Processamento de Dados LiDAR para Análise de Vegetação

Este repositório contém uma coleção de scripts e dados de exemplo para o processamento de dados LiDAR, focados na análise de vegetação. Os materiais aqui presentes demonstram como realizar um fluxo de trabalho completo, desde a classificação da nuvem de pontos até a extração de métricas e a identificação de árvores individuais. O projeto utiliza duas abordagens principais: o software FUSION e o pacote lidR para a linguagem de programação R.

Estrutura do Projeto

O repositório está organizado da seguinte forma:

• /docs: Contém a documentação teórica e material de apoio em formato PDF.
• /fusion: Scripts em lote (.bat) e R (.R) para o processamento de dados LiDAR com o FUSION.
• /las: Arquivos de dados LiDAR de exemplo no formato .laz.
• /lidr: Scripts em R para o processamento de dados LiDAR com o pacote lidR.
• /transecto: Scripts em R para análises mais específicas e avançadas, como a análise de fronteira de eficiência.

Pré-requisitos

Para executar os scripts e processar os dados, é necessário instalar o seguinte software:

1. LAStools

O LAStools é uma suíte de ferramentas para o processamento de dados LiDAR. Embora não seja diretamente utilizado pelos scripts deste repositório, é uma ferramenta essencial para a manipulação e visualização de dados LiDAR.

• Download: https://rapidlasso.de/downloads/
• Instalação:
  1. Baixe a versão mais recente do LAStools.
  2. Extraia o conteúdo para um diretório em seu computador (ex: C:\LAStools).
  3. Adicione o diretório bin do LAStools (ex: C:\LAStools\bin) à variável de ambiente PATH do seu sistema.

2. FUSION

O FUSION é um software desenvolvido pelo Serviço Florestal dos EUA para visualização e análise de dados LiDAR.

• Download: http://forsys.cfr.washington.edu/fusion/fusionlatest.html
• Instalação:
  1. Baixe a versão mais recente do FUSION.
  2. Execute o instalador e siga as instruções. Recomenda-se instalar em um diretório como C:\FUSION\.
  3. Adicione o diretório de instalação do FUSION (ex: C:\FUSION\) à variável de ambiente PATH do seu sistema.

3. R e RStudio

R é uma linguagem de programação para computação estatística e gráficos. RStudio é um ambiente de desenvolvimento integrado para R.

• Download do R: https://cran.r-project.org/
• Download do RStudio: https://www.rstudio.com/products/rstudio/download/
• Instalação: Instale o R primeiro e, em seguida, o RStudio.

Bibliotecas R

Após a instalação do R e do RStudio, abra o RStudio e instale as seguintes bibliotecas, que são necessárias para executar os scripts R deste repositório:

install.packages(c("lidR", "raster", "terra", "sf", "rgdal", "tidyverse", "ggplot2", "gridExtra", "future", "RCSF"))

Fluxo de Trabalho de Processamento

Este repositório apresenta dois fluxos de trabalho principais para o processamento de dados LiDAR:

1. Fluxo de Trabalho com FUSION

Os scripts no diretório /fusion utilizam as ferramentas de linha de comando do FUSION para realizar o processamento. Este fluxo de trabalho é adequado para a automação de tarefas em lote e é controlado principalmente por scripts R que chamam os executáveis do FUSION. As etapas incluem:

• Classificação de pontos de solo.
• Criação de Modelos Digitais de Terreno (MDT).
• Criação de Modelos de Altura do Dossel (MDC).
• Cálculo de métricas da vegetação.
• Detecção de árvores individuais.

2. Fluxo de Trabalho com lidR

Os scripts no diretório /lidr utilizam o pacote lidR em R. O lidR fornece um ambiente completo para o processamento de dados LiDAR, com uma ampla gama de funcionalidades e algoritmos. As etapas são semelhantes às do FUSION, mas são executadas inteiramente dentro do ambiente R:

• Classificação de pontos de solo.
• Geração de MDT.
• Normalização da nuvem de pontos.
• Geração de MDC.
• Segmentação de árvores individuais.

Exemplos de Uso

Exemplo 1: Processamento com FUSION

Este exemplo mostra como modificar e executar o script Using FUSION v1.0.R para processar um conjunto de dados.

1. Abra o script fusion/Using FUSION v1.0.R no RStudio.

2. Modifique os caminhos: Altere as variáveis WORK.PATH e ORIG.LAS para apontar para os seus diretórios. Por exemplo:

   # Caminho para o diretório de trabalho do projeto
   WORK.PATH = "C:\\Users\\SeuUsuario\\Documents\\nativa-lidar\\"
   
   # Caminho para os arquivos .las de origem
   ORIG.LAS = "C:\\Users\\SeuUsuario\\Documents\\nativa-lidar\\las\\"
   
   setwd(WORK.PATH)

3. Execute o script: Você pode executar o script inteiro ou selecionar e executar partes do código para realizar etapas específicas do processamento.

Exemplo 2: Processamento com lidR

Este exemplo mostra como executar o fluxo de trabalho de processamento usando os scripts do diretório /lidr.

1. Defina o diretório de trabalho: Abra o script lidr/010set_wd.R e altere o caminho para o diretório raiz do seu projeto.

   # Defina o caminho para o diretório do projeto
   setwd('C:/Users/SeuUsuario/Documents/nativa-lidar/')

2. Execute os scripts em ordem: Execute os scripts de 010set_wd.R a 061chm2tree.R na sequência numérica para completar o fluxo de trabalho. Cada script realiza uma etapa do processo, como a classificação de solo, a geração do MDT e a detecção de árvores.

Resultados Esperados

Após a execução dos scripts de processamento, você obterá uma série de produtos derivados dos dados LiDAR. Abaixo estão alguns exemplos dos resultados esperados:

Modelo Digital de Terreno (MDT)

O MDT representa a superfície do terreno, sem a vegetação. Ele é essencial para a normalização da nuvem de pontos e para a análise topográfica.

(Placeholder para imagem de um MDT)

Modelo de Altura do Dossel (MDC)

O MDC representa a altura da vegetação acima do terreno. É útil para a visualização da estrutura da floresta e para a detecção de árvores individuais.

(Placeholder para imagem de um MDC)

Detecção de Árvores

Os scripts de detecção de árvores irão gerar um arquivo de pontos (geralmente um shapefile) que marca a localização de cada árvore individual detectada.

(Placeholder para imagem de um shapefile de árvores sobreposto a um MDC)

Visualização dos Resultados

Os resultados do processamento podem ser visualizados com uma variedade de softwares, incluindo:

• QGIS: Um software GIS de código aberto que pode visualizar arquivos raster (.asc, .tif) e vetoriais (.shp).
• LAStools: A ferramenta lasview pode ser usada para visualizar os arquivos .las e .laz.
• FUSION: O próprio FUSION possui uma ferramenta de visualização para dados LiDAR.
• R: Os resultados podem ser plotados e visualizados diretamente no R.

Exemplo de Visualização no R

Você pode visualizar um Modelo Digital de Terreno (MDT) gerado pelo lidR com o seguinte código:

# Carregue as bibliotecas necessárias
require(raster)
require(lidR)

# Carregue o catálogo de MDTs
dtm_ctg = readLAScatalog("./dtm/")

# Plote o MDT em 3D
plot_dtm3d(dtm_ctg, bg = "white")

Contribuições

Contribuições para este repositório são bem-vindas. Se você tiver sugestões, correções ou novos scripts, sinta-se à vontade para abrir uma issue ou enviar um pull request.