eBook-Topografia Com Drones

A Mapear é uma empresa de engenharia liderada por mulheres que através de uso de drones combinado a fotogrametria oferece as mais diversas soluções e de maneira personalizada. Nosso objetivo é melhorar as decisões estratégicas de nossos clientes através de dados qualitativos e quantitativos extraídos de mapas digitais inteligentes. Realizamos inicialmente o diagnóstico de quais são as dificuldades onde podemos auxiliar o empreendedor, empreendedor, etapa imprescindível, para então oferecer um resultado que de fato traga respostas corretas. Além disso, construímos mapas de aplicações personalizados onde mostramos as portas que podem ser abertas com a introdução de produtos gerados por drones visando a otimização processos produtivos, produtos e tomadas de decisão. com a sólida experiência da equipe e agilidade de entrega atendemos todo o Brasil em diferentes ramos do mercado.

INTRODUÇÃO É comum nos assustarmos com o novo, quando estamos acostumados a passar anos fazendo a mesma coisa e da mesma maneira.

Para os profissionais da área de topografia o avanço apresentado com a tecnologia dos drones foi assustador, pois saímos de um dia todo de campo debaixo de um sol escaldante e andando quilômetros com uma estação total, para 30 minutos debaixo da sombra esperando o equipamento finalizar o voo. Não que a topografia não tenha evoluído, quem está no ramo a mais tempo viveu a troca do teodolito pela estação total e isso já foi um avanço considerável, tendo em vista a dificuldade que era anotar ângulos e distâncias e dar conta de todos aqueles papéis nivelando um tripé. Depois surgiram as estações que realizam medições sem prisma e mais recentemente as estações robóticas.

É impossível afirmar que a topografia convencional está acabada. Na locação por exemplo, é e ssencial aplicarmos essa ciência. Mas com toda certeza o drone veio para agregar valor a cartografia que estava tão escondida em meio a tantos outros tópicos da enge nharia. Nenhum dos métodos é superi or ao outro, cada abordagem tem um papel apropriado, dependendo da natureza dos dados, objetivo da análise, tempo e custo do projeto Pelo baixo custo e fácil acesso, podemos assegurar que os drones mudaram todos os paradigmas que tínhamos com a relação: qualidade x agilidade. Na MAPEAR, utilizamos o BATMAP I que em 1h30 e com apenas 1 profissional em campo já é possível mapear 1200ha, alcançando um GSD de 10 cm, que já é o suficiente para trabalhar e atender diversas necessidades do mercado. Quanto aos produtos gerados a partir da fotogrametria com drones, o escopo abrange desde o mosaico até o modelo tridimensio nal, que possibilita ter uma visão privilegiada de toda área de interesse sem sair da frente do computador, além das possibilidades de cálculos e estudos de relevo.

Não restam dúvidas que essas ciências se complementam para estabelecer a harmonia do conjunto, do qual resultam as plantas, as cartas e os mapas, produtos denominados tematicamente de topográfico. Pensando em demonstrar todo esse processo, executamos um projeto de mapeamento aéreo com drones em uma fábrica e gera mos alguns produtos cartográficos. No transcorrer desse ebook apresentamos a metodologia aplicada e os resultados obtidos.

OBJETIVO Apresentar os benefícios do uso de imagens aéreas, toma das através dos drones, na topografia tradicional e as possibili dades dos produtos cartográficos gerados por esse processo.

FOTOGRAMETRIA A palavra fotogrametria é formada da junção de três palavras de origem grega (photon – graphos – metron), tendo o seguinte significado: luz, descrição e medida. Segundo a Sociedade Americana de Fotogrametria, Fotogra metria é a arte e a ciência de realizar medições precisas por meio de fotografia aérea. Surgiu em 1849 na França sobe o co mando do coronel Aimé Laussedat, considerado o pai da foto grametria.

Quanto a participação instrumental, passou pela fase analógi ca, onde os dados de saída eram os fotolitos, teve a fase analí tica com a chegada dos computadores e por fim a era digital, onde todo o processo é feito de forma digital sem a necessi da de de filmes fotográficos e fotolitos. A vantagem dessa ciência está em não precisar tocar o objeto para medi-lo, a aquisição dos dados é rápida, os fotogramas apresentam grande quantidade de informações semânticas e geométricas, a precisão pode ser aumentada se acordo com as necessidades de cada projeto e as superfícies complicadas podem ser facilmente determinadas com a densidade de pontos desejada.

TOPOGRAFIA A palavra Topografia deriva das palavras gregas "topos" (lugar) e "graphen" (descr ever), o que significa, a descr ição exata e minu ciosa de um lugar. É a base de qualquer projeto e de qualquer obra realizada. Com a exigência de instrumentos e métodos de medidas mais sofisticados, o desenvolvimento da topografia foi intenso, chegando nos dias atuais ao GPS, que utiliza sinais emitidos por satélites artificiais, permitindo de maneira rápida e precisa a determinação de pontos situados em qualquer região da superfície terrestre. A definição dessa superfície, se dá pelo levantamento topográfico, que pode ser dividido em planimétrico, que é a representação bidimensional (coordenadas x e y) do terreno e o altimétrico, onde as feições além de serem projetadas no plano horizontal também terão sua representação num plano de referência vertical, formando a representação tridimensional (coordenadas x, y e z). A junção desses dois tipos de levantamento é classificada como sendo levantamento Planialtimétrico.

DRONES NA TOPOGRAFIA Toda solução tecnológica surge de alguma limitação e não foi diferente com a adaptação dos drones na topografia. Com a utiliza ção dos drones é possível realizar voos abaixo das nuvens, implicando numa distância menor entre a aeronave e o solo, ao contrário da aeronave tripulada e de satélites. Assim, os drones proporcionam maior detalhamento do solo gerando possibilidades e produ tos únicos. Na fotogrametria, as imagens aéreas são muitas vezes confundidas com os produtos cartográficos, por isso é importante destacar que as imagens são os dados de entrada e o mapa é o resultado final.

Quanto aos dados levantados em campo, da mesma forma que geramos os pontos irradiados com a estação total, os drones geram as nuvens de pontos que fazem o mesmo papel da irradiação, porém o nível de detalhamento é muito maior. A proporção é de 1500 vezes mais pontos que a topografia convencional. No mapeamento aéreo com drones manteve-se os pontos de controle em campo, porém organizados de maneira diferente. O usual na topografia convencional é partir de dois pontos de coordenadas conhecidas, fazer o caminhamento da poligonal e fechar em dois pontos com coordenadas conhecidas e através desses pontos realizar as irradiações, poligonal secundária e pontos auxi liares. Já na fotogrametria com drones, os pontos de controle também são responsáveis por medir a acurácia dos pr odutos gerados e ge orreferenciar o terreno, porém também cumprem o papel de “ligar” os modelos, assim são dispostos de forma a cobrir toda área de interesse, inclusive nos cantos das imagens e mudança no relevo.

ÁREA DE ESTUDO Com o intuito de promover a topografia com drones, fizemos todo o processo de topografia e regularização de matrícula de uma fábrica que usualmente usa a topografia como método básico para suas atividades.

PLANEJAMENTO A área voada foi de 37,32 hectares. Tal extrapolação ocorreu, pois, as regiões centrais por conterem mais imagens sobrepostas apresentam maior qualidade, assim a área de interesse se mantém na região central. Também foi feito um voo obliquo complementar para gerar o Modelo Tridimensional. No planejamento do voo foi aplicada sobreposição lateral de 80% e longitudinal 80%.

Quando são utilizados pontos de apoio, através do GSD escolhido, 4 cm, é possível estimar a acurácia posicional dos produtos

finais a partir da seguinte regra:

Planimétrica (X e Y) = 1 a 1,5 x GSD = 1 a 1,5 x 4 cm = 4 a 6cm Altimétrica (Z) = 2 a 3 x GSD = 2 a 3 x 4 cm = 8 a 12 cm Obs.: Esses valores são uma média podendo os resultados finais estarem fora do intervalo, mas não com uma alta discrepância.

EQUIPAMENTOS PHANTON 4 Possui um conjunto de câmeras/sensores utilizados para mapear o ambiente ao redor do aparelho, com o intuito de de tectar e impedir o impacto do drone em objetos.

As imagens são exibidas em tempo real no tablet ou smartphone conectado ao rádio-controle, mas também são grava das em um chip de memória no próprio multicóptero. O drone é equipado com um dispositivo para estabili zação das ima-

gens por meio de campo eletromagnético, mantendo a câmera equilibrada e estável, mesmo em velocidade e com ventos fortes. O aplicativo também permite controlar a exposição e a velocidade do obturador, como em uma câmera profissio nal, além de possuir o modo automático.

GPS RTK HIPER V Receptor GNSS com 226 canais para rastr eamento das constelações GPS e GLONASS nas portador as L1/L2/ L2C e SBAS, memória interna e removível através de cartão SD Card de 8 GB, precisão horizontal de 3mm + 0.1 ppm e vertical de 3.5mm + 0.4 ppm para levantamento estático e rápido estático, precisão RTK horizontal de 10mm + 1ppm e vertical de 15mm + 1ppm e resistente à água e poeira na classificação IP67, e a quedas de até 2 metros.

SOFTWARES

AGISOFT PHOTOSCAN  VERSÃO 1.3.3.48 Tem a capacidade de geração de dados espaciais em 3D para utilização em aplicações de SIG/SIS (Geographic Informa tion System), documentação de patrimônio cultural, produção de efeitos visuais (utilização em publicidade) e medições de objetos em diversas escalas. Permite gerar ortofotos georreferenciadas de alta resolução, além de modelos digitais de elevação (MDE) detalhados e/ou modelos poligonais texturizados.

MAPGEO 2015  MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL Com o sistema de interpolação, disponibilizado juntamente com o modelo, os usuários podem obter a altura geoidal em um ponto ou conjunto de pontos do território nacional a partir das suas coordenadas planimétricas.

MAGNETIC OFFICE TOOLS Avançado software de processamento e de ajustamento de dados de campo, permitindo a sua instalação em forma autônoma, ou como sistema Add-on dos produtos AutoCAD. Principais funções: Importação, processamento e ajustamento de dados GNSS estáticos e rápido estáticos, importação e ajustamento de dados de levantamento RTK, processamento e ajustamento de GPS e Glonass L1/L2.

DRONEDEPLOY DroneDeploy é uma plataforma de software em nuvem para mapeamento de drones e modelagem em 3D. O aplicativo gratuito DroneDeploy fornece captura de dados e vôos automáticos e permite que explore e compartilhe mapas interativos de alta qualidade no campo diretamente do seu dispositivo móvel.

AUTOCAD CIVIL 3D O Civil 3D é um software da linha AutoCAD, desenvolvida pela Autodesk, voltado para elaboração e análise de projetos nos mais diversos ramos da engenharia civil. Além de possuir todas as funcionalidades do AutoCAD, o Civil 3D possui uma gama de ferramentas exclusivas que permitem ao usuário desenvolver, com facilidade, projetos na área de transportes, SIG e inúmeras aplicações envolvendo áreas ligadas ao meio ambiente, como análise de bacias hidrográficas e es tudos hidráulicos e hidrológico.

EQUIPE Foi necessário apenas uma pessoa em campo. O local era fechado e de acesso restrito, assim os equipamentos estiveram sempre em segurança, não sendo necessário um outro profissional acompanhar. Com isso o custo operacional foi reduzido, sem prejuízos em qualidade e tampouco aumento nos dias de execução.

EXECUÇÃO EM CAMPO COLETA DOS PONTOS DE CONTROLE:  Como

a RBMC mais pró-

xima de Maceió é a ALAR 93237 localizada em Arapiraca - AL. Optamos por instalar a base dentro da fábrica e percorrer os demais pontos com o Rover no modo RTK. O tempo de coleta da Base foi de 2 horas, suficiente para garantir a qualidade do processamento. A coleta do restante dos pontos durou em média 3 minutos (sem contar o deslocamento de um ponto para outro) para demarcação do ponto e fixação do sinal.

VÔO: Os voos foram realizados entre as 10:00h e 14:00h para que o efeito de sombra das construções fosse minimizado. O sombreamento pode acarretar perda de informação no mosaico e interferindo diretamente na vetorização das feições. Foram feitos 4 voos de aproximadamente 16 minutos cada, produzindo 1.200 imagens. Também foi realizado o vôo oblíquo para posterior geração do modelo tridimensional da fábrica. No vôo oblíquo as imagens são capturados em volta das estruturas assim é possível garantir a qualidade das laterais dos objetos no modelo 3D.

EXECUÇÃO EM ESCRITÓRIO No Software Agisoft PhotoScan, foi realizado o processamento de 1239 imagens totalizando 22 horas de tempo de máquina. O GSD final, após o processo de ortoretificação foi de 3,5 cm. Comparando a um muro de divisa de um lote, por exemplo, que tem em média 25 cm, a resolução espacial final (Nível de detalhamento) alcançada, com o processamento das imagens aéreas atende perfeitamente os critérios de precisão cartográfica e permite manter as características reais de cada feição vetorizada.

ANÁLISE DE QUALIDADE POSICIONAL Os pontos de verificação ou check points são os indicadores de qualidade do projeto, sua função é controlar a qualidade da aero triangulação mediante o cálculo da discrepância entre a coordenada estimada (aerotriangulada) e a coordenada conhecida (de terminada pelo levantamento de campo). Analisando a tabela abaixo retirada do relatório do processamento aerofotogramétrico, o resultado final obtido a partir do RMS (Erro Médio Quadrático) dos 12 pontos de verificação usados neste projeto foi de 4,75 cm para planimetria e 5,98 cm na altimetria. Esse resultado é considerado excelente pois é um erro próximo ao GSD do projeto, que no final chegou em 3,51 cm.

MODELO DIGITAL DE SUPERFÍCIE

MODELO DIGITAL DO TERRENO

 (MDS)

 (MDT)

CURVAS DE NIVEL

NUVEM DE PONTOS

MOSAICO DE ORTOFOTOS

Na imagem da direita a baixo podemos ver o ortofotomosaico dividido pelas linhas de corte, onde cada divisão representa um pedaço de uma ortofoto usado no processo de mosaicagem.

PLANTA PLANIALTIMÉTRICA

REGULARIZAÇÃO DE MATRÍCULA

CONCLUSÃO Como já dissemos anteriormente os drones vieram para agregar valor às ciências cartográficas e não para substituir a topografia tradicional. É natural imaginarmos que tanta informação numa única imagem talvez atrapalhe o manuseio dos dados e implique em erros grosseiros, mas não é isso que acontece, é possível adaptar toda essa informação para cada produto que se pretende gerar e isolar o restante que não for necessário. No caso do mosaico, por exemplo, existe a possibilidade de realizar medições diretas de distâncias, áreas e ângulos, já que possui uma escala uniforme. A grande quantidade de informações que facilita a interpretação dos dados e o processo de elaboração é mais rápido em comparação à uma carta topográfica além de apresentar todos os dados cartográficos da mesma.

Outro produto muito requisitado pelo mercado é o Modelo Digit al do Terreno, as curvas de nível apresent am alto grau de detalhamento devido a quantidade de pontos gerados. A partir dos modelos pode-se calcular: Volumes; Áreas; Desenhar perfis e seções transversais;

Gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza; Gerar mapas de declividade e exposição;

Gerar fatiamentos em intervalos desejados; Perspectivas tridimensionais. O levantamento topográfico realizado com drones transformou semanas e meses de trabalho em alguns dias, atendendo assim rapidamente as necessidades do cliente sem perder a qualidade necessária. Coordenadas, distâncias e ângulos são elementos fun damentais para descrição de uma área e precisam de todo controle posicional que o mapeamento aéreo exige. Pelos produtos apresentados neste ebook podemos notar a versatilidade que a topografia com drones nos traz e quantas soluções podem ser empregadas no ‘setor da engenharia. Por fim, aplicar a tecnologia precisamos sempre saber qual o objetivo e requisitos do projeto para chegar em um resultado final satisfatório e de qualidade.

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