Computational methods to create and analyze a digital gene expression atlas of embryo development from microscopy images

Abstract The creation of atlases, or digital models where information from different subjects can be combined, is a field of increasing interest in biomedical imaging. When a single image does not contain enough information to appropriately describe the organism under study, it is then necessary to acquire images of several individuals, each of them containing complementary data with respect to the rest of the components in the cohort. This approach allows creating digital prototypes, ranging from anatomical atlases of human patients and organs, obtained for instance from Magnetic Resonance Imaging, to gene expression cartographies of embryo development, typically achieved from Light Microscopy. Within such context, in this PhD Thesis we propose, develop and validate new dedicated image processing methodologies that, based on image registration techniques, bring information from multiple individuals into alignment within a single digital atlas model. We also elaborate a dedicated software visualization platform to explore the resulting wealth of multi-dimensional data and novel analysis algo-rithms to automatically mine the generated resource in search of bio¬logical insights. In particular, this work focuses on gene expression data from developing zebrafish embryos imaged at the cellular resolution level with Two-Photon Laser Scanning Microscopy. Disposing of quantitative measurements relating multiple gene expressions to cell position and their evolution in time is a fundamental prerequisite to understand embryogenesis multi-scale processes. However, the number of gene expressions that can be simultaneously stained in one acquisition is limited due to optical and labeling constraints. These limitations motivate the implementation of atlasing strategies that can recreate a virtual gene expression multiplex. The developed computational tools have been tested in two different scenarios. The first one is the early zebrafish embryogenesis where the resulting atlas constitutes a link between the phenotype and the genotype at the cellular level. The second one is the late zebrafish brain where the resulting atlas allows studies relating gene expression to brain regionalization and neurogenesis. The proposed computational frameworks have been adapted to the requirements of both scenarios, such as the integration of partial views of the embryo into a whole embryo model with cellular resolution or the registration of anatom¬ical traits with deformable transformation models non-dependent on any specific labeling. The software implementation of the atlas generation tool (Match-IT) and the visualization platform (Atlas-IT) together with the gene expression atlas resources developed in this Thesis are to be made freely available to the scientific community. Lastly, a novel proof-of-concept experiment integrates for the first time 3D gene expression atlas resources with cell lineages extracted from live embryos, opening up the door to correlate genetic and cellular spatio-temporal dynamics. La creación de atlas, o modelos digitales, donde la información de distintos sujetos puede ser combinada, es un campo de creciente interés en imagen biomédica. Cuando una sola imagen no contiene suficientes datos como para describir apropiadamente el organismo objeto de estudio, se hace necesario adquirir imágenes de varios individuos, cada una de las cuales contiene información complementaria respecto al resto de componentes del grupo. De este modo, es posible crear prototipos digitales, que pueden ir desde atlas anatómicos de órganos y pacientes humanos, adquiridos por ejemplo mediante Resonancia Magnética, hasta cartografías de la expresión genética del desarrollo de embrionario, típicamente adquiridas mediante Microscopía Optica. Dentro de este contexto, en esta Tesis Doctoral se introducen, desarrollan y validan nuevos métodos de procesado de imagen que, basándose en técnicas de registro de imagen, son capaces de alinear imágenes y datos provenientes de múltiples individuos en un solo atlas digital. Además, se ha elaborado una plataforma de visualization específicamente diseñada para explorar la gran cantidad de datos, caracterizados por su multi-dimensionalidad, que resulta de estos métodos. Asimismo, se han propuesto novedosos algoritmos de análisis y minería de datos que permiten inspeccionar automáticamente los atlas generados en busca de conclusiones biológicas significativas. En particular, este trabajo se centra en datos de expresión genética del desarrollo embrionario del pez cebra, adquiridos mediante Microscopía dos fotones con resolución celular. Disponer de medidas cuantitativas que relacionen estas expresiones genéticas con las posiciones celulares y su evolución en el tiempo es un prerrequisito fundamental para comprender los procesos multi-escala característicos de la morfogénesis. Sin embargo, el número de expresiones genéticos que pueden ser simultáneamente etiquetados en una sola adquisición es reducido debido a limitaciones tanto ópticas como del etiquetado. Estas limitaciones requieren la implementación de estrategias de creación de atlas que puedan recrear un multiplexado virtual de expresiones genéticas. Las herramientas computacionales desarrolladas han sido validadas en dos escenarios distintos. El primer escenario es el desarrollo embrionario temprano del pez cebra, donde el atlas resultante permite constituir un vínculo, a nivel celular, entre el fenotipo y el genotipo de este organismo modelo. El segundo escenario corresponde a estadios tardíos del desarrollo del cerebro del pez cebra, donde el atlas resultante permite relacionar expresiones genéticas con la regionalización del cerebro y la formación de neuronas. La plataforma computacional desarrollada ha sido adaptada a los requisitos y retos planteados en ambos escenarios, como la integración, a resolución celular, de vistas parciales dentro de un modelo consistente en un embrión completo, o el alineamiento entre estructuras de referencia anatómica equivalentes, logrado mediante el uso de modelos de transformación deformables que no requieren ningún marcador específico. Está previsto poner a disposición de la comunidad científica tanto la herramienta de generación de atlas (Match-IT), como su plataforma de visualización (Atlas-IT), así como las bases de datos de expresión genética creadas a partir de estas herramientas. Por último, dentro de la presente Tesis Doctoral, se ha incluido una prueba conceptual innovadora que permite integrar los mencionados atlas de expresión genética tridimensionales dentro del linaje celular extraído de una adquisición in vivo de un embrión. Esta prueba conceptual abre la puerta a la posibilidad de correlar, por primera vez, las dinámicas espacio-temporales de genes y células.

Diseño, optimización y análisis de sistemas basados en técnicas láser, para el modelado geométrico, registro y documentación, aplicados a entidades de interés patrimonial.

El objetivo de la presente tesis doctoral es el desarrollo e implementación de un sistema para mejorar la metodología de extracción de la información geométrica necesaria asociada a los procesos de documentación de entidades de interés patrimonial, a partir de la información proporcionada por el empleo de sensores láser, tanto aéreos como terrestres. Para ello, inicialmente se realiza una presentación y justificación de los antecedentes y la problemática en el registro de información geométrica para el patrimonio, detallando todos aquellos sistemas de registro y análisis de la información geométrica utilizados en la actualidad. Este análisis permitirá realizar la comparación con los sistemas de registro basados en técnicas láser, aportando sugerencias de utilización para cada caso concreto. Posteriormente, se detallan los sistemas de registro basados en técnicas láser, comenzando por los sensores aerotransportados y concluyendo con el análisis pormenorizado de los sensores terrestres, tanto en su aplicación en modo estático como móvil. Se exponen las características técnicas y funcionamiento de cada uno de ellos, así como los ámbitos de aplicación y productos generados. Se analizan las fuentes de error que determinan la precisión que puede alcanzar el sistema. Tras la exposición de las características de los sistemas LiDAR, se detallan los procesos a realizar con los datos extraídos para poder generar la información necesaria para los diferentes tipos de objetos analizados. En esta exposición, se hace hincapié en los posibles riesgos que pueden ocurrir en algunas fases delicadas y se analizarán los diferentes algoritmos de filtrado y clasificación de los puntos, fundamentales en el procesamiento de la información LiDAR. Seguidamente, se propone una alternativa para optimizar los modelos de procesamiento existentes, basándose en el desarrollo de algoritmos nuevos y herramientas informáticas que mejoran el rendimiento en la gestión de la información LiDAR. En la implementación, se han tenido en cuenta características y necesidades particulares de la documentación de entidades de interés patrimonial, así como los diferentes ámbitos de utilización del LiDAR, tanto aéreo como terrestre. El resultado es un organigrama de las tareas a realizar desde la nube de puntos LiDAR hasta el cálculo de los modelos digitales del terreno y de superficies. Para llevar a cabo esta propuesta, se han desarrollado hasta 19 algoritmos diferentes que comprenden implementaciones para el modelado en 2.5D y 3D, visualización, edición, filtrado y clasificación de datos LiDAR, incorporación de información de sensores pasivos y cálculo de mapas derivados, tanto raster como vectoriales, como pueden ser mapas de curvas de nivel y ortofotos. Finalmente, para dar validez y consistencia a los desarrollos propuestos, se han realizado ensayos en diferentes escenarios posibles en un proceso de documentación del patrimonio y que abarcan desde proyectos con sensores aerotransportados, proyectos con sensores terrestres estáticos a media y corta distancia, así como un proyecto con un sensor terrestre móvil. Estos ensayos han permitido definir los diferentes parámetros necesarios para el adecuado funcionamiento de los algoritmos propuestos. Asimismo, se han realizado pruebas objetivas expuestas por la ISPRS para la evaluación y comparación del funcionamiento de algoritmos de clasificación LiDAR. Estas pruebas han permitido extraer datos de rendimiento y efectividad del algoritmo de clasificación presentado, permitiendo su comparación con otros algoritmos de prestigio existentes. Los resultados obtenidos han constatado el funcionamiento satisfactorio de la herramienta. Esta tesis está enmarcada dentro del proyecto Consolider-Ingenio 2010: “Programa de investigación en tecnologías para la valoración y conservación del patrimonio cultural” (ref. CSD2007-00058) realizado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad Politécnica de Madrid. ABSTRACT: The goal of this thesis is the design, development and implementation of a system to improve the extraction of useful geometric information in Heritage documentation processes. This system is based on information provided by laser sensors, both aerial and terrestrial. Firstly, a presentation of recording geometric information for Heritage processes is done. Then, a justification of the background and problems is done too. Here, current systems for recording and analyzing the geometric information are studied. This analysis will perform the comparison with the laser system techniques, providing suggestions of use for each specific case. Next, recording systems based on laser techniques are detailed. This study starts with airborne sensors and ends with terrestrial ones, both in static and mobile application. The technical characteristics and operation of each of them are described, as well as the areas of application and generated products. Error sources are also analyzed in order to know the precision this technology can achieve. Following the presentation of the LiDAR system characteristics, the processes to generate the required information for different types of scanned objects are described; the emphasis is on the potential risks that some steps can produce. Moreover different filtering and classification algorithms are analyzed, because of their main role in LiDAR processing. Then, an alternative to optimize existing processing models is proposed. It is based on the development of new algorithms and tools that improve the performance in LiDAR data management. In this implementation, characteristics and needs of the documentation of Heritage entities have been taken into account. Besides, different areas of use of LiDAR are considered, both air and terrestrial. The result is a flowchart of tasks from the LiDAR point cloud to the calculation of digital terrain models and digital surface models. Up to 19 different algorithms have been developed to implement this proposal. These algorithms include implementations for 2.5D and 3D modeling, viewing, editing, filtering and classification of LiDAR data, incorporating information from passive sensors and calculation of derived maps, both raster and vector, such as contour maps and orthophotos. Finally, in order to validate and give consistency to the proposed developments, tests in different cases have been executed. These tests have been selected to cover different possible scenarios in the Heritage documentation process. They include from projects with airborne sensors, static terrestrial sensors (medium and short distances) to mobile terrestrial sensor projects. These tests have helped to define the different parameters necessary for the appropriate functioning of the proposed algorithms. Furthermore, proposed tests from ISPRS have been tested. These tests have allowed evaluating the LiDAR classification algorithm performance and comparing it to others. Therefore, they have made feasible to obtain performance data and effectiveness of the developed classification algorithm. The results have confirmed the reliability of the tool. This investigation is framed within Consolider-Ingenio 2010 project titled “Programa de investigación en tecnologías para la valoración y conservación del patrimonio cultural” (ref. CSD2007-00058) by Consejo Superior de Investigaciones Científicas and Universidad Politécnica de Madrid.

Obtención de modelos urbanos tridimensionales

El uso de modelos urbanos 3D se extiende cada vez a una mayor diversidad de áreas y aplicaciones, pero su utilización como una herramienta habitual dentro del proceso de realización del proyecto arquitectónico y urbanístico se ve limitada por la lentitud de los procesos de generación de los modelos y el alto coste de realización y mantenimiento de los mismos. Su uso, si el alcance del proyecto lo permite, suele estar encuadrado en propósitos de visualización en la etapa final. Los autores de este trabajo han desarrollado una metodología para la automatización del proceso de generación de estos modelos de ciudad, que reduce tiempos y costes, y que permitirá una mayor generalización de su uso.

Modelos hidráulicos bidimensionales de lluvia directa aplicados al cálculo de eventos hidrológicos

Una de las principales preocupaciones a la hora de realizar cualquier proyecto de ingeniería es la adecuada determinación de los hidrogramas de avenida de los cursos de agua que lo afecten. Hoy en día es posible la simulación de modelos hidrológicos complejos de lluvia directa sobre malla 2D de elementos finitos, empleando los avances en cálculo vectorial que ofrece la tecnología CUDA (Arquitectura Unificada de Dispositivos de Cálculo), sin la necesidad de determinar subcuencas y tránsitos (como en HEC-HMS). Con los datos que ofrecen los Modelos Digitales del Terreno GRID del PNOA español (Plan Nacional de Ortofotografía Aérea) con precisión de 5 x 5 m y las Coberturas del Terreno SIG CORINE (Coordinación de Información del Medio Ambiente), que permite la evaluación de la rugosidad del suelo, se tiene la información necesaria para construir fácilmente este tipo de modelos. En este documento se presenta un procedimiento para delimitar fácilmente los cursos de agua principales y disponer en estas zonas un tamaño más pequeño de los elementos de la malla. El método propuesto permite una mejor definición de estas áreas después de unas pocas iteraciones, acelerando por tanto el proceso de construcción del modelo sin comprometer la calidad de los resultados. Para demostrar el método, se modelizaron dos cuencas completas mediante lluvia directa sobre una malla de elementos 2D. Se ensayaron diferentes niveles de precisión (variando el número de elementos) y se incluyeron dos presas, usando los datos del Modelo Digital del Terreno del PNOA. También se completó el cálculo hidrológico de ambas mediante HEC-HMS. En primer lugar se estudió la cuenca del río Zapardiel (cuenca del Duero, con superficie total de 1.450 km2, no presenta regulación artificial, pero sí algunas áreas de almacenamiento naturales). La segunda cuenca ensayada correspondió al río Zújar (cuenca del Guadiana, con superficie total de 8.500 km2, que incluye dos grandes presas: La Serena, con una capacidad de 3.200 hm3 y el Embalse del Zújar, situado aguas abajo de la primera, con un volumen útil de 300 hm3). Los resultados confirmaron que la forma de modelizar clásica con enfoque de subcuencas y tránsitos (tipo HEC-HMS) puede ser reemplazada por simulaciones de lluvia directa sobre malla 2D, por lo tanto reduciendo la incertidumbre inherente en la estimación de tiempos de concentración de subcuencas y parámetros de tránsito. Gracias a la disponibilidad de datos públicos de GRID PNOA y cobertura del terreno CORINE, actualmente es posible construir modelos de mallas de elementos 2D para simular lluvia directa sobre cuenca sin necesidad de costosos levantamientos topográficos. Con el hardware disponible hoy en día en ordenadores de uso general, se puede establecer un límite superior razonable para mallas 2D de 4 millones de elementos, lo que permite la correcta simulación de la lluvia directa en cuencas de hasta 10.000 km2. Para cuencas más grandes, este proceso se podría aplicar de forma repetida a varias zonas más pequeñas o en sucesivas secciones de la cuenca.

Avaliação tridimensional da sínfise mandibular em crânios secos e sua associação com diferentes classificações de tipos faciais

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um estudo morfológico quantitativo e qualitativo da região da sínfise mandibular (SM), através da construção de modelos tridimensionais (3D) e avaliar o seu grau de associação com diferentes classificações de padrões faciais. Foram avaliados 61 crânios secos humanos de adultos jovens com oclusão normal, com idade entre 18 e 45 anos e dentadura completa. Tomografias computadorizadas de feixe cônico (TCFC) de todos os crânios foram obtidas de forma padronizada. O padrão facial foi determinado por método antropométrico e cefalométrico. Utilizando o critério antropométrico, tomando como referência o índice facial (IF), o padrão facial foi classificado em: euriprósopo (≤84,9), mesoprósopo (85,0 - 89,9) e leptoprósopo (≥90,0). Pelo critério cefalométrico, o plano mandibular (FMA) determinou o padrão facial em curto (≤21,0), médio (21,1 - 29,0) e longo (≥29,1); e o índice de altura facial (IAF) classificou a face em hipodivergente (≥0,750), normal (0,749 - 0,650) e hiperdivergente (≤0,649). A construção de modelos 3D, representativos da região da SM, foi realizada com o auxílio do software ITK-SNAP. Os dentes presentes nesta região, incisivos, caninos e pré-molares inferiores, foram separados do modelo por técnica de segmentação semi-automática, seguida de refinamento manual. Em seguida, foram obtidos modelos 3D somente com o tecido ósseo, possibilitando a mensuraçãodo volume ósseo em mm3 (VOL) e da densidade radiográfica, pela média de intensidade dos voxels (Mvox). No programa Geomagic Studio 10 foi feita uma superposição anatômica dos modelos 3D em bestfit para estabelecer um plano de corte padronizado na linha média. Para cada sínfise foi medida a altura (Alt), a largura (Larg) e calculado o índice de proporção entre altura e largura (PAL). A avaliação da presença de defeitos alveolares foi feita diretamente na mandíbula,obtendo-se a média de todas as alturas ósseas alveolares (AltOss) e a média da dimensão das deiscências presentes (Medef). O índice de correlação intra-classe (ICC) com valores entre 0,923 a 0,994,indicou alta reprodutibilidade e confiabilidade das variáveis medidas. As diferenças entre os grupos, determinados pelas classificações do padrão facial (IF, FMA e IAF), foram avaliadas através da análise de variância (oneway ANOVA) seguida do teste post-hoc de Tukey. O grau de associação entre o padrão facial e as variáveis Vol, Mvox, PAL, Alt, Larg, AltOss e Medef foi avaliado pelo coeficiente de correlação de Pearson com um teste t para r. Os resultados indicaram ausência de diferença ou associação entre o volume, densidade radiográfica e presença de defeitos alveolares da SM e o padrão facial quando determinado pelo IF, FMA e IAF. Verificou-se tendência de SM mais longas nos indivíduos com face alongada, porém a largura não mostrou associação com o padrão facial. Estes resultados sugerem que as classificações utilizadas para determinar o padrão facial não representam satisfatoriamente o caráter 3D da face humana e não estão associadas com a morfologia da SM.

El Sistema defensivo de Villasviejas de Tamuja (Botija, Cáceres): una aplicación de software libre en el análisis de paisajes arqueológicos

El análisis de cuencas visuales es una de las aplicaciones de los SIG que más repercusión han tenido en Arqueología. El éxito de su uso está condicionado también por la elección del método de elaboración de los modelos digitales del terreno, bien sea a partir de modelos obtenidos por triangulación o por interpolación (splines, etc). Es ésta una consideración de partida que pretendemos incluir en esta comunicación. En este trabajo se ha empleado el software GRASS para tratar de comprender diversos aspectos sobre la función del sistema defensivo de un poblado amurallado de la II Edad del Hierro, especialmente módulos adicionales específicamente desarrollados para Arqueología. Nuestro trabajo se ha centrado esencialmente en las cuencas visuales y en el análisis de prominencia, aunque no hemos querido obviar otras posibilidades como el cálculo de caminos óptimos para comprender los accesos al castro. Con esta aplicación práctica puede ponerse de relieve la versatilidad de este paquete de software libre frente a otras soluciones que se emplean en el mercado

La fotogrametría y la cartografía en la docencia de la ingeniería civil.

Resumen tomado de la publicación

La arqueología virtual como fuente de materiales para el aula.

Resumen tomado de la publicación. - El articulo forma parte del monográfico: Iconografía didáctica

Desarrollo de herramientas aplicadas a la ingeniería civil y la topografía en gvSIG

El papel que juega la informática es fundamental en las áreas de la topografía y la ingeniería civil. Toda nueva infraestructura o modificación de una existente requiere de trabajo topográfico previo, tanto para conocer la realidad como para plantear las modificaciones a esta; en uno y otro caso la herramienta informática juega un papel fundamental. En el seno de la Conselleria de Infraestructuras y Transporte se han ido utilizando distintas herramientas relativas a la topografía y la ingeniería civil, todas ellas caracterizadas por ser software con licencia privativa. Dentro del proceso de migración a software libre de la Conselleria, denominado gvPontis, se hacía necesario desarrollar las herramientas necesarias relativas al área de la topografía e ingeniería civil. Este tipo de aplicaciones, pese a tener un claro carácter cartográfico, históricamente no tienen una orientación SIG. Siendo gvSIG una aplicación orientada a dar servicio a las necesidades relativas a información geográfica, que dispone de una gran variedad de funcionalidades para el análisis del territorio y el tratamiento de cartografía, se ha iniciado el proyecto de desarrollar herramientas de ingeniería civil como parte integrada de gvSIG. Las principales herramientas a desarrollar incluyen las propias para el manejo de datos topográficos y principalmente las necesarias para la creación y el trabajo con modelos digitales del terreno (líneas de rotura, áreas vacías, generación de mallas de triángulos, generación de curvados, etc.), abriendo así una nueva área de aplicación de gvSIG

Interpretação integrada de sísmica de alta-resolução e da morfologia submarina da costa de fiordes na patagônia central - Chile

Este estudo apresenta o uso integrado da sísmica de alta resolução e da morfologia submarina para interpretar a evolução do ambiente glacimarinho da costa de fiordes da Patagônia Central, Chile. Foram analisados registros de perfilador de fundo e subfundo 3,5 kHz e modelos submarinos 3D de sete fiordes adjacentes ao campo de gelo Patagônico Sul (Eyre, Falcon, Penguin, Europa Peel, Calvo e Amalia) e parte do canal Icy. Os registros, com cerca de 300 km de levantamento acústico, foram obtidos pelo Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA), durante o cruzeiro de investigação científica Campo de Hielo Sur, realizado em 1995. Foram identificadas as principais fácies acústicas e geoformas sedimentares. A morfologia submarina e das bacias subaéreas adjacentes foi analisada com a elaboração de modelos tridimensionais subaéreos e submarinos e de perfis batimétricos longitudinais a partir de cartas náuticas, também do SHOA. Foram utilizadas imagens Landsat ETM+ na interpretação da geomorfologia glacial da área de entorno subaérea dos fiordes. O eixo longitudinal dos fiordes exibe morfologia irregular com bacias profundas e mostra fácies acústicas associadas ao sistema de depósitos de zonas de linha de encalhe (grounding line), às línguas de gelos flutuantes, e aos icebergs e ao gelo marinho. Refletores acústicos distinguem duas fácies principais, segundo sua configuração interna e geometria externa: caóticas e estratificadas. A geometria dos depocentros e as características dos refletores acústicos indicam a importante influência da batimetria e da topografia pré-existentes na dinâmica das geleiras e nos conseqüentes processos de sedimentação. Devido às grandes profundidades das bacias, as frentes das geleiras poderiam ser flutuantes ou aterradas ao fundo marinho. Em todo o caso, predomina um regime glacial onde o gelo está perto do ponto de fusão. É sugerido que os fiordes estudados resultam de um continuum de formas e de processos, que vão dos lineamentos e sistemas de falhas pré-existentes e controlados tectonicamente desde o Mioceno Inferior (ca. 25 milhões de anos AP), processos de denudação fluvial e de vertentes, vales fluviais modificados glacialmente e, finalmente, canais e fiordes erodidos pela ação do gelo. A tectônica originou uma topografia favorável para o desenvolvimento das geleiras, ocorreram processos de retroalimentação positiva entre aumento o da precipitação e expansão do campo de gelo no lado oeste da cordilheira. Provavelmente, as geleiras durante o Último Máximo Glacial não foram suficientemente espessas para aprofundar os fiordes, tampouco para dragar seus depósitos sedimentares para fora deles. Os processos de deposição de sedimentos caóticos acusticamente visíveis ocorreram durante o recuo das geleiras, já no Holoceno, onde elas alcançaram pontos de estabilidade, ajudadas pela morfologia dos fiordes, mesmo em águas profundas. Os depósitos estratificados localizados nas bacias intra-sills e em maiores profundidades, por sua vez, tiveram sua origem, provavelmente, das partes flutuantes do gelo, onde predominam os processos de desprendimento de icebergs (calving) e também do gelo marinho. Nessas mesmas bacias, depósitos mais profundos, não visíveis ao sistema de alta-resolução, poderiam estar preservados no fundo, pois não foram erodidos pelos sucessivos ciclos de avanço e recuo das geleiras, contendo assim informações sobre a evolução do campo de gelo ao longo do Quaternário.

Análise das tensões em próteses implantossuportadas esplintadas, variando a localização dos implantes, pôntico e cantilever: estudo pelo método dos elementos finitos tridimensionais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelado geomorfológico con técnicas SIG de erupciones volcánicas generadoras de plataformas costeras: el volcán de Montaña del Tesoro(El Hierro, Islas Canarias)

VIII Congreso geológico de España, Oviedo, 17-19 julio 2012

Determinación de la precisión de DEMs generados con puntos digitalizados a partir de cartografía existente : relación con el algoritmo utilizado

La información básica sobre el relieve de cuencas hidrográficas, mediante metodologías analítico-descriptivas permite contar con los parámetros físicos necesarios para el estudio de los recursos naturales tales como manejo integrado de cuencas, impacto ambiental, degradación de suelos, deforestación, conservación de los recursos hídricos, entre otros. Todos estos procesos ligados a una fuerte componente espacial permiten el uso de sistemas de información geográfica. Los Modelos Digitales de Elevación (DEM) y sus derivados son un componente relevante de estas fuentes de datos. En este trabajo se planteó evaluar los DEMs, generados por captura indirecta de datos fuente, (puntos digitalizados sobre un plano, en formato papel, con curvas de nivel) para determinar si su calidad altimétrica varía con la resolución espacial del mismo (tamaño de grilla). Asimismo se evaluó la posible existencia de alguna interacción entre el software utilizado y los tamaños de grilla, que podría influir sobre la calidad altimétrica del DEM. Se concluyó que la resolución espacial afecta la calidad altimétrica del DEM. Se constató, asimismo, que es posible encontrar un tamaño de grilla ideal en cuanto a calidad altimétrica y peso informático del modelo digital de elevaciones generado. Respecto de la existencia de una interacción entre el tamaño de grilla y el software, que pudieran afectar la calidad de los modelos obtenidos en función de la metodología de adquisición de datos fuente, se demostró que existe esta posibilidad cuando la base de datos se genera a partir de puntos digitalizados.

Algoritmo para la clasificación de nubes de puntos LiDAR en entornos urbanos: discriminación entre vegetación y edificaciones.

Los sistemas de registro aerotransportados que utilizan láser (LiDAR) se están convirtiendo en el principal instrumental para la recogida de la información cartográfica debido, principalmente, a la gran densidad de puntos, precisión alcanzada y rapidez en la obtención de modelos digitales. Sin embargo, sería importante disponer de algoritmos que permitan filtrar la información, seleccionando aquellos puntos medidos en zonas deseadas. Cuando se miden zonas urbanas, los elementos más importantes son las edificaciones. Por ello, se propone un nuevo algoritmo que permite clasificar y diferenciar aquellos puntos medidos sobre edificios, extrayendo, como resultado, el límite exterior que definen, de tal forma que se podría calcular la zona edificada. Abstarct: Registration systems using airborne laser (LIDAR) are becoming the main device for the collection of cartographic information, mainly due to the high density of points, accuracy and rate achieved in obtaining digital models. However, it would be important to have algorithms that filter the information by selecting those points measured in targeted areas. When measuring urban areas, buildings are the most important objects. Therefore, a new algorithm is proposed to classify those measured points on buildings and to compute their outer boundaries, so the built up area can be computed.

Propuesta de metodología de trabajo para la obtención de cartografía a partir de datos LiDAR registrados en una zona rústica.

Tras la llegada de la medición mediante LiDAR, la obtención de cartografía se ha visto facilitada, obteniendo modelos digitales con gran rapidez y precisión. No obstante, para poder tratar la gran cantidad de información registrada, se necesita emplear un conjunto de algoritmos que permita extraer los detalles importantes y necesarios de la zona registrada. Por ello, se presenta este trabajo donde se expondrá una metodología de actuación para obtener cartografía a escala 1/1000 de una zona rústica, basada en el cálculo de mapas de curvas de nivel y ortofotografías, generadas a partir de los MDT y MDS de la zona. Todas las pruebas se han realizado mediante el software MDTopX. Abstract: After the arrival of the LiDAR measurement, mapping has been facilitated, obtaining digital models very quickly and accurately. However, in order to manage the great amount of recorded information, a set of algorithms is required which allows the extracting of important and necessary details of the recorded area. Therefore, a methodology is presented for mapping at 1/1000 scale of a rural area, based on contour maps and orthophotos, generated from the DTM and DSM of the area. All tests were performed using MDTopX software.