Qué es LiDAR y para qué sirve en cartografía

LiDAR es una técnica de medida por láser que calcula distancias midiendo el tiempo que tarda un pulso de luz en ir y volver. Montado en un dron, el sensor registra millones de puntos del terreno y los convierte en una nube de puntos georreferenciada. Este artículo explica qué es LiDAR, cómo funciona, qué se obtiene de él y cuándo es la mejor opción frente a la fotogrametría.

LiDAR: qué es y de dónde viene el nombre

LiDAR son las siglas de Light Detection and Ranging, detección y medida de distancias por luz. El principio es sencillo. El sensor emite un pulso láser, el pulso rebota en una superficie y vuelve al receptor. Como la velocidad de la luz es conocida, el tiempo de ida y vuelta se convierte en una distancia.

Un sensor LiDAR repite esa operación cientos de miles de veces por segundo mientras un espejo o un prisma giratorio desvía el haz en distintas direcciones. El resultado es un barrido continuo de la superficie que tiene delante. Cada medida es un punto con tres coordenadas.

La tecnología LiDAR existe desde los años sesenta, pero durante mucho tiempo solo se usaba desde avión o desde equipos terrestres de gran tamaño. La miniaturización de los sensores y de los sistemas de navegación ha permitido montarlos en drones. Eso ha acercado el LiDAR a levantamientos de parcelas y corredores concretos, no solo a grandes coberturas.

Cómo funciona un sensor LiDAR en dron

Un LiDAR por sí solo mide distancias relativas al sensor. Para que esas distancias se conviertan en coordenadas sobre el terreno hacen falta dos componentes más.

• GNSS RTK: un receptor de posicionamiento por satélite con corrección en tiempo real que sitúa el dron con precisión centimétrica en cada instante.
• IMU (unidad de medida inercial): un conjunto de giróscopos y acelerómetros que registra la orientación del sensor, es decir, hacia dónde apunta el láser en cada momento.

El software combina la trayectoria (GNSS + IMU) con las medidas del láser y calcula la posición absoluta de cada punto. A ese proceso se le llama georreferenciación directa. Con un dron de clase profesional, como el DJI Matrice 400, la trayectoria se registra con la calidad necesaria para que el conjunto llegue a exactitudes de pocos centímetros, que se comprueban en cada trabajo.

Retornos múltiples: cómo se registra el suelo bajo la vegetación

Un pulso láser no es un punto infinitamente fino: es un haz con cierta anchura. Cuando encuentra la copa de un árbol, parte de la energía rebota en las hojas y parte puede seguir por los huecos hasta ramas inferiores o hasta el suelo. El sensor registra varios retornos de un mismo pulso.

Esa propiedad es la gran ventaja del LiDAR en cartografía. En una zona de monte bajo, un pinar o un cultivo de cítricos, los múltiples retornos ayudan a registrar el terreno a través de los huecos de la vegetación. Un retorno, sin embargo, no es todavía un punto de suelo: el último retorno de un pulso puede quedarse en una rama o en el matorral. Por eso clasificamos los puntos de suelo y comprobamos la cobertura obtenida. Bajo vegetación muy densa esa cobertura puede ser escasa. La fotogrametría, que depende de lo que ve la cámara, solo registra la superficie visible: las copas.

Densidad de puntos

La densidad se mide en puntos por metro cuadrado. Depende de la frecuencia del sensor, de la velocidad y altura del vuelo y del solape entre pasadas. Un vuelo LiDAR con dron a 60-100 m de altura produce densidades de cientos de puntos por metro cuadrado. Como referencia, la cobertura LiDAR nacional del PNOA se mueve entre 0,5 y 5 puntos por metro cuadrado, según la cobertura. Esa diferencia de densidad es la que permite modelar cunetas, muros, taludes y pequeños desniveles.

Qué se obtiene de un vuelo LiDAR: la nube de puntos y sus derivados

El producto bruto es la nube de puntos LiDAR: un fichero con millones de puntos, cada uno con coordenadas X, Y, Z, intensidad del retorno, número de retorno y, tras el procesado, una clase. Se entrega habitualmente en formato LAS o LAZ (comprimido), compatible con cualquier software GIS, CAD o BIM.

De la nube de puntos clasificada se derivan los productos cartográficos que de verdad usan los proyectos.

• Modelo digital del terreno (MDT): se calcula solo con los puntos clasificados como suelo. Es la base de pendientes, cuencas y proyectos de implantación.
• Modelo digital de superficie (MDS): sale de los primeros retornos e incluye vegetación y edificios. La diferencia entre MDS y MDT da las alturas de arbolado y de edificios. Los volúmenes se calculan comparando dos superficies compatibles dentro de un ámbito delimitado.
• Curvas de nivel: se generan a partir del MDT con la equidistancia que pida el proyecto (0,5 m, 1 m, 5 m).
• Perfiles longitudinales y transversales: cortes del MDT a lo largo de un eje, típicos en carreteras, ferrocarril y líneas eléctricas.
• Red de drenaje y cuencas: análisis hidrológico sobre el MDT.
• Modelos 3D: mallas o nubes coloreadas que combinan el LiDAR con las imágenes de la cámara RGB.

Clasificación de la nube de puntos

Clasificar es asignar a cada punto una categoría: suelo, vegetación baja, media o alta, edificio, agua, conductor eléctrico, torre. Se hace con algoritmos automáticos y una revisión manual en las zonas conflictivas. Un MDT es tan bueno como la clasificación de suelo de la que parte: un punto de vegetación mal clasificado como suelo aparece como un montículo que no existe.

Para qué sirve el LiDAR en cartografía y topografía

Topografía de parcelas grandes para renovables

Una planta fotovoltaica de gran extensión necesita un MDT fiable para calcular pendientes, orientación, movimientos de tierra y estudios de sombras. Con LiDAR, los múltiples retornos ayudan a registrar el terreno aunque la parcela tenga matorral o cultivo en pie; clasificamos los puntos de suelo y comprobamos la cobertura obtenida. La superficie que se cubre por jornada depende del terreno, del sensor, de la resolución pedida, del espacio aéreo y de la planificación; la fijamos en el plan de vuelo de cada proyecto.

Líneas de alta tensión y corredores

Es la aplicación donde el LiDAR no tiene competencia. Los conductores de una línea eléctrica son demasiado finos para la fotogrametría, pero el láser los registra como puntos. Con la nube clasificada se miden distancias de seguridad entre conductores y vegetación, flechas de los cables y alturas de apoyos. Lo mismo vale para carreteras, ferrocarril y canalizaciones.

Obra civil, canteras y movimientos de tierra

Un levantamiento LiDAR repetido en el tiempo permite comparar dos estados del terreno y calcular el volumen excavado o acopiado (las volumetrías). El volumen se calcula dentro de un ámbito delimitado, el perímetro de cada acopio o zona, integrando la diferencia entre dos superficies compatibles: misma referencia, misma malla y mismo tratamiento. La ventaja frente a la medida con GNSS a pie es la cobertura: en lugar de unos cientos de puntos tomados a mano, el modelo se apoya en millones.

Zonas con vegetación: forestal, agricultura y cauces

En un barranco con cañas o en un bosque de ribera, la fotogrametría devuelve las copas y nada más. El LiDAR registra el suelo por los huecos de la vegetación y, una vez clasificados los puntos de suelo y comprobada su cobertura, permite modelar el cauce, lo que es imprescindible en estudios de inundabilidad y redes de drenaje.

Urbanismo y planeamiento

MDT, MDS y curvas de nivel de un sector urbanizable, con alturas de edificación existentes, a partir del mismo vuelo. Los ayuntamientos y estudios de arquitectura lo usan como base de planeamiento y de modelos 3D.

LiDAR dron o fotogrametría: cuándo elegir cada uno

No son técnicas rivales: se complementan, y en muchos proyectos se vuelan las dos a la vez. La elección depende del terreno y del entregable.

Criterio	LiDAR con dron	Fotogrametría con dron
Vegetación	Registra el suelo por los huecos de las copas	Solo la superficie visible
Ortofoto	No la produce por sí solo	Sí, con GSD de 2 a 5 cm/px (resolución)
Elementos finos (cables)	Los registra	No los reconstruye
Luz y sombras	Independiente de la luz	Necesita buena iluminación

En resumen: si el proyecto necesita el terreno bajo vegetación, cables o estructuras finas, LiDAR. Si necesita ortofoto, textura y color a bajo coste en terreno despejado, fotogrametría. Si necesita las dos cosas, se combinan en un mismo vuelo con sensor LiDAR y cámara RGB.

Precisión de un levantamiento LiDAR con dron

Con un LiDAR con dron bien calibrado, trayectoria RTK y puntos de control en el terreno, la exactitud típica es de 2 a 5 cm, expresada como error medio cuadrático (RMSE) sobre terreno despejado o superficies bien definidas, en el sistema de referencia del proyecto (ETRS89 / UTM, con alturas ortométricas salvo que se pida otra referencia). Se comprueba sobre puntos de comprobación independientes que no entran en el ajuste. Depende del sensor, de la altura de vuelo, de la calidad de la trayectoria, del apoyo en campo y de la vegetación. La exactitud de cada proyecto se acuerda en la propuesta y se documenta en el informe de control.

Para comprobarla, el trabajo incluye:

1. Puntos de control y puntos de comprobación independientes, medidos con GNSS RTK o estación total antes del vuelo.
2. Ajuste de las pasadas entre sí (calibración de línea de vuelo) para eliminar desplazamientos entre franjas.
3. Comparación del modelo final con los puntos de comprobación y un informe de control.

Sin ese control, una nube puede verse muy bien y estar desplazada varios centímetros. El informe de control es parte del entregable.

Formatos de entrega

Los entregables de un vuelo LiDAR se adaptan al software del cliente.

• Nube de puntos: LAS, LAZ, E57.
• MDT y MDS: GeoTIFF, ASCII Grid, XYZ, o malla TIN para CAD.
• Curvas de nivel y perfiles: DWG, DXF, SHP, GeoJSON.
• Modelos 3D: OBJ, FBX, 3D Tiles para visores web.
• Sistema de referencia: coordenadas oficiales ETRS89 (UTM, en el huso que corresponda), con alturas ortométricas, salvo que el proyecto pida otro.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre LiDAR y un escáner láser terrestre?

El principio físico es el mismo: medir distancias con láser. El escáner terrestre se coloca en un trípode y registra con gran detalle lo que tiene alrededor, a pocos cientos de metros. El LiDAR en dron recorre el terreno desde el aire y cubre extensiones y corredores; la superficie por jornada depende del terreno, del sensor, de la resolución pedida, del espacio aéreo y de la planificación. Para fachadas e interiores, terrestre; para extensiones y corredores, dron.

¿El LiDAR funciona de noche o con nubes?

El sensor emite su propia luz, así que mide igual de día que de noche y no depende del sol. Las nubes altas no afectan. La lluvia, la niebla y el polvo en suspensión sí dispersan el láser y degradan la medida, por lo que se evita volar en esas condiciones.

¿Cuánto tarda un levantamiento LiDAR con dron?

Depende de la superficie, de la orografía y de la densidad pedida. La superficie que se cubre por jornada depende del terreno, del sensor, de la resolución pedida, del espacio aéreo y de la planificación; la fijamos en el plan de vuelo de cada proyecto. El procesado y la clasificación llevan tanto o más tiempo que el trabajo de campo. Lo razonable es pedir un plazo con la superficie y el entregable definidos.

¿El LiDAR sustituye a la topografía clásica?

No la sustituye: la complementa. El GNSS RTK y la estación total siguen siendo necesarios para los puntos de control, para elementos puntuales de precisión milimétrica y para zonas donde el dron no puede volar. El LiDAR aporta la cobertura continua que la topografía clásica no puede dar en plazos razonables.

Si el proyecto está en la Comunidad Valenciana o en cualquier punto de España y necesita un terreno fiable bajo vegetación, un corredor eléctrico o un MDT de una parcela grande, el servicio de LiDAR con dron y la ficha de la nube de puntos detallan entregables, formatos y cómo se trabaja.

Escrito por el equipo de fita, cartografía y topografía con dron en Xàtiva (Valencia).