# Pipeline LiDAR Archéologique

Workflow automatisé pour générer des visualisations exploitables à partir de données LiDAR HD (IGN) pour la détection de structures archéologiques. Tourne en Docker avec accélération GPU optionnelle (NVIDIA/CuPy).

## Visualisations (18 par fichier)

### Visualisations principales
| # | Visualisation | Utilité archéologique |
|---|--------------|----------------------|
| 1 | **Hillshade multidirectionnel** | Murs, terrasses, structures linéaires, routes |
| 2 | **Pente (Slope)** | Murs de soutènement, talus, changements brusques |
| 3 | **Aspect (Orientation)** | Direction des pentes, exposition |
| 4 | **Courbure (Curvature)** | Fossés, terrasses, talus, concavité/convexité |
| 5 | **Sky-View Factor** | Structures, tumulus, fondations (ray-tracing 16 azimuts) |
| 6 | **Local Relief Model** | Micro-reliefs, fossés, levées de terrain |
| 7 | **Positive Openness** | Élévations, tumulus, bâtiments (ray-tracing 8 directions) |
| 8 | **Negative Openness** | Cavités, fossés, souterrains (ray-tracing 8 directions) |

### Visualisations avancées
| # | Visualisation | Description | Détection |
|---|--------------|-------------|-----------|
| 9 | **MSRM** | Multi-Scale Relief Model (sigma 5/10/25/50/100m) | Tumulus, fossés, murs à toutes les échelles |
| 10 | **TPI multi-échelle** | Topographic Position Index (5m + 100m) | Crêtes, vallées, plateformes |
| 11 | **Dépressions** | Remplissage cuvettes + différence | Dolines, sinkholes, zones inondables |
| 12 | **SAILORE** | LRM adaptatif (noyau = f(pente)) | Terrain hétérogène, tout relief |
| 13 | **Rugosité** | Écart-type de l'élévation | Surfaces anthropiques vs naturelles |
| 14 | **Anomalies statistiques** | Z-score + Local Moran's I | Anomalies topographiques significatives |
| 15 | **Ondelette Mexican Hat** | CWT 2D multi-échelle | Tumulus, fossés circulaires |
| 16 | **Accumulation de flux** | Algorithme D8 hydrologique | Fossés d'enceinte, routes antiques |

### Cartes de référence IGN
| # | Visualisation | Source |
|---|--------------|--------|
| 17 | **Photographie aérienne IGN** | Orthophotographie WMTS |
| 18 | **Carte topographique IGN** | Plan IGN V2 WMTS |

## Classification du sol

Le pipeline classifie automatiquement les points sol à partir du nuage de points bruit. Le pré-traitement suit le workflow recommandé par PDAL :

1. **Filtre ReturnNumber** — élimine les points avec numéros de retour invalides
2. **Réinitialisation Classification** — remet toutes les classifications à 0
3. **ELM** (Extended Local Minimum) — marque les points bas aberrants comme bruit (Classification=7)
4. **Outlier statistique** — supprime les points isolés (mean_k=8, multiplier=3.0)
5. **Classification sol** — SMRF, PMF ou CSF
6. **Extraction** — ne conserve que les points Classification=2

### Méthodes de classification

| Méthode | Mode | Usage | Vitesse |
|---------|------|-------|---------|
| **SMRF** | Auto (défaut) | Terrain naturel, forêt, rocaille | Rapide |
| **PMF** | Auto (si urbain) | Zones urbaines, bâtiments, routes | Rapide |
| **CSF** | Manuel uniquement | Terrain très complexe, falaises | Lent |

L'auto-détection analyse le ratio de retours uniques du nuage de points : ratio > 0.6 = milieu urbain → PMF, sinon → SMRF.

### Pré-traitement ELM (terrain calcaire)

Les paramètres ELM sont adaptés au terrain calcaire rocailleux avec végétation basse :
- `cell=5.0m` — résolution fine pour capturer le relief rocheux
- `threshold=2.0m` — seuil élevé pour ne pas marquer les affleurements comme bruit

## Architecture modulaire

```
lidar_pipeline/
├── __init__.py          # Exports publics
├── __main__.py          # Point d'entrée: python -m lidar_pipeline
├── cli.py               # argparse + logging + main()
├── gpu.py               # CuPy/numpy abstraction (HAS_GPU, to_gpu, to_cpu, xp_*)
├── dtm.py               # Classification PDAL (SMRF/PMF/CSF + auto) + génération DTM
├── visualizations.py    # Fonctions generate_* (19 visualisations)
├── ign.py               # Téléchargement tuiles IGN + overlay
├── rendering.py         # Colormaps, tif_to_png, rapport PDF
├── pipeline.py          # LidarArchaeoPipeline (orchestration + registry)
└── tests/               # Tests unitaires (pytest)
```

Ajouter une visualisation = 1 fonction + 1 entrée dans `VIZ_STEPS` + 1 entrée dans `COLORMAPS`.

## Installation Docker

```bash
cd /votre/dossier/lidar
mkdir -p input

# Copiez vos fichiers .laz dans input/
cp /chemin/vos/fichiers/*.laz input/

# Build l'image Docker
docker build -t lidar-lidar .
```

## Utilisation

### Traitement complet avec GPU (recommandé)
```bash
./run.sh -g
```

### Traitement standard (CPU seul)
```bash
./run.sh
```

### Options du script run.sh
```
./run.sh [options]
  -r RESOLUTION               Résolution en m/px (défaut: 0.5)
  -w WORKERS                  Nombre de workers parallèles (défaut: 1)
  -g                          Activer l'accélération GPU NVIDIA
  -v                          Mode verbeux (timestamps + niveaux)
  --debug                     Mode debug (détails internes fichier:ligne)
  -f / --force                Régénérer tous les fichiers même si les WebP existent
  --force-classification      Reclassifier le sol même si le fichier .las existe déjà
  --ground-classification     Méthode de classification: auto, smrf, pmf, csf (défaut: auto)
  --file NOM...               Traiter un ou plusieurs fichiers LAZ spécifiques
  --test                      Exécuter les tests unitaires
  -h                          Afficher l'aide
```

### Exemples
```bash
# Traitement standard avec GPU
./run.sh -g

# GPU + mode verbeux
./run.sh -g -v

# GPU + 4 workers parallèles
./run.sh -g -w 4

# Haute résolution (0.2m/px)
./run.sh -g -r 0.2

# Forcer la régénération de tous les fichiers
./run.sh -g --force

# Reclassifier le sol seulement (sans régénérer les visualisations)
./run.sh -g --force-classification

# Forcer la classification PMF au lieu de l'auto-détection
./run.sh -g --ground-classification pmf

# Forcer la classification CSF (lent mais robuste sur terrain complexe)
./run.sh -g --ground-classification csf

# Traiter un fichier spécifique (test rapide)
./run.sh -g --file LHD_FXX_1000_6882_PTS_LAMB93_IGN69.copc

# Traiter deux fichiers spécifiques
./run.sh -g --file LHD_FXX_1000_6881_PTS_LAMB93_IGN69.copc LHD_FXX_1000_6882_PTS_LAMB93_IGN69.copc

# Exécuter les tests unitaires
./run.sh --test
```

### Utilisation directe Docker
```bash
# Traitement standard
docker run --rm -v $(pwd)/input:/data/input:ro -v $(pwd)/output:/data/output lidar-lidar

# Avec GPU + classification forcée
docker run --rm --gpus all -v $(pwd)/input:/data/input:ro -v $(pwd)/output:/data/output \
  lidar-lidar python3 -m lidar_pipeline /data/input -o /data/output \
  --ground-classification pmf

# Forcer la reclassification du sol
docker run --rm --gpus all -v $(pwd)/input:/data/input:ro -v $(pwd)/output:/data/output \
  lidar-lidar python3 -m lidar_pipeline /data/input -o /data/output \
  --force-classification

# Mode verbeux
docker run --rm --gpus all -v $(pwd)/input:/data/input:ro -v $(pwd)/output:/data/output \
  lidar-lidar python3 -m lidar_pipeline /data/input -o /data/output -v
```

## Structure des dossiers

```
.
├── input/                    # Fichiers .laz (monté en read-only dans Docker)
├── output/                   # Résultats générés
│   ├── DTM/                  # Modèles numériques de terrain (GeoTIFF)
│   ├── temp/                  # Fichiers temporaires (classification .las)
│   ├── visualisations/       # Images WebP par fichier LAZ
│   │   ├── fichier_6881/     # Un sous-dossier par fichier LAZ
│   │   │   ├── ..._hillshade_multi.webp
│   │   │   ├── ..._svf.webp
│   │   │   ├── ..._mslrm.webp
│   │   │   └── ... (19 visualisations)
│   │   └── fichier_6882/
│   │       └── ...
│   └── rapports/             # Rapports PDF A3 par fichier
│       ├── fichier_6881_rapport.pdf
│       └── fichier_6882_rapport.pdf
├── lidar_pipeline/           # Package Python modulaire
│   ├── cli.py                # Arguments CLI + logging
│   ├── gpu.py                # Abstraction CuPy/numpy
│   ├── dtm.py                # Classification sol + DTM
│   ├── visualizations.py     # 19 fonctions generate_*
│   ├── ign.py                # Tuiles IGN
│   ├── rendering.py          # Colormaps, WebP, PDF
│   ├── pipeline.py           # Orchestration
│   └── tests/                # Tests unitaires
├── process_lidar.py          # Point d'entrée compatible
├── Dockerfile
├── run.sh
└── README.md
```

## Paramètres

| Paramètre | Option | Défaut | Description |
|-----------|--------|--------|-------------|
| Résolution | `-r` | 0.5 | Résolution en mètres par pixel |
| Workers | `-w` | 1 | Nombre de CPU pour traitement parallèle |
| GPU | `-g` | off | Activer l'accélération NVIDIA GPU |
| Classification sol | `--ground-classification` | auto | Méthode : auto, smrf, pmf, csf |
| Forcer classification | `--force-classification` | off | Reclassifier le sol même si .las existe |
| Output | `-o` | /data/output | Dossier de sortie |
| Force | `-f/--force` | off | Régénérer même si les WebP existent |
| File | `--file` | tous | Traiter un ou plusieurs fichiers LAZ |
| Verbose | `-v` | off | Mode verbeux (timestamps + niveaux) |
| Debug | `--debug` | off | Mode debug (détails internes) |

### Résolution recommandée
- `0.2` — Très fine, bâtiments individuels (lent)
- `0.5` — Recommandée archéologie (équilibre vitesse/détail)
- `1.0` — Rapide, grandes structures uniquement

## Interprétation archéologique

### Pour détecter les cavités et souterrains
1. **Negative Openness** — Zones sombres = creux profonds
2. **Dépressions** — Carte spécifique des dolines et sinkholes
3. **Local Relief Model** — Zones bleues = dépressions
4. **Hillshade** — Ombres inhabituelles en forme de trous

### Pour détecter structures et bâtiments anciens
1. **MSRM** — Détection multi-échelle de tous les reliefs
2. **Sky-View Factor** — Structures géométriques claires
3. **SAILORE** — LRM adaptatif pour terrain hétérogène
4. **Anomalies statistiques** — Anomalies topographiques significatives

### Pour hydrologie et fossés
1. **Accumulation de flux** — Fossés d'enceinte, routes antiques
2. **Dépressions** — Zones de collecte d'eau, dolines
3. **Negative Openness** — Fossés et tranchées

## Tests

```bash
./run.sh --test
```

Les tests tournent dans le conteneur Docker et couvrent la classification du sol (SMRF/PMF/CSF), l'auto-détection, le rendu, et les visualisations.

## Dépannage

```bash
# Vérifier Docker
docker --version

# Shell dans le conteneur
docker run --rm -it -v $(pwd)/input:/data/input -v $(pwd)/output:/data/output \
  --entrypoint bash lidar-lidar

# Reconstruire l'image
docker build --no-cache -t lidar-lidar .

# Nettoyer
docker system prune -a
```

### Erreur mémoire
Augmenter la mémoire Docker à 16Go+ pour les gros fichiers LiDAR HD.

### Données LiDAR HD (IGN)
Les fichiers COPC (.laz) de l'IGN sont supportés directement. Le pipeline détecte automatiquement la méthode de classification du sol (SMRF/PMF) en analysant le ratio de retours uniques du nuage de points.