cambios topográficos en lechos de ríos de gravas: obtención de

CAMBIOS TOPOGRÁFICOS
EN LECHOS DE RÍOS DE
GRAVAS: OBTENCIÓN DE
MODELOS TOPOGRÁFICOS
DE MÚLTIPLE ESCALA A
PARTIR DE LÁSER
TERRESTRE
VERICAT D., BRASINGTON, J., WHEATON J., WILLIAMS, R., RICHKOV, I.
SEG2012
I. TOPOGRAFÍA Y GEOMORFOLOGÍA
NECESIDAD DE DATOS TOPOGRÁFICOS
(a) Caracterización: descripción
(b) Modelización: previsión i gestión
(c) Estudio dinámica: cambios | evolución
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Courtesy: James Brasington
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DIEZMANDO INFORMACIÓN TOPOGRÁFICA
(a) Perdida de información
(b) Efectos sobre procesos de baja
magnitud pero de alta frecuencia
Brasington, Vericat, Richcok (2012): WRR (in press)
SEG2012
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‘Progreso Tecnológico’
10-100 pts
Antes
1995
Secciones
1000-100.000 pts
Manualmente
Des de
1995
+ 1.000.000
Distribuido Espacialmente
Des de
2000
+ 50.000 p/s
101-103 rango
Actualidad
SEG2012
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NUEVAS OPORTUNIDADES … Y NUEVOS RETOS
Láser Scanner Terrestre (TLS)
(a) Modelos de Múltiple Escala
(b) Rapidez
(c) Técnica No-Invasiva
(d) …
e.g. Leica ScanStation C10
•
•
•
•
•
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LiDAR Terrestre
+50.000 pts/segundo
4-6 mm diámetro laser a 50 m
2 mm precisión at 50 m
Generación 3D x,y,z; point clouds
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II. OBTENCIÓN MODELOS TOPOGRÁFICOS A
ESCALA DE TRAMO DE RÍO MEDIANTE TLS
(a) Speed-up, adquisición rápida y óptima
GPS-Dianas
Stop-Scan-Go
B: SCAN 1
Targets
C: SCAN 2
D: SCAN 3
0
0
205
410
25
820
Units
50 Unknown
m
(b) Through-Water, batimetría indirecta
(c) Combinig dry-wet, modelos híbridos
→
Batimetría
RGB → d
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Brasington, Vericat, Richcok (2012): WRR (in press)
Williams, Brasington, Vericat, Hicks, Labrosse, Neal (2012): Dev. in Earth Surf. Proc., Elsevier.
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Modelos Híbridos
← Feshie, Scotland, UK
Rees, New Zealand
↓
Modelo óptico -TLS
GPS -TLS
SEG2012
Brasington, Vericat, Richcok (2012): WRR (in press)
Vericat, Brasington, Wheaton (in preparation).
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(a) Speed-up, adquisición rápida y óptima
GPS-Dianas
Stop-Scan-Go
B: SCAN 1
Targets
O
O
O
O
O
O
O
O
C: SCAN 2
D: SCAN 3
0
0
205
410
25
820
Units
50 Unknown
m
(b) Through-Water, batimetría indirecta
→
(c) Combinig dry-wet, modelos híbridos
(d) Precisión-incertidumbre, ground surf.
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Brasington, Vericat, Richcok (2012): WRR (in press)
Williams, Brasington, Vericat, Hicks, Labrosse, Neal (2012): Dev. in Earth Surf. Proc., Elsevier.
Batimetría
RGB → d
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III. POST-PROCESO: INFORMACIÓN RELEVANTE
Y ANÁLISIS DE INCERTIDUMBRE
(a) TopCat: geo-estadística, diezmando modelos obtenidos
mediante TLS; regularización y definición de superficies
(b) Incertidumbre: cualquier análisis de cambio requiere una
estimación de los límites mínimos de detección (minLoD)
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(a) TopCat: geo-estadística, diezmando modelos obtenidos
mediante TLS; regularización y definición de superficies
Brasington, Vericat, Richcok (2012): WRR (in press). TopCat free-available.
1. Topografía de superficies
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Rápido?
178 million point dataset at the highest 0.1 m resolution, on
a laptop PC with a moderate specification (Intel Core Duo
2.53 GHz processor, 8 GB of RAM, Windows 7 x64) required
22:32 minutes processing time
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(b) Incertidumbre: cualquier análisis de cambio requiere una
estimación de los valores mínimos de detección (minLoD)
1. Análisis complejo de incertidumbre f(x), done x:
•
Error asociado toma de observaciones
•
Densidad de observaciones
•
Complejidad topográfica (rugosidad, pendiente)
•
Coherencia de cambio celdas vecinas
Wheaton et al. (2010): ESPL 35:136-155. Matlab algoritmo disponible joewheaton.org
2. Análisis simple:
•
TLS → complejidad topográfica f(rugosidad) → SDETLS
•
GPS → incertidumbre topográfica f(perdida información
al diezmar el modelo; 95% obs. vs 5% obs) → SDEGPS
minLoD = t [(SDE1)2 + (SDE2)2]0.5
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IV. EVOLUCIÓN TOPOGRÁFICA, ANÁLISIS DE
CAMBIO: TLS → MEJORA CONOCIMIENTO?
(a) Obtención datos topográficos para dos períodos de
tiempo: i) TLS y ii) GPS.
(b) Creación Modelos Topográficos: i) Modelo Híbrido (TLSdry; GPS-wet), y ii) Modelo GPS.
(c) Cálculo límites de detección (minLoD): i) espacialmente
distribuido (modelos híbridos); y ii) único (modelos GPS).
(d) Creación de modelos de cambio y eliminación valores
por debajo minLoD.
(e) Comparación de la evolución topográfica: TLS vs GPS
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ESTUDIO EXPERIMENTAL: EL RÍO FESHIE,
SCOTLAND, UK; 2006-2007
(a) Obtención datos topográficos
(b) Creación Modelos Topográficos
Vericat, Brasington, Wheaton (in preparation).
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(c) Cálculo límites de detección (minLoD)
(d) Creación de modelos de cambio y eliminación
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Vericat, Brasington, Wheaton (in preparation).
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(e) Comparación de la evolución topográfica
Obtención dinámicas de pequeña
escala pero que una vez acumuladas
son relevantes a escala de tramo
↓
EVOLUCIÓN CAMBIO,
COMPARACIÓN
GPS
– 7,141 m3 Erosión
– 4,618 m3 Deposición
– Balance = -2,523 m3
TLS
– 10,992 m3 Erosión
– 7,144 m3 Deposición
– Balance = -3,648 m3
Comparación
– 154% erosión
– 156% sedimentación
– 150% variación
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Vericat, Brasington, Wheaton (in preparation).
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V. CONSIDERACIONES FINALES
(A) CAMBIO DE PARADIGMA: de un escenario con información
limitada a una situación con problemas para procesar la
información y obtener datos para análisis básicos en base a
hipótesis de partida.
(B) NECESIDADES: colaboración entre disciplinas y con la
administración/empresa
(C) TRANSFERENCIA: portales/herramientas de identificación
de información disponible, calidad y subministro
(D) MÍNIMOS CONOCIMIENTOS: el aprovechar las nuevas
tecnologías implica un aprendizaje de técnicas y herramientas
mínimas entre investigadores y profesionales sin perder de vista
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las hipótesis/objetivos de la investigación.
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COLABORADORES
Grupo Investigación RIUS
www.fluvialdynamics.com
Brasington
Smith
Rychov
Wheaton
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Williams, Neal, Labrosse,
Whitfield
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Muchas gracias por su atención
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www.reesscan.org
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