eBook Aerofotogrametria Com Drones Horus

AEROFOTOGRAMETRIA COM DRONES CONCEITOS BÁSICOS

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1. O que é?

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A palavra aerofotogrametria é derivada de três palavras gregas que significam: luz, descrição e medidas. É um método de obtenção de dados topográficos através de fotografias aéreas da superfície terrestre, normalmente com a finalidade de gerar materiais cartográficos. Desenvolvido em 1903, é utilizado até os dias de hoje como base para estudos e análises profissionais, já que oferece uma visão ampla e com escala adequada à superfície terrestre.

Imagem ilustrativa

1. Aerolevantamento

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É um conjunto de operações com objetivo de obter imagens da parte terrestre, aérea ou marítima de um território, por meio

de

câmera

embarcada

em

plataforma

aérea,

complementadas pelo registro e análise dos dados colhidos, utilizando recursos da própria plataforma ou de estação localizada à distância. Os drones realizam essas operações em missões orientadas por GPS para capturar fotografias sequenciais de uma determinada área. As imagens obtidas são processadas e por meio de softwares especializados geram os materiais cartográficos, como as ortofotos, mds, mdt e afins.

DRONE MAPTOR CAPTURA IMAGENS EM SOBREVOOS DE ATE 20 MIL HECTÁRES

Imagem ilustrativa

2.1. Resultados esperados

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O processamento das imagens oferece diversas possibilidades de produto final, tais como os materiais cartográficos que disponibilizam informações da área mapeada. Através dos modelos digitais, nuvens de pontos e ortofotos obtém-se informações de relevo, distância, tamanho, altura de objetos e volume. Os softwares de processamento de imagens disponibilizam diversas ferramentas e, cada vez mais, são reveladas novas funcionalidades à medida que os usuários identificam diferentes necessidades durante os aerolevantamentos.

Exemplos de materiais gerados após processamento de imagens:

Imagens ilustrativas

Núvem de Pontos

Imagem NIR

2.2. Os meios para captação de Imagens

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Inicialmente, eram utilizados balões para realizar a captação de imagens. Com o passar dos anos, os aviões e helicópteros começaram a ser utilizados. Atualmente, as imagens aéreas são comumente obtidas através de satélites, aeronaves e drones. Aeronaves tripuladas: Um plano de voo é criado analisando os recursos disponíveis, como plantas ou mapas da região onde será executado o levantamento fotográfico. Utilizam-se linhas de voo paralelas entre si, de forma a obter uma sobreposição de imagem, ou seja, gerando imagens sequenciais onde cada imagem representa de 30% a 40% da imagem anterior lateralmente e 60% a Imagem ilustrativa

80%

longitudinalmente.

Quanto

maior

a

sobreposição maior a qualidade da imagem. Porém, atualmente esse método é considerado pouco

vantajoso

financeiramente

quando

comparado a outras opções. Satélite: É possível comprar imagens captadas por satélites para fins de fotogrametria. Essas imagens,

geralmente,

não

têm

qualidade

satisfatória por não terem uma boa resolução, GSD médio de 30 cm/pixel. Outra desvantagem é a defasagem das imagens porque um satélite passa por uma mesma região em um intervalo muito grande de tempo (mais de meses) e as imagens podem ser comprometidas por nuvens ou má condição climática no momento da captura.

2.2. Os meios para captação de Imagens

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VANT/DRONES – O termo “drone” é originário do Inglês, que significa zangão/zumbido, é utilizado no Brasil para referir-se aos VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados). Esses equipamentos estão sendo cada vez mais utilizados na captação de imagens aéreas. São orientados via GPS e realizam sobrevoos na área a ser mapeada. Posteriormente as imagens captadas são processadas em software específico e geram os materiais cartográficos para os mais diferentes tipos de

análise.

Atualmente

é

o

método

com

melhor

custo-benefício e com maior qualidade final. Dentro dessa categoria, vale destacar dois tipos de drones, os de asa fixa e os multirotores.

2.2. Os meios para captação de Imagens

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VANT/DRONES Multirotores – É a categoria mais popular desses equipamentos e são amplamente utilizados em produções cinematográficas, publicitárias e até em atividades recreativas. Os multirotores são como mini helicópteros, têm decolagem e pouso na vertical. Realizam voos de 25 minutos, em média, e podem ser programados para voo automático ou manual, dependendo do objetivo da operação. Imagens ilustrativas

VANT/DRONES Asa Fixa – Os drones de asa fixa são como mini aviões. O sistema de lançamento, em geral, dá-se com auxilio de uma catapulta e o pouso pode ser feito “de barriga” ou com auxílio de um paraquedas. Esse tipo de equipamento geralmente tem maior autonomia de voo do que os multirotores, ou seja, cerca 50 minutos de operação dependendo do modelo e são mais indicados para áreas mais extensas. Imagens ilustrativas

3. Conceitos da aerofotogrametria com drones

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Resolução - É a limitação operacional de um sistema de sensoriamento remoto para produzir uma imagem nítida e bem definida. Resolução Espacial – Tradicionalmente conhecida como a mínima distância entre dois objetos que um sensor pode distinguir no terreno. Precisão – Quando se fala em aerolevantamento existem dois tipos de precisão: a geográfica e a precisão de medições. Geográfica/Espacial - Baseada em coordenadas geográficas de GPS,

representa o espaço e os fenômenos que nele

ocorrem. A precisão geográfica em VANTs (sem uso de RTK ou pontos de controle) costuma considerar uma margem de 1 a 3 metros de erro de posicionamento. Vale ressaltar que utilizando-se de pontos de controle ou de RTK, consegue-se precisão centimétrica. Exemplo de erro: posicionamento geográfico

Imagens ilustrativas

3. Conceitos da aerofotogrametria com drones

Precisão em medições - Essa precisão refere-se aos cálculos feitos em cima dos materiais gerados. Por exemplo, dentro de uma ortofoto você pode medir o comprimento de uma pista de pouso. Ao realizar tal medição, a margem de erro é centimétrica, variando conforme o GSD do mapa.

GSD – O GSD (Ground Sampling Distance) é a distância entre os centros de dois pixels consecutivos medidos no solo. Quanto menor o GSD, maior é a resolução espacial e maior é a qualidade de imagem, ou seja, haverá mais detalhes visíveis na imagem. Por exemplo, um GSD de 5 cm significa que um pixel representa 5cm no chão (25cm²). Mesmo em um voo com altitude constante, o projeto talvez apresente áreas com GSD diferentes, isso devido ao relevo do terreno mapeado e pequenas variações no ângulo de captura de imagem da câmera. Porém os softwares de processamento de dados compensam essas variantes e aplica um GSD médio de todo o mapeamento. O GSD está diretamente ligado à resolução da câmera utilizada e também altura do voo. Imagens ilustrativas

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3. Conceitos da aerofotogrametria com drones

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Sobreposição – As imagens realizadas durante o aerolevantamento são sequenciais, dessa forma, é possível ajustar o índice de sobreposição dessas imagens, ou seja, você pode indicar o quanto de uma foto irá incidir/sobrepor na imagem seguinte. Esse índice de sobreposição interfere na qualidade do mapa gerado. O índice ideal de sobreposição costuma ser de 70% lateral e 80% frontal. Ortorretificação -A ortorretificação tem como finalidade corrigir geometricamente a imagem. Representa o processo de correção da imagem, pixel por pixel, das distorções decorrentes do relevo, transformando a imagem de uma projeção cônica para uma perspectiva ortogonal, mantendo a constância da escala em toda a imagem ortorretificada.

Imagens ilustrativas

Escala – A escala é a característica mais informativa da imagem. Uma vez conhecida a escala de uma fotografia pode-se descobrir diversas outras informações relevantes como a área total coberta na imagem. Calcular a escala de uma imagem é simples, desde que seja conhecida a altura do voo (durante a captura das imagens) e a distância focal da câmera utilizada. Outra maneira de obter a escala de uma fotografia aérea é a comparação de distância entre pontos escolhidos na foto e identificados em um mapa de escala conhecida.

4. Precisão dos dados

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Acurácia - A Acurácia define o posicionamento geográfico do mapa. Por exemplo, um mapa pode ter alta precisão, mas ser inútil para a utilização em cadastramento urbano, pois suas coordenadas de latitude e longitude estão distorcidas do seu real valor. Então para atingir a acurácia desejada é necessária a utilização

de

métodos

mais

precisos

para

o

geoposicionamento da aeronave. Em muitos casos as fotos são georreferenciadas segundo o GPS de navegação do VANT, que possui um erro médio em geral de 5 metros. Desse modo é possível concluir que um drone com alta precisão pode ter baixa acurácia. “Os métodos mais comuns para aumentar a acurácia da área processada são a utilização de pontos de controle em solo, ou a adição da tecnologia de RTK dentro das aeronaves.”

4. Precisão dos dados

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Pontos de controle – São pontos de referência em solo, realizados com GPS de alta precisão com intuito de tomar as coordenadas exatas do ponto. Deve ser algo identificável e visível nas fotos. O objetivo da utilização dessa ferramenta é aumentar a acurácia do mapeamento gerado pela aeronave no momento do voo, podendo diminuir para até três centímetros a margem de erro. Pode-se tomar como referência alvos naturais (identificáveis na foto) ou artificiais como uma marcação a tinta no chão.

Ponto de Controle Natural

Ponto de Controle Artificial

Imagens ilustrativas

4. Precisão dos dados

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GPS – Global positioning system, é um sistema de posicionamento que fornece informações a um aparelho receptor móvel. Esse sistema funciona via satélite e dá o posicionamento de determinado elemento em qualquer lugar do planeta. Imagens ilustrativas

RTK – Real Time Kinematic, significa Posicionamento Cinemático em Tempo Real e é uma forma de posicionamento que está cada vez mais presente nas atividades que envolvem levantamentos cadastrais, mineração, controle de maquinário e outros. Utiliza a tecnologia de navegação por satélites através de um rádio modem ou telefone GSM para realizar correções instantâneas. Ou seja, os dados já são altamente precisos durante a realização do voo e não somente após o processamento das imagens. Imagens ilustrativas

5. Câmeras e Sensores

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Principais câmeras utilizadas - RGB, NIR e Multiespectral Câmera RGB – O sistema de cores RGB (Red, Green and Blue) está presente em todas as câmeras fotográficas convencionais e, inclusive, na câmera do seu celular. Resultam em fotografias como as que estamos acostumados a ver todos os dias, mostrando um determinado objeto ou cena com suas cores reais, reproduzindo o que se vê a olho nu.

Ortofoto RGB

Imagens ilustrativas

5. Câmeras e Sensores

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Câmera NIR - Esta câmera utiliza sensores que captam imagens com ondas verde, vermelho e infravermelho próximo (Near Infra Red), o que possibilita a verificação do estado nutricional da cultura. A clorofila produzida pelas plantas e outros tecidos vegetais refletem pigmentos verdes que, durante

o

estado

de

fotossíntese,

atuam

como

fotorreceptores (recebem e emitem luz não visível a olho nu). As imagens geradas por esta câmera permitem a aplicação do índice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), que em português significa Índice de Vegetação por Diferença Normalizada, e é este índice que permite as análises de taxas de fotossíntese das plantas. A utilização deste índice nas imagens da câmera NIR proporciona a verificação da saúde e desenvolvimento através da verificação das colorações na imagem. Normalmente são imagens em tons de verde, amarelo e vermelho, onde: Tons de verde são plantas em processo de fotossíntese (possivelmente saudáveis), tons de amarelo indicam algum problema (indicadores de estresses) e tons de vermelho são áreas com plantas mortas ou sem vegetação.

Ortofoto NIR

Imagens ilustrativas

5. Câmeras e Sensores

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Multiespectral - Uma câmera multiespectral conta com múltiplos sensores e filtros de alta qualidade que interagem com a luminosidade gerada pelas plantas (invisível a olho nu) para captar diferentes bandas com largura estreita, permitindo assim mais precisão e qualidade na imagem captada. Pode-se dizer que é similar a câmeras convertidas para NIR, porém é uma câmera com mais de um sensor em um só equipamento, que permite também a utilização de outros índices e consegue analisar problemas mais específicos. As imagens multiespectrais podem ver o que a olho nu não é detectável, isso nos permite avaliar problemas em um estágio muito mais cedo e tomar a decisão corretiva no momento mais adequado.

Imagens ilustrativas

Múltiplas camadas de uma mesma Ortofoto Imagens ilustrativas

6. Boas Práticas de voo com Drones

Segurança A utilização de drones pode gerar riscos a quem opera ou está próximo da aeronave, como ocorre em qualquer atividade que envolva equipamentos mecânicos. Os drones também exigem cuidados e devem ser operados seguindo as recomendações contidas no manual de instruções do fabricante. É de vital importância que o equipamento seja operado em condições climáticas favoráveis e também exista uma área de pouso e decolagem afastada de edificações e pessoas. Por conter bateria, os cuidados devem ser ainda maiores, e deve-se ter atenção para qualquer variação na textura ou forma da mesma, e em caso de variação, ela tem que ser isolada para observação, pois baterias sempre oferecem risco de explosão quando estão com algum defeito. Cuidados ao armazenar e carregar as baterias são essenciais.

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6. Boas Práticas de voo com Drones

Como funciona Os veículos aéreos não tripulados, chamados VANTs, são equipamentos orientados por GPS para fins profissionais, mais especificamente para obtenção de fotografias aéreas. Funcionam de forma automática sem a necessidade de um operador pilotando a aeronave. O processo se inicia com a definição da área a ser mapeada no planejador de missões e é armazenada no piloto automático, gerando um plano de voo que vai orientar o VANT durante a operação. O lançamento da aeronave é feito, geralmente, com o auxílio de uma catapulta e, já durante o lançamento, o piloto automático assume o controle do VANT e o direciona para o primeiro ponto programado. A partir daí realiza toda a missão e volta para a área determinada para o pouso no plano de voo. A aeronave é embarcada com câmera que durante o voo realiza fotografias em alta definição da área pré-estabelecida para, posteriormente, gerar os mapas e ortofotos.

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6. Boas Práticas de voo com Drones

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Planejamento de Voo A operação é planejada através de software de planejamento de missões. Com base em mapas satelitais, o operador escolhe a área onde será realizado o mapeamento e indica no software. O operador deve indicar um local de decolagem e pouso, além definir altura de voo e os índices de sobreposição

de

imagem.

O

mais

importante

nesse

planejamento é verificar a região com muita atenção e montar as orientações para pouso com extrema cautela. Os problemas com esses equipamentos são raros, mas quando acontecem geralmente são relacionados à má construção do plano de voo e, principalmente, as graduações de descida durante o pouso da aeronave. No curso oferecido pela Horus, o cliente aprende todos os passos da construção do plano e também todos os detalhes a se observar para que seja realizada a operação com segurança.

6. Boas Práticas de voo com Drones

Condições Climáticas Um fator chave para realizar voos com drones, é verificar a previsão do tempo para o local e data do voo e também confirmar as condições climáticas no momento da operação, isso para garantir uma boa captação de imagens. Basicamente consiste em identificar a direção e checar a intensidade do vento, verificar nebulosidade e a possibilidade de chuva. O principal fator limitante, sem dúvida, é a chuva. Ainda não há um equipamento totalmente a prova d’água que permita a operação em dias de chuva. Outro fator é a nebulosidade ou presença de nuvens baixas, já que quando o dia está chuvoso ou com nuvens muito carregadas há pouca iluminação natural, o que certamente compromete as imagens obtidas. Quando houver nuvens baixas, não recomendamos o voo porque o drone pode entrar numa dessas nuvens e perder comunicação com a base. Em relação ao vento existem algumas controvérsias, os fabricantes costumam indicar nas especificações a velocidade máxima do vento em que o drone consegue operar. Porém para a captação de imagens é recomendado que o vento não esteja acima de 30 km/h. Ventos acima dessa velocidade podem comprometer a captação de imagens. Na realidade, uma aeronave pode voar e resistir a ventos de ate 60 km/h, mas nessas condições o voo não é recomendado porque o material levantado não será satisfatório.

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