamiento se encuentran
155 puntos, algunos con clavos de nivelación sobre elementos de hormigón (vértices y compuertas; con nombres
V** y C**; 14 + 14 puntos) o hitos feno en el terreno (con nombre H** y 96 puntos). Otros no están
materializados y se apoyan en la red de barras de medir el nivel de las aguas distribuidas por los puntos más
deprimidos de la Marisma (con nombres E** y 28 puntos). La cota de los puntos es el 0 de las barras de medir. La
disposición de todos los puntos incluidos en el área del levantamiento ALS se muestra en la figura 5.2.
Tres vértices del Instituto Geográfico Nacional (IGN) se encuentran dentro del levantamiento ALS.
Estos son: Cerrabarba, el Matochar y Trigo. Dos de ellos (el primero y el último) están enlazados con la red de
nivelación del párrafo anterior. Todos ellos se han incluido en la red GPS que se describe en el siguiente párrafo.
El Proyecto MADRE, ya mencionado en la introducción (capítulo 1), ha establecido una red GPS y de
nivelación de precisión, desde 1997 hasta el año 2005, que es el marco de referencia geodésico para el Parque
Nacional de Doñana y su entorno. Estos trabajos se encuentran en Gili et al. [2000], Gili [2002], Núñez et al.
[2005] y Núñez [2006]. Se presenta su distribución en Doñana en las figuras 5.1 y 5.3. Dentro del levantamiento
ALS se encuentran 32 puntos (figura 5.3 y anejo I). Ésta es la información de mayor calidad planimétrica y
altimétrica de la que se dispone (GPS y nivelación). La información detallada se encuentra en los anejos I y IV.
Dentro del mismo proyecto se dispone de tres áreas piloto (A, B y C) con información obtenida con el
sistema GPS-RTK. Su disposición se muestra también en las figuras 5.1 y 5.3. La georeferenciación de esta
información se detalla en el anejo I.
La zona piloto denominada A se encuentra en el área de Matasgordas (al Norte del Parque Nacional figura 5.3). Consiste en dos levantamientos agrupados según perfiles (con dirección Norte-Sur) realizados con
GPS-RTK y separados 50m. Una descripción detallada de los datos se encuentra en Solís [1999], Solís [2000],
Ibáñez [2001], Ibáñez [2003], y Ibáñez [2007]. Se han usado sólo los datos del levantamiento más cercano en el
tiempo al levantamiento ALS, que son del año 2000. Éste consta de 20633 puntos, de los cuales 17529 están
dentro del perímetro del levantamiento LiDAR.
El segundo grupo de puntos de calidad GPS-RTK es la denominada zona piloto B (figura 5.3). Se
encuentra en la alineación de lagunas epidunares Charco del Toro – Dulce – Sta. Olalla – Pajas. Los datos son de
los meses de julio de los años 1998, 2000 y 2002. El número total de puntos es de 2242 aunque sólo 86 están
dentro del perímetro del levantamiento ALS (figura 5.3). De ellos algunos han sido realizados con estación total
(los de la campaña de 1998).
El último grupo de datos son los de la zona piloto C, y está constituido por tres perfiles perpendiculares
al Manto Eólico Litoral de Doñana. Existen datos de estos tres perfiles en los años 2002, 2003 y 2004. El
levantamiento de julio del 2002 es el más cercano al del LiDAR. Consta de 1214 puntos entre los tres perfiles, de
los cuales sólo el tercero tiene puntos dentro del perímetro del MDT ALS (figura 5.1 y 5.3). El total de puntos
dentro del modelo es 72, todos ellos sobre dunas.
Figura 5.2. Modelo Digital del Terreno (MDT) sobre la ortofotografía realizada por GEA-CARTOGRAFÍA. Se han
superpuesto los 155 puntos de control de Mintegui y Robredo [2001] que se encuentran dentro del modelo ALS. Cartografía
base: ortofotografía y MDT LiDAR.
Figura 5.3. Relación de información del Proyecto MADRE dentro del MDT a validar (puntos singulares y áreas A, B y C).
Se presenta la ortofotografía realizada por GEA-CARTOGRAFÍA (GEA [2002]) como información base, junto con el MDT
Para la validación cualitativa se disponía de gran cantidad de información gráfica de los elementos que se
controlan (compuertas, pasarelas, áreas de vegetación, diques,...), además de la propia experiencia del terreno
adquirida durante las campañas de campo dentro del Proyecto MADRE.
Con toda esta información de validación y del levantamiento ALS (epígrafe 5.1.1.) se han aplicado los
métodos descritos en el capítulo 3 a este caso, que es un campo de pruebas ideal para la tecnología ALS. En
primer lugar la validación cuantitativa (epígrafe 5.2) y el segundo lugar la cualitativa (epígrafe 5.3).
Las estrategias cuantitativas valoran numéricamente la calidad del modelo como ya se ha mencionado en
el capítulo 3. En este epígrafe los análisis realizados son sobre puntos singulares (5.2.1), y áreas y perfiles (5.2.2).
Las comprobaciones sobre superficies no se han podido aplicar debido a la falta de elementos válidos para aplicar
este tipo de verificaciones. No obstante las verificaciones realizadas son sobradamente efectivas para valorar la
calidad del Modelo Digital del Terreno realizado con ALS en el Parque Nacional de Doñana (como se discutirá
en el capítulo 6).
5.2.1. Puntos singulares
En este epígrafe se han analizado los conjuntos de información de validación (formados por puntos
singulares) repartidos por la Marisma. Se han incluido dos conjuntos de distinta calidad (ver epígrafe 5.1.2):
Bases de nivelación establecidas por Mintegui y Robredo [2001] (ETSIM). La calidad altimétrica de la
información es alta, ya que la red es de nivelación geométrica, mientras que la calidad planimétrica es
baja. Aún así se han calculado las diferencias en los hitos feno (96 puntos) y las escalas (28 puntos)
por estar en la Marisma y en áreas llanas sin objetos cerca. Los situados en compuertas y otros
objetos no se han incluido porque no se conoce su geometría y no se puede restituir la cota de la
señal al terreno.
Red GPS y de nivelación del Proyecto MADRE. Incluye algunos vértices de la anterior red de
nivelación y algunos del IGN. La precisión planimétrica es centimétrica (GPS), y la altimétrica
milimétrica (nivelación geométrica). Además se disponía de información gráfica de cada una de las
señales pudiendo restituir la cota al terreno (anejo I).
Las distintas estrategias de comparación con los puntos de control usan una combinación de las
herramientas presentadas en el epígrafe 3.2.1. Para verificar las diferencias se puede optar por un estudio detallado
del entorno de cada punto, o por estrategias “automáticas” para detectar y apartar del análisis puntos con errores
groseros. Las estrategias que usan criterios estadísticos para detectar puntos con errores groseros no requieren
ninguna información del entorno. Los errores groseros se producen porque los puntos (señales o monumentos y
marcas) suelen estar sobre objetos base para asegurar una vida suficiente de la señal. Estos objetos base pueden
ser vértices geodésicos, techos de edificios, brocales de pozos,…. Si no se considera esta corrección (h), por no
poseer información de la altura al terreno, se introducen estos errores en la comparación. En la figura 5.4 se
presentan tres ejemplos de los vértices usados en que se muestra cómo se ha calculado la corrección de restitución
al terreno (h).
A continuación se aplican las técnicas cuantitativas, explicadas en el capítulo 3, a los dos grupos de datos
presentados (ETSIM y MADRE). El análisis nombrado como “Contraste de Hipótesis” del epígrafe 3.2.1 no se
ha incluido en este capítulo. Informa de la presencia de “bias” para el área analizada pero no detecta giros. En el
caso de los dos grupos de puntos no ha aportado ninguna información útil.
Bases de nivelación de Mintegui y Robredo [2001] (ETSIM)
De la información de estas bases sólo se ha usado la de los hitos (H**) y la de las escalas (E**). Estos se
encuentran sobre el terreno (no sobre objetos) y se encuentran dentro de la Marisma ( pendientes y vegetaciones
Figura 5.4. Ejemplos de tres puntos a los que se ha restituido la cota al terreno (Z-h). A: Vértice Cerrebarba del IGN. B:
Hito feno H26 en la Marisma. C: Punto P01 en el brocal del pozo de un abrevadero.
bajas con distintas densidades, siendo en general mínimas). Como no se han visitado todos los vértices se ha
usado h=5cm para los hitos y h=0 para las escalas (a pesar de que el 0 de la escala puede no estar enrasado
perfectamente con el terreno). La precisión planimétrica es baja (≈5m) pero, con precaución, se han obtenido
unos buenos resultados. Se han incluido los resultados de forma resumida en la tabla 5.2 y la figura 5.5. El análisis
detallado se incluye en el anejo I, epígrafe I.2.
Hitos (Cota-MDT)
Escalas (Cota-MDT)
-1.20 -1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20
Diferencia Cota-MDT [m]
Figura 5.5. Histogramas de las diferencias de las cotas de los vértices Mintegui y Robredo [2001] y el MDT
LiDAR. Los hitos (H**) en el histograma superior y las escalas (E**) en el histograma inferior.
Se ha aplicado el análisis estadístico de la muestra explicado en el epígrafe 3.2.1 (método de los
percentiles) a los dos conjuntos de datos (96 hitos y 28 escalas). Los resultados se resumen en la tabla 5.2 y los
histogramas en la figura 5.5.
Siguiendo el análisis se han descartado tres hitos y dos escalas (marcados con flechas en la figura 5.5). Dos
de las diferencias en los hitos son muy elevadas (H84 y H86), mientras que una es muy cercana al límite de
exclusión definido (H16). Los puntos descartados de las escalas (E13 y E31) están también muy cercanos al límite
de exclusión definido para este grupo de datos. Se observa que los valores obtenidos para los dos grupos de datos
son parecidos. Además son similares a los obtenidos en el siguiente epígrafe aunque la calidad planimétrica de los
puntos analizados en este apartado es mucho peor y, por esta razón, no se han incluido en la valoración final del
modelo (epígrafe 6.1).
Tabla 5.2. Resultados de aplicar el proceso de cálculo descrito en la figura 3.4 a los vértices tipo hitos y
escalas (H** y E**) de Mintegui y Robredo [2001].
Percentil usado para el cálculo
Diferencia Máxima/Mínima
Precisión del εRMS,Z (E.3.4)
εσ,Z (E.3.3)
(P=95%)
Hitos (H**)
3 / 3.1%
(H16,H84, y H86)
-0.020m
0.197m / -0.160m
Escalas (E**)
(E13 y E31)
-0.048m
0.092m / -0.200m
-0.020 ± 0.149m
-0.048 ± 0.151m
Vértices del Proyecto MADRE
De los vértices incorporados al marco de referencia geodésico establecido por el Proyecto MADRE la
mayoría de los del Parque Nacional han sido materializados por otros organismos (CERR y TRIGO por el IGN,
y el resto por Mintegui y Robredo [2001]). Sólo GONZ, T27, JPS106B y XX2 han sido materializados por el
Proyecto MADRE. Las limitaciones de “dejar marcas” en el Parque Nacional de Doñana llevó a aprovechar las
señales de la red de nivelación de la ETSIM, dando coordenadas planimétricas de precisión a todos los puntos
incorporados a la red GPS del Proyecto MADRE.
Se han analizado un total de 32 puntos de dicha red GPS en los cuales se han aplicado los análisis
descritos en el capítulo 3. Para evitar errores groseros se ha estudiado el entorno de cada punto usando
información gráfica y datos de campo. Se ha estudiado cada punto hasta tres escalas. La primera con una ventana
de 6x6m con la nube de puntos y el modelo, permitiendo clasificar manualmente los puntos y recalcular
fácilmente el modelo. La segunda ventana de 100x100m de lado permite valorar el comportamiento del filtro en el
área (que se ha visitado) y recalcular el modelo si se encuentra sobre un objeto de tamaño medio o grande (como
un dique). Sólo en los casos se duda o cuando se ha localizado un área con errores de tratamiento se ha estudiado
una tercera ventana de 1x1km. Con toda esta información se ha restituido la cota de la señal al terreno. La cota
sobre el MDT se ha obtenido usando una interpolación bilineal, dada la suavidad del MDT. Finalmente se ha
comparado la cota restituida con la interpolada sobre el MDT. En los puntos con errores locales en el modelo se
ha recalculado, ya que este análisis busca tendencias globales en el MDT. La ficha individual del tratamiento para
cada uno de los 32 puntos analizados se incluye en el anejo I.
Se han eliminado 5 vértices por distintos motivos (ver además la tabla I.2 del anejo I):
• El H84 se ha descartado debido a que el tamaño de la cresta en que se encuentra el hito es menor
que el ancho de malla (2x2m). Recalculando el modelo, reclasificando la nube de puntos, se
obtiene una diferencia de -0.271m (la diferencia original era de 0.971m). Se ha descartado ya que
la diferencia se debe más a una rugosidad local del terreno (menor que la resolución del MDT)
que a un error del modelo propiamente dicho.
El vértice Toruño se encuentra sobre un muro clasificado como objeto, contiguo a una zona
inundada con pocos puntos LiDAR. El recálculo del MDT da una diferencia (Cota-MDT*) de
1.283m, sin evaluar la altura del muro. Aunque con la altura del muro da un buen valor se ha
descartado debido a la poca información con que se ha generado el modelo.
El punto VP1 se encuentra sobre un pilar en un badén que no ha sido tratado correctamente en
el MDT por falta de puntos (el elemento está rodeado de agua). La falta de puntos láser sobre el
badén descarta el uso de este punto.
VP2P se encuentra sobre el tocón de un árbol y no se ha podido restituir la cota al terreno. La
diferencia Cota-MDT es de 0.522m.
Por último el vértice XX1 se encuentra en una obra de mampostería semi-derruida, entre un
dique y un canal. La diferencia es de 1.522m. No se ha podido restituir deforma fiable la cota al
Los vértices en que se ha recalculado el modelo (C02, C10 y TRIGO) ha sido por errores de clasificación
de la nube de puntos LiDAR sobre objetos (dos compuertas y el monumento de un vértice geodésico). Se han
filtrado de forma manual los elementos en los que están los vértices, resolviendo el problema.
Las diferencias para los 27 vértices que se han incluido en el análisis se presentan en la tabla 5.3. Para cada
punto se incluyen sus coordenadas, el origen o fuente de la cota (ETSIM, Mintegui y Robredo [2001]; y MADRE,
Proyecto MADRE), el tipo de terreno (cualitativo y numérico) y la diferencia entre la cota restituida al terreno y su
cota interpolada sobre el MDT. El tipo de terreno se ha diferenciado en cuatro ambientes: 1-marisma, 2-duna, 3compuerta en la Marisma y 4-zona de coto.
En la figura 5.6 se incluye el histograma para los puntos de la tabla 5.3 con la media (M=-0.012m), la
desviación típica (σ=0.079m) y el error medio cuadrático (RMS=0.080m). Los estadísticos se recogen en la tabla
Tabla 5.3. Relación de vértices del Proyecto MADRE usados en la validación del modelo LiDAR con la diferencia de
elevaciones (cota punto restituida al terreno – cota interpolada sobre el MDT). Se indica además el tipo de terreno que
lo rodea y si se encuentra en un área con solape entre pasadas.
X (UTM H29N
– ED50) [m]
Y (UTM H29N
737470.561
732462.331
730037.110
733544.007
728193.146
732295.445
4087795.141
4106777.049
4109367.112
4095538.528
4094842.228
4104308.210
734552.383
4100454.330
736991.080
4099076.538
729386.626
738966.779
737893.073
733136.124
734567.595
735167.000
4097301.576
4096803.196
4090886.977
4088117.677
4083117.659
4082022.000
733144.443
4091138.060
JPS106B
741991.490
731413.219
737890.127
735789.906
735464.879
730768.043
727573.196
732745.843
4091273.484
4101437.462
4101276.471
4083860.853
4092404.358
4095724.774
4097136.821
4085337.819
740581.715
4096442.546
741220.723
737124.417
744994.868
4093606.482
4106304.219
4111655.449
Tipo terreno /vegetación
marisma-compuerta
marisma-vegetación baja
dunas-vegetación baja-despejado
marisma-terreno desnudo
marisma-vegetación baja-islas
marisma-vegetación baja-mediaislas juncos
marisma-vegetación baja-arbustos
dunas-vegetación baja
marisma-vegetación baja/mediaarbustos
coto-terreno desnudo/objetos
dunas-colina
marisma-terreno desnudo-cerca
marisma-terreno desnudo/edificio
marisma-pendiente muro
CotaMDT [m]
Se ha comprobado que los puntos de control con mayores diferencias no se concentran en áreas de
solape entre pasadas sucesivas del levantamiento ALS. En la tabla 5.3 se pueden localizar los puntos con mayores
diferencias de elevaciones (por debajo de -0.10 o por encima de +0.10m, última columna), y se puede comprobar
que la proporción de puntos en solape (S en la penúltima columna) no es mayor que la proporción en el total de la
En la figura 5.7 se presentan las diferencias de la tabla 5.3 distribuidas espacialmente sobre la marisma de
Doñana. Estudiando la distribución de las diferencias o “residuos” no se aprecia la existencia de tendencias en
alguna dirección concreta que pudiera hacer sospechar la existencia de “basculamientos” generales a gran escala
(relacionados con errores sistemáticos en la georeferenciación del modelo LiDAR).
Tabla 5.4. Estadísticos de la validación en los vértices del Proyecto MADRE usando el método de los
percentiles y el del intervalo de confianza al 95% de grado de significancia, y con los dos modos de expresar el
error (capítulo 3, expresiones E.3.3 y E.3.4).
Útiles /Percentil usado
Diferencia Máxima / Mínima
0.180m / -0.135m
26 /99%
1 (TRIGO)
0.112m / -0.135m
Met. Interv. Conf.
-0.012m±0.156m
-0.020m±0.140m
-0.012m ± 0.156m
Cota-MDT
Media=-0.012m
σ = 0.079m
RMS = 0.080m
Figura 5.6. Histograma de las diferencias entre el modelo ALS y las cotas de los vértices del Proyecto MADRE
reflejados en la tabla 5.3. Se incluye la distribución normal con la media, la σ y RMS.
5.2.2. Áreas y perfiles
En este caso los datos de validación no son puntos aislados; la información se agrupa espacialmente. Se
entiende por perfiles cuando la información se dispone a lo largo de una línea, y áreas cuando la información es más
Figura 5.7. Distribución de las diferencias (valores numéricos en color verde y en metros) entre las cotas de los vértices del
Proyecto MADRE (tabla 5.3) y el MDT LiDAR. Cartografía base: ortofotografía y MDT LiDAR. Proyección UTM, huso
29N, coordenadas X e Y en metros. Datum ED50.
La calidad de la información que se va a usar ahora para validad el MDT LiDAR, como ya se ha dicho en
el epígrafe 5.1.2, es GPS-RTK (centimétrica). Su situación se ha presentado en las figuras 5.1 y 5.3.
Las validaciones de este epígrafe se han realizado usando los tres grupos de información descritos en el
epígrafe 5.1.2: A-Matasgordas, B-Lagunas y C-Perfiles. Los puntos GPS-RTK están agrupados en perfiles (para el
primer caso Norte-Sur separados 50m). Esta heterogeneidad espacial no hace posible la detección de entidades.
Así en la comparación se ha usado la información como puntos aislados. La distancia media entre puntos de un
perfil es inferior al ancho de malla del MDT (2m). Esto permite aprovechar la “vecindad” de la información (en el
primer caso) aplicando técnicas geoestadísticas de forma parecida a Crombaghs et al. [2002].
En la comparación se ha interpolado la cota de los puntos GPS-RTK sobre el MDT (figura 3.3). Se ha
usado una interpolación bilineal. Ésta no introduce errores significativos para el rango de pendientes del terreno
(entre bajas y moderadas) y es simple de implementar en un Modelo Digital del Terreno regular.
A continuación se presentan las validaciones sobre las tres áreas ya descritas: A-Matasgordas, B-Lagunas y
C-Perfiles.
Zona piloto A del Proyecto MADRE: Matasgordas
La zona se encuentra al Norte del Parque Nacional, en el área de Matasgordas y consta de dos
levantamientos: julio de 1998 y julio de 2000. El área, de unas 320Ha, abarca desde la zona de coto en las
inmediaciones de la Casa de la Pichiricha hasta la propia “Cañada Madre de las Marismas de Doñana”,
comprendiendo desde arenas estabilizadas hasta limos y arcillas (figura 5.8; unidades descritas en el epígrafe 4.1 y
separadas por líneas rojas gruesas y discontinuas).
Los levantamientos se realizaron con el método GPS-RTK usando como medio móvil un vehículo todo
terreno (figura 5.9). La baselínea máxima en el levantamiento fue de 2.5km desde el punto base VP2(1998) y
VP2P(2000). La precisión, estimada como fruto de la comparación de los levantamientos de los años 1998 y 2000,
es σ = 3.7cm. Otros detalles del levantamiento GPS se presentan en Solís [1999], Solís [2000], Ibáñez [2001], Gili
[2003] y Ibáñez [2003].
Figura 5.8. Situación de la información de referencia sobre una escena en 3D del Norte del Parque Nacional de Doñana. Se
han situado el perímetro de los levantamientos GPS-RTK (en amarillo) y los dos puntos base del marco geodésico de
referencia establecido por el Proyecto MADRE (VP2P y Cerrabarba), además de las unidades geológicas descritas en el
capítulo 4 para el área separadas por líneas rojas gruesas y discontinuas.
Se ha usado el levantamiento del año 2000 para la validación porque es el más cercano en el tiempo a la
fecha del levantamiento ALS. Así se minimizan los posibles cambios de terreno en el área de arenas entre los
levantamientos GPS-RTK y ALS. La comparativa entre ambas opciones se encuentra en Ibáñez [2007].
El levantamiento del año 2000 consta de 23332 puntos totales. Eliminando las repeticiones de puntos se
han reducido a 20633 puntos, de los que 17529 están dentro del levantamiento ALS. En la figura 5.10 se presenta
el perímetro del levantamiento sobre el MDT del área. Se encuentran en negro las áreas sin datos que han causado
la pérdida de 3104 puntos GPS-RTK.
Figura 5.9. Fotografía del Arroyo de la Cañada de las Garzas (punto A1 de la figura 5.12.A) en que se ve
el equipo GPS móvil en el vehículo todo terreno.
Figura 5.10. Límites del área piloto A del Proyecto MADRE sobre el MDT en el área de Matasgordas. Proyección UTM,
huso 29N, coordenadas X e Y en metros. Datum ED50.
El error estimado para la información de validación (puntos GPS-RTK) se ha evaluado en las referencias
citadas anteriormente, especialmente en Ibáñez [2007]. Una estimación según la expresión E.3.4 (Maune [2001])
con el 95% de intervalo de confianza (P=95%), incluyendo el error del método GPS-RTK, los efectos dinámicos,
los errores de altura de antena y de inclinación del vehículo, asciende a 7.6cm. Éste valor debe ser considerado en
el análisis de los resultados (puede introducir un error sistemático en los resultados).
El datum original del levantamiento GPS-RTK de Matasgordas es el WGS84. Se ha usado el marco de
referencia geodésico definido dentro del Proyecto MADRE para transformar esta información a ED50. Las
elevaciones se han transformado usando el geoide local (“Doñana 2005”) definido en dicho proyecto (Gili et al.
[2000], Gili [2002], Núñez et al. [2005] y Núñez [2006]). Una transformación plana tipo Helmert transforma las
coordenadas UTM del datum WGS84 a ED50 (los parámetros de transformación se encuentran en UPC [2002]).
La diferencia de dos años entre el levantamiento de los datos de referencia (GPS-RTK; 2000) y el
levantamiento ALS (2002) que se valida introduce la posibilidad de variaciones del terreno. En el ya citado trabajo
Ibáñez [2003] no se encontraron diferencias generales entre los levantamientos realizados en 1998 y el año 2000.
Así es de esperar que las variaciones (de 2000 a 2002) sean puntuales y no se den en toda el área.
El histograma de las diferencias entre la información GPS de referencia y el MDT ALS se presentan en la
figura 5.11. Se presentan también los estadísticos del análisis con los 17529 puntos. Los valores máximo y mínimo
hacen pensar en la presencia de errores groseros (atribuibles a variaciones locales del terreno). Se han aplicado el
método de los percentiles y el del intervalo de confianza (al 99.9%), descritos en el epígrafe 3.2.1, para obtener el
error del MDT. Los resultados se presentan en la tabla 5.5. Como se ve en la tabla el primer método da mejores
resultados pero elimina más información. En cambio con el segundo se obtiene una precisión algo menor pero se
comporta mejor ante una muestra no centrada. También se observa en la tabla 5.5 que la media es parecida a la
desviación típica. Se ha analizado en los siguientes análisis cual es el origen de este sesgo y si es aceptable.
Cota GPS-RTK - Modelo
N=17529
M=0.062m
σ=0.093m
RMS=0.112m
Emax= 1.416m
Emin=-0.806m
-1.00 -0.80 -0.60 -0.40 -0.20 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40 1.60
Diferencias Cota GPS-RTK - MDT [m]
Figura 5.11. Zona A del Proyecto MADRE: Histograma de las diferencias entre la cota GPS-RTK de los puntos de referencia
y su cota interpolada sobre el MDT LiDAR. Se incluyen los estadísticos con todos los valores. Tamaño de clase 0.05m.
En primer lugar se ha incluido la distribución espacial de las disparidades en la figura 5.12. En la subfigura
de la izquierda se presentan todas las diferencias. Dentro de ésta se han distinguido tres áreas (A1, A2 y A3) con
las máximas disparidades. La primera (A1) contiene los puntos dentro del cauce del Arroyo de la Cañada de las
Garzas. La situación de estos puntos dentro del cauce, el tipo de material (arenas) y el tipo de cobertura vegetal se
han mostrado en la figura 5.9. Estos pequeños cauces son las áreas morfológicamente más activas. Así se ha
llegado a la conclusión que en los cauces del área, el terreno ha cambiado de forma significativa entre los
levantamientos del año 2000 (GPS-RTK) y el del 2002 (ALS). Se ha incrementado la cota del cauce, cosa que
concuerda con la evolución reciente del área desde 1997, caracterizada por la entrada en la Marisma de un gran
volumen de arenas desde el Arroyo del Partido (Mintegui et al. [2003]). Las otras dos áreas (A2 y A3) se deben a
errores aislados en los datos de referencia por pérdidas del radio-enlace entre los dos receptores GPS o a pérdidas
de iniciación del método GPS-RTK. Todos esos puntos han sido eliminados del análisis estadístico de la tabla 5.5.
Tabla 5.5. Estadísticos de la validación en la zona A del Proyecto MADRE, el histograma en la
Útiles/ Percentil usado
1.416m / -0.806m
16416 / 95%
1113 / 6.3%
0.170m / -0.169m
Met. Inter.Conf.
518 / 3.0%
0.274m / -0.141m
0.062m ± 0.182m
0.062m ± 0.122m
0.069m ± 0.125m
En la subfigura 5.12.B se presenta las discrepancias sólo de los 17011 puntos útiles. En la figura se
destacan tres áreas con las máximas diferencias. Éstas se concentran en los cauces secos con colores blancos en la
ortofotografía como el Arroyo de la Cañada de las Garzas (B.1) o como la Cañada Madre (B.1 y B.2). También se
observa que una cierta cantidad de puntos del MDT se encuentra por debajo de la información de referencia al
Este mientras que al Oeste otra cierta cantidad de puntos se encuentra ligeramente por encima. Pero este
comportamiento no afecta a todo el perfil sino a algunas zonas ya explicadas, por lo que se descarta un
basculamiento general. Las discrepancias, además, son reducidas.
Dada la diferente densidad de la información de referencia (concentrada en perfiles Norte-Sur) se ha
procedido a analizar los datos según los perfiles en que se realizó el levantamiento GPS-RTK. En este análisis no
se han usado los puntos que definen el perímetro del levantamiento de referencia. En la figura 5.13 se presentan
los resultados para cada perfil Norte-Sur numerados de Este (32) a Oeste (90). Se observa que los estadísticos de
las diferencias se mantienen estables desde los perfiles 32 al 75, tendiendo en líneas generales a disminuir
mínimamente la media y el RMS hacia el Oeste. De los perfiles 76 a 90 la media se sitúa alrededor del 0 y aumenta
un par de centímetros la desviación típica. El RMS en términos generales disminuye hacia el Oeste.
Media [M
n típica
90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32
Número de perfil de Oeste a Este
Figura 5.13. Zona A del Proyecto MADRE: evolución de los estadísticos para cada perfil del levantamiento GPS-RTK. Los
perfiles están separados 50m.
Figura 5.12. Diferencias entre los puntos GPS-RTK del Proyecto MADRE en el área piloto A y su cota interpolada sobre el MDT ALS. A: Diferencias para todos los
puntos (17529). Se han destacado 3 áreas (A1, A2 y A3; explicación en el texto). B: Diferencias para los puntos útiles (no clasificados como puntos erráticos). Se han
distinguido 3 áreas (B1, B2 y B3; explicación en el texto). Nótese el cambio de la escala de colores superior que cuantifica la diferencia de cotas. Cartografía base:
Este análisis permite afirmar que no existen giros en el Modelo Digital del Terreno en dirección OesteEste. Analizando los perfiles de forma individual se observa que tampoco hay basculamientos en la dirección
Norte-Sur (figura 5.14). Observando los dos perfiles de la figura se muestra un “bias” del orden del error
estimado de los datos GPS-RTK. Se ha considerado que este “bias” no es significativo. Esto significa que no hay
errores sistemáticos significativos ni basculamientos en el modelo para el área analizada. Así, los resultados de la
tabla 5.5 y de la figura 5.11 pueden considerarse estadísticamente consistentes y representativos de la calidad del
levantamiento LiDAR en esta área.
DTM-ALS
Y-UTM (ED50 - H29N)
4110000 4110100 4110200 4110300 4110400 4110500 4110600 4110700 4110800
Figura 5.14. Zona A del Proyecto MADRE: perfiles 043 y 076 con los puntos GPS-RTK (en verde y rombos) y su cota
interpolada sobre el MDT LiDAR (en rojo y cruces). Situación respecto el eje X en la figura 5.13.
Se ha analizado también si las discrepancias guardan alguna relación con las áreas de solape del
levantamiento ALS. En la figura 5.15 y en la tabla 5.6 se presentan los resultados. Se aprecia que no hay
diferencias sustanciales entre los datos en áreas de solape y los que no están en áreas de solape: ambos grupos de
datos siguen la tendencia general del análisis con el total de puntos (tabla 5.5).
Tabla 5.6. Estadísticos en la zona A del Proyecto MADRE distinguiendo entre área con solape y sin solape en el
levantamiento ALS.
εRMS,Z (E.3.4)
0 solapes
1 y 2 solapes
10247 / 95%
5624 / 60%
621 / 5.7%
494 / 4.5%
1037 / 15.6%
90/ 1.4%
0.0891m
0.169m / -0.169m
0.251m / -0.124m
0.143m / -0.143m
0.274m / -0.134m
0.062m ±0.118m
0.067m ±0.114m
0.061m ±0.135m
0.072m ±0.137m
Figura 5.15. Situación de las áreas de solape dentro de la zona piloto A del Proyecto MADRE. A la derecha se presentan los
histogramas de las diferencias de cota (GPS-RTK – MDT) clasificados según se encuentren en un área con solape (histograma
invertido) o sin solape.
Para la detección de errores sistemáticos y derivas en Modelo Digitales de Elevaciones algunos autores
como Crombaghs [2002] o Fisher [1998] proponen el uso de herramientas geoestadísticas. Se han realizado los
variogramas de los datos sin valores erráticos (con el método del intervalo de confianza). El variograma
omnidireccional se presenta en la figura 5.16. Se ha ajustado a un modelo pepita y un esférico. El modelo pepita
representa fenómenos que no correlacionan en el espacio. En este caso el error asociado a los datos tiene un valor
de σp=3.3cm (εσ,Z(95%)=±6.5cm). El modelo esférico representa cómo se pierde correlación con la distancia. Su
escala es 0.00155 y el alcance 220m. El valor de la desviación típica a partir de h=220m es 5.1cm
(εσ,Z(95%)=±10.0cm).
Figura 5.16. Variograma de las diferencias de cota (GPS/RTK - MDT) en la zona A del Proyecto
MADRE. El variograma es omnidireccional. Se presenta también un modelo teórico compuesto por un
efecto pepita (γp=0.00108) y un modelo esférico (escala=0.00155 y alcance=220m).
Este valor de σ = 5.1cm es muy parecido a los valores σ de las tablas 5.5 y 5.6. Así pues, según la
geoestadística, los estadísticos obtenidos anteriormente en dichas tablas caracterizan la dispersión del error en los
datos (disparidades GPS-LiDAR) considerados en grandes extensiones (“ventanas” amplias, de centenares de
metros). Para distancias mucho menores el variograma indica que los datos están más correlacionados, y las
dispersiones (diferencias relativas) serán mucho menores. De alguna manera la geoestadística ya está sugiriendo
que a cortas distancias existe una correlación que hará que los resultados relativos del modelo sean mejores. En el
capítulo 6 se profundiza en esta línea (modelo de error altimétrico simple; E.6.1).
Zona piloto B del Proyecto MADRE: Lagunas
Los trabajos en esta zona se han realizado durante los años 1998, 2000, 2002 y 2003. En todos ellos el
método usado para el levantamiento fue GPS-RTK, excepto el primer año, en que se realizó un itinerario con
El área del levantamiento abarca la alineación de lagunas epidunares Charco del Toro, Dulce, Sta. Olalla y
Las Pajas (figuras 5.1 y 5.3), al Oeste del levantamiento ALS. Consta de un total de 2575 puntos. Dentro del
levantamiento LiDAR se encuentran 86 puntos. De ellos 4 tienen la cota desligada del terreno y se han eliminado
del análisis (están sobre objetos). Así se han analizado un total de 82 puntos de los levantamientos de los años
1998 y 2002 como se muestra en la figura 5.17. Antes de la validación se han analizado entre sí los dos conjuntos
de información de referencia (1998 y 2002) sin encontrarse incongruencias.
Figura 5.17. Situación de los puntos topográficos de referencia del Proyecto MADRE en la zona piloto B sobre el MDT
LiDAR. El área se encuentra en el margen Oeste del levantamiento ALS. Se incluyen 82 puntos de los levantamientos de los
años 1998 (aspas) y 2002 (cruces) que se usarán para la validación del MDT-LiDAR. Cartografía base: MDT LiDAR.
Proyección UTM, huso 29N, coordenadas X e Y en metros. Datum ED50.
Se ha aplicado el mismo procedimiento del apartado anterior en el cambio de datum de los datos GPSRTK a ED50 para poderlos comparar con el MDT LiDAR.
El procedimiento de validación es el mismo empleado en todo este epígrafe. Los resultados se presentan
en la figura 5.18 y la tabla 5.7. Se observa la presencia de 6 puntos con disparidades importantes; dos realizados en
el 2002 y 4 en 1998. Estos últimos 4 puntos se encuentran en el tramo final del Caño del Peral (cuadro figura
5.17). Ésta es una zona morfológicamente activa. Así, los cuatro años transcurridos entre levantamientos
explicarían el comportamiento de estos 4 puntos.
Con respecto a los estadísticos obtenidos (tabla 5.7) se observa que la media y la desviación estándar son
similares a los de la zona piloto A (apartado anterior) aunque un poco superiores debido a que los puntos de
validación no son tan “idóneos”.
Además se observa un sesgo de las diferencias como en el caso anterior. En esta zona el Modelo Digital
del Terreno LiDAR se encuentra ligeramente por encima de la información de referencia.
M = -0.025m
σ = 0.150m
RMS=0.151m
EMAX = 0.593m
EMIN = -0.240m
Diferencias COTA de referencia - MDT [m]
Figura 5.18. Zona B, Lagunas: histograma de las diferencias entre la información de referencia de los años 1998 y 2002, y el
MDT LiDAR. El tamaño de clase es 0.05m con un total 82 puntos. Algunos puntos de la derecha (0.30 a 0.60m) se
descartaron por cambios morfológicos.
Tabla 5.7. Zona B, Lagunas: estadísticos de las diferencias entre la información de referencia y el MDT
LiDAR con todos los puntos, o bien descartando 6 dispares usando el método de los percentiles y el del
-0.023m
0.593m / -0.240m
76 / 99%
-0.057m
0.200m / -0.240m
0.200 / -0.240m
-0.023m ± 0.294m
-0.057m ± 0.176m
Zona piloto C del Proyecto MADRE: Perfil 3
Los datos de referencia de esta zona piloto se obtuvieron en julio de los años 2002, 2003 y 2004. Se
encuentra al Sur del levantamiento ALS (figuras 5.1 y 5.3). El levantamiento de referencia se realizó según tres
perfiles o “transectos” que cruzan los frentes dunares activos desde el Océano a la Marisma. Sólo el tercer perfil
(T3) tiene datos dentro del levantamiento ALS. El método del levantamiento de referencia fue GPS-RTK, con
baselíneas de 3.1km de media. Se usaron dos modos de posicionamiento: registro continuo y punto a punto. El
segundo es más preciso aunque el primero obtiene una visión más detallada de los frentes de dunas (Gili [2003]).
Para la transformación de los puntos GPS-RTK al datum ED50 se ha seguido el mismo procedimiento
que el presentado en el primer punto de este epígrafe (se incluye en el anejo I).
Los puntos del perfil T3 que entran dentro del levantamiento ALS se encuentran en el último frente
dunar y en el límite con la Marisma. Ésta es una zona activa con movimientos de los frentes de dunas del orden
de 0.2m/año (Gili [2003]). Se ha decidido usar los datos de julio de 2002 que son los más cercanos a la fecha del
vuelo ALS (septiembre 2002). Éste contiene 792 puntos, de los cuales 72 son interiores al perímetro del
En la figura 5.19 se presentan los puntos útiles sobre el MDT junto con las diferencias entre la elevación
de la información de referencia y el MDT a lo largo del perfil. Los resultados del análisis se presentan en la figura
5.20 (histograma) y la tabla 5.8 (estadísticos). Se ha realizado un primer análisis que contiene puntos erráticos, que
se han descartado con el método de los percentiles y el del intervalo de confianza (epígrafe 3.2.1). Se ha analizado
el origen de estos puntos descartados y se ha observado que el modelo contiene errores en la definición de las
crestas de los frentes dunares (en rojo en la figura 5.19 y con un cuadro verde en el perfil de la misma figura).
Estos errores se deben a que los puntos de estas crestas se han clasificado como objetos.
El origen de este error es la especificación para todo el vuelo LiDAR de un solo conjunto de parámetros
en los filtros usados para la clasificación de la nube de puntos. Los parámetros se han definido para la Marisma
(pendientes bajas) y cuando se aplican a las dunas se eliminan sus crestas porque el cambio de pendiente es
demasiado brusco (el conjunto de filtros aplicados se han explicado en el epígrafe 5.1.1). Como se verá en la
validación cualitativa algunas de estas áreas están fuera de contrato y, como se ha indicado en el 5.1.1, no han sido
inspeccionadas visualmente entre los dos filtros aplicados, ni verificado la correcta definición de las líneas de
rotura. La definición precisa de líneas de rotura para preservar estos elementos o un cambio de los parámetros
para estas áreas hubieran reducido la aparición de esta clase de errores.
Se ha procedido a recalcular el Modelo Digital del Terreno reclasificando la nube de puntos en el perfil.
Se ha usado el filtro morfológico progresivo presentado en Zhang et al. [2003] (programa filter, anejo III). Al
nuevo modelo se le ha denominado MDT*. Las nuevas diferencias se muestran claramente más agrupadas: se han
recuperado los dos “outliers” que aparecen en el histograma superior de la figura 5.20 cerca de 1.40m de diferencia.
Nuevamente se han aplicado el método de los percentiles y el método del intervalo de confianza (ver epígrafe
3.2.1). El primero da mejores valores pero elimina más información. En cualquier caso, la media de las
disparidades es de 11 a 12cm. Este sesgo o “bias” tiene el mismo signo que los datos de la zona piloto B y al
contrario a los de la A. Las dunas presentan pendientes mayores de las que se encuentran en las zonas A y B.
Unos errores planimétricos estimados en 0.3m (FOTONOR [2003]) podrían explicar este sesgo en la
comparación, aunque la explicación más probable es que se deba a los errores asociados a los puntos GPS-RTK,
que al ser una zona de frentes dunares es mayor que en las otras dos áreas piloto (5 – figura 4.5).
Figura 5.19. Situación de la información de referencia del Proyecto MADRE en el área piloto C (Transecto 3) sobre el MDT
LiDAR. Se incluye un perfil con las diferencias entre la información de referencia y el MDT. Se han marcado en rojo las áreas
en la zona con los puntos clasificados como objeto. En el perfil se ha marcado en verde el área donde se ha recalculado el
Modelo Digital del Terreno (explicación en el texto). Cartografía base: MDT ALS. Proyección UTM, huso 29N.
Cota T3 (GPS-RTK) - MDT
Cota T3 (GPS-RTK) - MDT *
Diferencias COTA(T3)- Modelo [m]
Figura 5.20. Zona piloto C, Transectos: histogramas de las diferencias entre la información de referencia del transecto 3 y el
MDT LiDAR (MDT, superior) y el recalculado en los frentes dunares (MDT*, inferior). Flechas explicadas en el texto.
Tabla 5.8 Zona piloto C, Transectos: estadísticos de las diferencias entre la información de referencia y el
MDT a validar con puntos erráticos, con los métodos de los percentiles y del intervalo de confianza.
-0.053m
1.467m / -0.331m
0.576m
Estadísticos MDT
70 / 99%
2 / 2.8%
-0.095m
0.177m
0.397m / -0.331m
-0.053m ± 0.566m
-0.095m ± 0.294m
-0.095m ± 0.294
Tabla 5.9 Zona piloto C, Transectos: estadísticos de las diferencias entre la información de referencia y el
MDT modificado (MDT*).
-0.112m
-0.112m ± 0.235m
Estadísticos MDT *
66 / 92%
6 / 8.3%
-0.114m
0.123m / -0.282m
0.123m / -0.331m
-0.114m ± 0.161m
-0.125m ± 0.180m
Como se ha indicado en el capítulo 3 éste es un proceso manual o semi-manual en el que se usa el
conocimiento del terreno y herramientas de visualización en 2D y 3D de los datos.
La validación cualitativa evalúa la aceptación o no del modelo para un área en concreto. Como ya se ha
mencionado, requiere visualizar el modelo en tres dimensiones con la posibilidad de superponer la ortofotografía
de la que se dispone y la nube de puntos clasificada. Para la visualización se han usado los programas 3DEM
(Richard [2004]) y GNUPLOT (Williams y Kelley [1986-2004]). Para el resto de operaciones se han realizado un
conjunto de programas en FORTRAN (descritos en el anejo III) para:
cambio de datums / proyecciones (MCAL)
cambio de formatos de mallas (MGLEC)
generación de imágenes con tintas hipsométricas y ensayos de inundación (PNM)
visualización/edición de ficheros de texto de gran tamaño (FVIEW)
clasificación de la nube de puntos ALS(FILTER)
generación de mallas TIN (MESH_TRI2D)
generación de mallas regulares (MESH_GRID)
En los resultados de los análisis planteados en el capítulo 3 que se presentan a continuación, se han
aplicado las metodologías ya descritas al caso práctico del Parque Nacional de Doñana. Con su aplicación se ha
determinado el potencial de cada una de las comprobaciones realizadas para áreas llanas como la analizada.
5.3.1. Comprobaciones genéricas
Estas comprobaciones se han descrito en el capítulo 3. Se consideran genéricas aquellas comprobaciones
aplicables a cualquier proyecto ALS para validar un Modelo Digital de Elevaciones. En este epígrafe se aplican al
caso práctico analizado exhaustivamente con abundantes ejemplos. Su extensión a todo el levantamiento se
incluye en el anejo II y en el anejo IV en versión digital, con los vuelos sobre el levantamiento grabados en video.
Área cubierta – islas
Es una comprobación funcional y contractual. Se detectan áreas no cubiertas que pueden generar
problemas en las aplicaciones del MDT. Un área no cubierta es muy costosa de reparar. Se completa con
información de menor calidad o en el peor de los casos requiere un trabajo adicional de campo.
En este caso el modelo se generó para aplicaciones hidráulicas. Para la detección de áreas no cubiertas, en
un primer momento, se ha usado el perímetro de contrato (GEA [2002]). En una segunda aproximación se ha
aplicado la primera técnica de inundación descrita en el epígrafe 3.2.2 (ensayo “equicota”) y se ha comprobado si a
las cotas máximas de “inundación” se rebasan los límites del modelo.
Con la primera comprobación se hallaron 10 áreas donde no se había alcanzado el límite definido en el
contrato (figura 5.21). Algunas de ellas se han revelado importantes para la aplicación hidráulica del modelo con la
segunda comprobación. Ésta consistió en inundar el modelo y comprobar si llegaba a alguno de sus límites.
Primero se localizaron las cotas en que el muro/dique que aísla el Parque Nacional rebosa (cotas máximas de
inundación). Éstas se encuentran entre 2.16m y 2.20m (análisis detallado en el epígrafe 5.3.2; figura 5.56, pg. 136).
Se ha inundado el modelo a 2.20m con el método “equicota” y se han localizado 3 áreas donde el modelo era
insuficiente (A.1, A.2 y A.3 de la figura 5.21, que coinciden con las 2, 7, 8, 9 y 10 del primer análisis).
Para completar el modelo se ha usado información de menor calidad. Desde puntos GPS-RTK con menor
densidad, hasta cartografías antiguas como la serie Mulhacén (Junta_de_Andalucía [1975]) o información indirecta
como el tipo de vegetación en la ortofotografía (en la Marisma es muy sensible a la cota, como se ha explicado en
el capítulo 4). El proceso de elaboración de la ampliación de estas áreas se encuentra en el anejo II.
La detección de islas se ha realizado con los vuelos virtuales del MDT. Éstas son áreas vacías dentro del
modelo, sin datos. En la figura 5.22 se presenta una isla no relacionada con algún proceso de generación del
modelo de elevaciones. En la figura 5.23 se han marcado dos islas (1-2) debidas a errores del sistema GPS/INS
(aunque éstas se tratarán en el epígrafe 5.3.1.5). Una ampliación de la isla 1 de dicha figura se ha presentado en la
figura 2.20. Su detección e inspección permite la localización de problemas en el modelo. Son áreas sin
información donde la aplicación del MDT puede tener una mala solución. Su reparación se incluye en el anejo II
(epígrafe II.1).
Figura 5.22. Situación de la isla detectada en el modelo al Norte del levantamiento, en el área de Matasgordas. La isla es la
faceta triangular sin datos dentro del recuadro blanco.
Figura 5.21. Doñana: en fucsia los límites de contrato del levantamiento ALS sobre el modelo realizado y la ortofotografía.
En amarillo se han marcado las áreas no realizadas (de 1 a 10) y dentro de ellas las áreas que se han debido llenar con
información de menor calidad para completar el modelo hidráulico Cartografía base: ortofotografía y MDT LiDAR.
Densidad / penetración
La densidad media adoptada para el levantamiento fue de un punto cada 3.5m2 (0.286p/m2; FOTONOR
[2003]). La primera aproximación es verificar si a nivel global se cumple este valor. Se ha usado la expresión E.3.6
para obtener un valor:
nº puntos _ terreno
207297382 p
= 0.37 p / m 2
2m·2m·138638830
Área·Celdas
(E 5.1)
Aunque el valor obtenido sea superior al valor mínimo (0.37p/m2 > 0.29p/m2) no se asegura la calidad
del modelo con esta primera aproximación. Para localizar áreas con bajas densidades debe realizarse un mapa de
densidad tal y como se ha explicado en el epígrafe 3.3.1.2. El proceso de cálculo consiste en contar el número de
puntos clasificados como terreno sobre un emparrillado con celdas mayores que las del MDT. El modelo del
mapa de densidades se ha generado con una resolución de 10x10m (el MDT es de 2x2m). Los resultados se
presentan en la figura 5.23.
Conjuntamente con el mapa de densidades se ha realizado el mapa de penetración de los impactos láser
usando la expresión E.3.7. El mapa calculado se presenta en la figura 5.24. Su comparación con la densidad
permite analizar las situaciones reflejadas en las ampliaciones A, B, C, D y E de las figuras 5.23 y 5.24. El análisis
para cada una de estas ampliaciones se presenta a continuación:
• En la ampliación A se presenta un área inundada (A.1, figuras 5.23 y 5.24) que ha limitado los
retornos láser (Lucio de la Canariega en El Rocío). En la figura de penetración se localizan las
áreas sin retornos. Esta zona casi no tiene retornos en el cuerpo de agua. También se ha marcado
un área sin densidad y penetración (A.2) porque los puntos sobre los edificios se han clasificado
• Se produce una situación similar en la ampliación D (figuras 5.23 y 5.24). Esta área contiene
arrozales; vegetación densa, húmeda y de porte medio (≈ 1.5m-2.0m) en su estado maduro. Son
áreas de baja densidad y penetración con núcleos aislados de altas penetraciones (D.1, figuras
5.23 y 5.24). Esto indica que el láser ha tenido dificultades para llegar al terreno y el filtro de la
nube de puntos ha podido detectarlo porque algunos impactos han conseguido penetrar. Los
problemas de representatividad del MDT asociados a estas áreas se presentan más adelante en la
• En el área del Cerrado Garrido (B, figuras 5.23 y 5.24) se da un caso similar al D, en B.1 (efecto
vegetación densa y húmeda) junto a un área inundada (B.2, figura 5.23). El tipo de vegetación se
presenta en la figura 5.25. La fotografía se tomó con una cota de la lámina de agua mayor. Se
observa un área de baja densidad (en rojos) en el cauce del Guadiamar. El resultado de esta baja
densidad se analiza más adelante (figura 5.26).
• En la Marisma se encuentran áreas con vegetación densa aunque de menor porte. En el área C
(figuras 5.23 y 5.24) se presenta una laguna (C.1) donde no hay vegetación y la densidad es buena.
A estas lagunas las rodea vegetación densa, húmeda y de porte bajo (≈ 1m) que produce baja
densidad de puntos láser (C.2, figura 5.25). En la penetración se dan valores bajos aunque en
menor cantidad que en D.
• La última ampliación se ha realizado en un área de frentes dunares y “corrales” (E, figura 5.23).
La penetración y la densidad son bajas, apreciándose una línea que separa un área con densidades
y penetraciones más bajas que coincide con el perímetro de contrato (E.2/E.1). En esta zona de
baja densidad se ha aplicado un tratamiento automático de clasificación de puntos con los
parámetros aplicados al resto del levantamiento (en E.3 funciona bien dado que es Marisma). Las
crestas de los frentes dunares (en esta área de baja densidad) han sido eliminados por sus
mayores pendientes. Las áreas sin densidad son crestas eliminadas (E.1 negro en la figura 5.23 y
rojo en la figura 5.24) como en el caso de la figura 5.19.
En el gráfico de penetración (figura 5.24) son visibles las áreas de solape entre pasadas. Esto se debe a
que los criterios de clasificación de la nube de puntos fueron más estrictos que los residuos del proceso de
homogenización de las tiras del levantamiento. Así, se producen más identificaciones como objeto en áreas de
solape, resultando, según las expresiones E.3.6 y E.3.7, una menor penetración y una densidad menor de la
Figura 5.23. Doñana: densidad del levantamiento sobre celdas de 10x10m. En blanco los valores superiores a 1 punto/3.5m2
y en rojo los valores inferiores a 1p/35m2. En negro las áreas sin puntos del terreno. Las ampliaciones (A, B, C, D, E) y sus
áreas (A.1, A.2, B.1, B.2, C.1, C.2, D.1, E.1, E.2, E.3) se explican en el texto. Las áreas con islas marcadas con los números 12 se han explicado en el epígrafe 5.3.1.1. Las áreas I.1 a I.8 se explicarán en el epígrafe 5.3.2.a.
Figura 5.24. Doñana: mapa de penetración de los impactos láser dentro del Parque Nacional. Se han ampliado las mismas
áreas que en la figura 5.23.
Figura 5.25. Detalle de las áreas ampliadas B y C en las figuras 5.23 y 5.24. La ortofotografía fue realizada en
las mismas fechas del levantamiento ALS. Las fotografías de la derecha muestran el tipo de vegetación.
Se ha analizado la ampliación de la zona B.1 (figuras 5.23, 5.24 y 5.25). En la figura 5.26 se ha superpuesto
al Modelo Digital del Terreno los puntos clasificados como terreno en una pequeña franja. También se ha
realizado un corte (A-A’ - figura 5.27) con el modelo, dos franjas a z=±10cm (líneas discontinuas), los puntos del
primer y último retorno, clasificados como terreno y como objeto.
Figura 5.26. MDT de la ampliación B.1 (figuras 5.23, 5.24 y 5.25). Se ha superpuesto una franja de puntos
clasificados como terreno. Se muestra la densidad de las tres áreas de la franja de puntos. Cartografía base:
MDT LiDAR. Coordenadas UTM huso 29N. Datum ED50.
Figura 5.27. Corte A-A’ de la figura 5.26 donde se ha superpuesto el Modelo Digital del Terreno, dos franjas
de 10cm arriba y abajo del modelo y los puntos de los dos retornos (FR y LR) clasificados como terreno y
objeto (GND y OBJ). También se muestra el escalón (E) en el modelo.
En la figura 5.27 se observa un escalón (E) de 18cm. En el área que abarca el recuadro de color naranja se
observa una baja cantidad de puntos clasificados como terreno (coincide con la vegetación de B.1 en la figura
5.25). En estas áreas es posible que la medida láser no llegue al terreno y los puntos más bajos se identifiquen
como terreno. Combinando este efecto con una baja densidad (poca información del terreno) se introducen
sobreelevaciones locales en el MDT. Se ha comprobado la incidencia de estos artefactos aplicando el segundo
método de los ensayos de inundación planteados en el capítulo 3 (“contorno activo”). Se ha verificado que no se
altera significativamente el flujo de agua. Así se ha comprobado que las diferencias son locales y poco frecuentes
en el levantamiento (los detalles de este análisis, por ser específicos, se verán en el epígrafe 5.3.2).
Por lo que respecta al resto de situaciones descritas en las ampliaciones: las debidas a cuerpos de agua se
analizan en el siguiente epígrafe (A y D, figuras 5.23 y 5.24), la situación descrita en la ampliación C (figuras 5.23 y
5.24) se ha resuelto del mismo modo que la desarrollada en este epígrafe (descenso de densidad por vegetación
baja, agrupada y húmeda), y por último la ampliación E (figuras 5.23 y 5.24), aunque es una de las áreas a mejorar,
no varían los resultados de un análisis hidráulico por estar demasiado elevadas (están en las dunas). Por esta razón
no se incluye el desarrollo del análisis para estas áreas en esta memoria (aunque se ha incluido una solución en el
Como ya se indicó en el capítulo 3 (epígrafe 3.3.1.2) el MDT deja de ser representativo si se elimina más
de un 90% de la información en un caso general (Maune [2001]). Se ha comprobado que descensos graves en la
densidad de puntos LiDAR clasificados como terreno han introducido artefactos (sobreelevaciones) en el MDT.
Los mapas de densidad y penetración permiten su detección y análisis. Se ha comprobado también el modelo
mediante ensayos de inundación permitiendo una inspección más sistemática y precisa (como se verá en el
epígrafe 5.3.2 y los anejos II y IV).
En este caso se disponía de un área como Matasgordas (primer apartado del epígrafe 5.2.2), donde
comprobar numéricamente cuál es el error asociado a un descenso de densidad de puntos clasificados como
terreno. El procedimiento ha sido eliminar aleatoria y homogéneamente puntos clasificados como terreno,
construir el MDT y compararlo con los puntos GPS-RTK del área. En la figura 5.28 se presentan los resultados de
este proceso en el área piloto A de Matasgordas. En el gráfico inferior se muestra cómo evolucionan los
estadísticos para cada comparación con la densidad degradada. Estos sólo se degradan ligeramente a partir del
99% de puntos eliminados para generar el MDT. En la parte superior se presenta una ampliación de un área del
modelo con un 5.8% de puntos terreno eliminados (a la izquierda) y con un 99.6% de puntos eliminados (a la
Porcentaje de puntos ALS eliminados [%]
Figura 5.28. Evolución de los estadísticos en el área de Matasgordas ante descensos de densidad de puntos
clasificados como terreno de forma aleatoria (en la parte inferior). Modelo Digital de Elevaciones generado con
una pérdida de un 5.8% de puntos a la izquierda y un 99.6% a la derecha. Se han marcado las zonas 1 y 2 para
mostrar la degradación del modelo (M=media, SD=Desviación típica, RMS= error medio cuadrático).
De los resultados se deduce que, en áreas llanas como la marisma de Doñana, una gran pérdida de puntos
en una zona no se traduce en un empeoramiento de los estadísticos en una comparación cuantitativa. En las
ampliaciones se muestra como los elementos de la izquierda (1 y 2) no se ven en la derecha (con una pérdida de
99.6% de puntos respecto al número total), y sin embargo los estadísticos no lo reflejan (el RMS sólo empeora
2cm). Todo esto refuerza la idea que para conseguir que el MDT sea útil para un usuario final (que es el objetivo
último cuando de realiza un modelo), no basta con definir sólo criterios de calidad basados en la densidad o en la
precisión estadística, como se mostrará en los capítulos siguientes.
Límites de cuerpos de agua e información contenida
En la zona del levantamiento se encuentran cuerpos de agua, aunque el levantamiento se realizó en
septiembre, que es cuando su presencia es mínima. Se han distinguido a continuación dos situaciones en que se
han encontrado errores: los cauces con agua en circulación y las áreas con agua estancada (lagunas). Ambas son
extensiones muy reducidas (son puntuales), excepto el Río Guadalquivir, aunque está fuera de la Marisma y de la
zona de contrato. Los calados de las dos áreas distinguidas son mínimos. Los efectos son sobre la densidad y la
introducción de artefactos (que hemos denominado falsas presas).
Los cauces con agua son esencialmente el Río Guadalquivir y el Brazo de la Torre. Ambos están
afectados por mareas y han sido cubiertos por distintas tiras del levantamiento ALS realizadas a horas distintas.
Esto genera falsos escalones en el cauce debido a los distintos estados de la marea para cada pasada.
En el Guadalquivir se ha localizado una densidad de puntos mayor de la esperada, dado que una lámina
de agua libre se comporta como una superficie especular (figura 2.16). En algunas áreas la densidad es igual a la de
tierra firme. El sensor láser ALTM no tiene la capacidad de obtener la lámina de agua como los equipos
batimétricos. El comportamiento comúnmente aceptado es que sólo se obtiene retorno si la lámina de agua es
perpendicular a la trayectoria de la medida láser (epígrafes 2.2.1.1 y 3.3.1.4). Así, en áreas expuestas a oleaje o
viento debería darse un mayor retorno de puntos.
La figura 5.29 muestra el área del Río con el MDT y el corte realizado por su eje longitudinal. En el corte
se observa una estructura en escalones del modelo. Los escalones coinciden con pasadas del avión realizadas en
días distintos y horas distintas.
Distancia sobre el perfil [m]
Figura 5.29. Modelo Digital del Terreno en las inmediaciones del Río Guadalquivir desde el Brazo de la Torre (A’; derecha)
hasta prácticamente su desembocadura (A; izquierda). Se muestra el modelo dentro del cauce y un perfil a lo largo de su eje
longitudinal aproximado.
Por otro lado se han comprobado los niveles en la desembocadura del Guadalquivir con el mareógrafo de
Bonanza (número 3332 de la red REDMAR [2005]) aguas debajo de la figura. Los niveles máximo y mínimo
mensuales de septiembre del 2002 son respectivamente 2.2m y -1.1m (cotas enlazadas con el NMMA). Es decir, la
carrera de marea habitual es superior a los 3m). Los puntos del MDT sobre el Guadalquivir (corte figura 5.29) se
encuentran dentro del intervalo de las mareas.
Parece probable que estos puntos sean la superficie del río en cada pasada. Pero no deja de sorprender la
densidad alta de puntos, que puede ser explicable por la potencia del láser y la baja altura de vuelo, la carga en
suspensión del agua, y/o la rugosidad de la superficie del río en movimiento. El Guadalquivir en este tramo es un
río navegable con un tránsito fluido hasta el puerto de Sevilla. Además la carga de sedimentos en suspensión es
alta, y parte de la energía podría reflejarse en ella.
Así, el oleaje y la gran carga de sedimentos se consideran como las causas más probables de este volumen
de retornos. No tener la información de la reflectancia o intensidad del retorno láser limita la determinación del
origen de la alta densidad de datos.
Sea cual sea el origen de esta alta densidad, el área del cauce del Río Guadalquivir no ha sido tratada
correctamente ya que no se ha delimitado ni eliminado del modelo; tampoco se han modificado las cotas en el
MDT para facilitar el flujo de agua, como se comentará más adelante.
En el Brazo de la Torre se da una situación similar. Las zonas inundadas presentan unos escalones en el
cauce. En la figura 5.30 se han marcado los saltos en el modelo con puntos rojos. Los más elevados están
relacionados con las pasadas (pasadas 1 y 2). Se han realizado dos ampliaciones (A y B) donde se muestran en 3D
los escalones en el MDT. Se ha marcado también un escalón en el caño del Buen Tiro. Estas falsas presas en el
cauce cambian los flujos en los análisis hidráulicos; no en su curso pero sí en las cotas necesarias para que se
produzca el flujo.
Estos escalones deben ser eliminados del modelo (el Guadalquivir sólo tiene la margen derecha dentro del
levantamiento ALS, y el Brazo de la Torre se encuentra completamente dentro del levantamiento). La opción
ideal es incorporar el fondo de los cauces, pero en este caso no se disponía de él. Para reparar el modelo se ha
optado por mantener la superficie inundada a la mínima cota entre las observadas. Con esta estrategia de mejora
del MDT se comete un error mínimo en la estimación de volúmenes, y no se modifican las condiciones de
contorno de la Marisma; tampoco se modifica el flujo de agua calculado con el MDT respecto al real.
Se ha localizado una situación similar en el Caño de Brenes y el Desagüe de la Figuerola. Para detectar
estas situaciones menos visibles se ha recurrido a los ensayos de inundación con un contorno activo que se
incluyen como un método específico. El caso se mostrará en la figura 5.45 y se detallará en el epígrafe5.3.2.a
(figura 5.51).
Figura 5.30. Modelo Digital del Terreno en el Caño Brazo de la Torre. Se han realizado dos ampliaciones (A y B). Los
puntos rojos son escalones del modelo en el cauce inundado. Se han marcado también los centros de dos pasadas del
levantamiento que producen un cambio importante de la elevación instantánea del agua medida en el levantamiento ALS.
Las lagunas son áreas deprimidas dentro de la Marisma. Durante el levantamiento (septiembre) las áreas
inundadas fueron mínimas. Como ya se ha comentado, en las áreas inundadas la densidad de retornos láser es
menor (figura 2.16) y la cota de los puntos láser es aproximadamente la de la lámina de agua. No se tiene
información LiDAR del fondo o lecho en un área inundada.
La baja densidad de puntos y el proceso de generación del MDT usado en este caso (ver epígrafe 5.1.1)
permite “ver” la red TIN con los puntos usados. Esta malla triangula puntos entre las partes emergidas y del agua
(se generan artefactos que impiden el paso “normal” del agua). El efecto se muestra en dos áreas como ejemplo; el
área del Arroyo de Rocina en la Canariega (figura 5.31) y el Caño del Guadiamar en el Parque Natural por encima
del muro de la FAO (figura 5.32). En ambas se ha superpuesto al MDT las áreas con densidades de puntos
inferiores a 0.1 puntos /m2 (rojo y naranja en el mapa de densidad; figura 5.23). Con la información de la
ortofotografía se han marcado en rojo las zonas relacionadas con masas de agua. La fusión se ha realizado con
una interpolación de la imagen a la resolución del MDT (IOI, epígrafe 3.2.2). En las áreas dentro de estas zonas se
ha amplificado el contraste para que sea visible la red de triángulos. Se ha marcado en cada ampliación uno de los
triángulos “visibles” (unen puntos sobre el agua y puntos emergidos suficientemente lejanos). Dado el poco
calado de los cauces en la Marisma (de 15 a 50cm) estos puntos emergidos son comunes en las áreas detectadas.
Las elevaciones de los puntos emergidos generan un volumen ficticio en el modelo por encima de la realidad que
funciona como una falsa presa.
Para estas áreas la modificación del modelo también pasaría por un trabajo extra para obtener el fondo o
lecho. Existen metodologías que permiten la estimación de profundidades a partir de datos multiespectrales
(Borges et al. [2004], Castillo y Bayarri [2005]). En el mejor de los casos se estima un error de 90cm, muy
dependiente de la turbiedad del agua (a mayor turbiedad, mayor error). En el caso de estudio las profundidades
son menores al metro y son aguas muy turbias (por la gran actividad bacteriológica). Así estas técnicas no son
aplicables a este caso. Como son áreas reducidas y las falsas presas detectadas no varían los flujos de agua, se
considera no modificarlas. En el cálculo de volúmenes son una fuente de error mínima. Las que se han reparado,
debido a su excesiva influencia, se incluyen en los anejos II y IV.
Figura 5.31. Detalle del Arroyo de la Rocina en la Canariega y la Boca del Lobo (junto a El Rocío). Se muestra el
Modelo Digital del Terreno sobre la ortofotografía. Se han marcado en rojo los límites de bajas densidades relacionadas
con masas de agua. En la ampliación se muestra este límite sobre el modelo. Se ha resaltado el contraste dentro del área
de baja densidad y se ha marcado, a título de ejemplo, un elemento de la triangulación.
Figura 5.32. Detalle del cauce del Guadiamar en el Parque Natural al Norte de la Marisma. Sobre el MDT se han
superpuesto las áreas de baja densidad. En rojo las relacionadas con masas de agua. Se adjuntan dos ampliaciones (A y B)
donde se ha resaltado el contraste en las áreas de baja densidad y marcado un triángulo a modo de ejemplo. Cartografía base:
ortofotografía y MDT LiDAR.
Errores de clasificación en diferentes ambientes
Estos errores son debidos a fallos en el filtro de clasificación de la nube de puntos LiDAR. En este
epígrafe se detalla la aplicación y adaptación de los ambientes presentados en el capítulo 3 al caso práctico
Puntos falsos
Según se explicó en el capítulo 3, los puntos falsos pueden ser elevados o bajos. El algoritmo de
clasificación de la nube de puntos usado asegura que los primeros se eliminan del modelo (segundo filtro –
epígrafe 5.1.1) si están suficientemente separados del terreno real. Con los falsos puntos bajos el filtro elimina los
valores erráticos mayores que 1m (segundo filtro – epígrafe 5.1.1). Pero el concepto de los filtros intenta preservar
los puntos bajos ya que asumen como hipótesis básica que estos puntos son terreno, y este principio genera
Existen algoritmos específicos para la detección de los falsos puntos bajos como el presentado por Kraus
y Pfeifer [2001] basados en localizar áreas con puntos clasificados como objeto con un punto clasificado como
terreno dentro (figura 5.33). En todo caso la inspección visual es necesaria después de la detección automática.
Para ello se requiere la visualización en tres dimensiones del modelo con movimiento sobre él. También es muy
necesaria la fusión con otro tipo de información (reflectancia del ALS, ortofotografías, información
multiespectral…) que permita identificar qué tipo de terreno /objeto se está visualizando. Se ha usado el
programa 3DEM (Richard [2004]) para la visualización en modo de video animado de cualquier porción del
terreno (se incluyen en formato AVI en el anejo IV).
El efecto que producen los puntos falsos, altos o bajos, es el denominado “efecto cubo” ya que
visualmente el modelo adopta una forma piramidal. En la figura 5.34 se presenta un falso punto bajo en el área de
Vetalengua. El punto se encuentra en un lucio justo al Norte de la Veta del mismo nombre. Se ha invertido el
Modelo Digital del Terreno (de 2x2m) para una mejor visualización. La depresión tiene 0.5m de altura y unos 15m
de diámetro. Por el efecto del punto bajo se han clasificado como objeto 70 y 78 puntos del primer y último
retorno que no se incluyen en la ampliación de la figura 5.34. Estos puntos se deben a pequeños errores del
sistema (en la medida del tiempo) o al efecto multicamino (3.3.1.5) .Como ya se ha dicho, el filtro usado “asegura”
que la magnitud de este efecto es inferior al metro (en los bajos). Así la incidencia de estos pequeños artefactos es
mínima y no es necesario recalcular el modelo en la Marisma.
También se han detectado falsos puntos elevados en el modelo. Estos se deben a errores de clasificación
(se preserva un objeto como terreno). El efecto se presenta en la figura 5.35 donde se ha exagerado nueve veces la
escala vertical. Al MDT se le ha superpuesto la ortofotografía. La fusión, como en los casos anteriores, se ha
realizado con una estrategia IOI. En la figura se muestra el frente dunar que entra en contacto con la Marisma (a la
derecha del frente dunar en A). La morfología de los puntos elevados del modelo coincide con un frente dunar
(elevaciones con vértices redondeados). El marcado (A.1, figura 5.35) es más puntiagudo y de forma piramidal.
Este punto elevado es un objeto (vegetación) no eliminado del MDT que se encuentra 8m por encima del
Figura 5.33. Falso punto bajo en el Lucio de los Ánsares (H=0.21m). Se ha marcado el área con puntos clasificados como
objeto debido al falso punto bajo. Proyección UTM, huso 29N.
Figura 5.34. Falso punto bajo en la Laguna de Vetalengua. El MDT se presenta invertido. A la derecha se presenta la
ampliación del falso punto bajo con los puntos clasificados como terreno para el primer y el último retorno. Cartografía base:
MDT LiDAR. . Proyección UTM, huso 29N, coordenadas X e Y en metros. Datum ED50.
Figura 5.35. Contacto entre el ambiente dunar y la Marisma en el área de la Mancha Grande (Sur del levantamiento
ALS). Se ha ampliado un falso punto elevado mal clasificado. La escala vertical se ha exagerado 9 veces. Explicación en
el texto. Cartografía base: ortofotografía y MDT LiDAR.
Éste y otros ejemplos como éste (incluidos en el apartado de efectos de la vegetación) muestran los
problemas del concepto del filtrado usado cuanto se trata algún ambiente que no sea la Marisma. El ajuste del
ancho de ventana del operador morfológico usado en la clasificación de la nube de puntos LiDAR (filtro 1
epígrafe 5.1.1) y los valores de la función de aceptación como puntos del terreno (filtro 2 epígrafe 5.1.1) para la
Marisma son la causa de los errores. La visualización en 3D del MDT debería haber permitido localizar estos
errores. En la memoria FOTONOR [2003] se afirma que las áreas fuera de contrato no han sido inspeccionadas
visualmente ni editadas entre los dos filtros (epígrafe 5.1.1). Éste puede ser el motivo por el que se han mantenido
estos errores en el modelo.
La detección automática sería posible sobre el Modelo Digital de Elevaciones con los métodos
propuestos por Felicísimo [1994] y Jenson y Domingue [1988]. El primero usa criterios estadísticos para detectar
errores en el MDT. El segundo usa técnicas de inundación para derivar mapas de pendientes en el MDT y no está
pensado específicamente para su detección. Pero, en su primera fase de cálculo “inunda” el modelo para tapar los
“huecos”. Esta parte puede ser aprovechada para la detección semiautomática de estos elementos. Aún así la
influencia de los falsos puntos bajos es mínima y no tiene implicaciones en los modelos de hidráulica superficial ya
que su efecto es muy local (algunas decenas de metros alrededor del error). Por esta razón no se han eliminado del
Objetos o estructuras lineales (diques o “muros”)
Como se ha descrito en el capítulo 4 un elemento básico del terreno en el Parque Nacional de Doñana es
el conjunto de “muros” o diques y compuertas que regulan el flujo de aguas superficiales en la Marisma. Estos
elementos deben ser preservados en un modelo útil para estudios de hidráulica superficial. El problema para el
filtro de clasificación de la nube de puntos es que los diques se comportan como objetos alargados, que son
detectados por su lado estrecho como objeto (transversalmente no son una elevación natural) y eliminados del
MDT. Su preservación requiere líneas de rotura (al menos con los filtros usados). Se ha controlado la preservación
de estos elementos. El estudio de las compuertas se detalla en el siguiente apartado.
El ancho y orientación de estas estructuras respecto los ejes y la resolución de la malla del modelo,
condicionan su preservación. En este caso con un ancho de malla de 2m y una orientación desfavorable de 45º, el
ancho mínimo de la solera del dique debe ser de 3m para que sea detectable (la “Montaña del Río” tiene 4m).
Se ha revisado la red de diques que aíslan el perímetro del Parque Nacional y el resto del modelo (). En
verde se presentan aquellos diques donde no se han encontrado problemas; en rojo aquellos que han sido
eliminados total o parcialmente. Las correcciones realizadas en todo el levantamiento se incluyen en los anejos II y
IV. La comprobación se ha realizado en un primer momento con los vuelos virtuales sobre el MDT con la
ortofotografía incluidos en el anejo IV (archivos de video). La detección semiautomática de estos problemas se ha
realizado con los ensayos de inundación que se presentarán en el epígrafe 5.3.2 y que se han descrito en el capítulo
Los diques marcados en rojo se encuentran en su mayoría fuera del perímetro del levantamiento (en azul
). En el informe de procesado (FOTONOR [2003]) se indica que en las áreas fuera de contrato (figuras 5.21 y
5.36) se ha realizado un proceso automático (sin la inspección visual). El tratamiento automático ha eliminado los
diques debido a un fallo de clasificación del filtro que los ha identificado como objeto.
En la figura 5.37 se amplia un área donde se ha tratado el dique como objeto en el Encauzamiento del
Brazo de la Torre (D en la ). A la izquierda de presenta el Modelo Digital del Terreno con la escala vertical
ampliada 9 veces y con la ortofotografía superpuesta (fusionada como en los casos anteriores). A la derecha una
vista tridimensional de la ampliación del modelo con la nube de puntos superpuesta (A-A’). Se observa así que en
un tramo se ha preservado el “muro” mientras que a partir de la zona ampliada se han eliminado sus puntos del
MDT. La zona no conservada se encuentra fuera del perímetro contractual del levantamiento.
En la se indica con una C una sección del dique de la “Montaña del Río” con errores del ALS. Esta área
se ha ampliado en la figura 5.38, donde se presentan tres boquetes en el dique que cierra la Marisma al Brazo de la
Torre (y al Guadalquivir) en el Caño del Buen Tiro. En la subfigura 5.38.B se observa que los cortes en los diques
se deben a la ausencia de puntos láser. Esta pérdida se debe a errores del sistema (generalmente del conjunto de
sistemas GPS/INS). Existen otros en el levantamiento que se analizan en el epígrafe 5.3.1.5 y que se presentan en
los anejos II y IV. Este error debe ser reparado para que no influya en los cálculos hidráulicos que se están
realizando sobre el MDT final (Bladé y de Pourcq [2006]).
Otro problema asociado a los diques es cuando su tamaño es menor que la resolución del MDT. En la
Marisma se encuentran diques no transitables, con anchos en coronación del orden del metro. El modelo en esos
casos genera crestas en la parte elevada del dique como se muestra en las ampliaciones B y C de la figura 5.39. El
tratamiento automático de estos casos es complejo y sujeto siempre a supervisión. Se requiere distinguir el tipo de
objeto para preservar los que son diques. Aún así los casos detectados no son significativos y no controlan el flujo
de agua en la Marisma.
Figura 5.37. Detalle de un dique no preservado en la Vuelta del Rodeo, en el Brazo de la Torre (área D, figura 5.36). A la
izquierda, el MDT con la ortofotografía superpuesta y con la escala vertical exagerada. A la derecha, una ampliación del
modelo con la nube de puntos del muro. Cartografía base: ortofotografía y MDT LiDAR. Proyección UTM, huso 29N,
coordenadas X e Y en metros. Datum ED50.
Soporte técnico para solución de inconvenientes con el uso del

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