Mapeamento com Drone. Quão preciso é o uso de Drone no seu projeto?

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Mapeamento com Drone. Quão preciso é o uso de Drone no seu projeto? Tudo o que você precisa saber sobre este assunto.

Os drones parecem ter o potencial de revolucionar várias áreas de nossas vidas, mas hoje a maior ruptura é no campo do mapeamento aéreo, ou aerolevantamento. Essas pequenas máquinas voadoras fazem o mapeamento de qualquer área ou objeto em poucos minutos ou horas, em vez dos dias ou semanas, típicos dos processos existentes até aqui. Mapeamento com Drone

Além disso, um ponto extremamente importante é a sensível redução de custos nos processos de mapeamento aerofotogramétrico, que ate a inserção dos drones no mercado se faziam por meios extremamente complexos e caros, como os tradicionais voos tripulados em aviões de uso exclusivo para aerofotogrametria.

Mas, o que exatamente é essa “precisão” que tanto se almeja? Como você a define, identifica e verifica está informação? E, finalmente, qual é a precisão que você realmente precisa e como você consegue isso usando VANT’s? Mapeamento com Drone

Todas estas questões são realmente importantes se seu objetivo é incluir na execução de seu projeto o mapeamento aéreo com o uso de drones. Nesse contexto, a precisão é o ponto principal de alcance. E se você não pode defini-lo e entregá-lo, você acabaria oferecendo aos seus clientes nada mais que uma imagem aérea da área de estudo.

 

PRECISÃO DO PROJETO X GSD

Um dos parâmetros mais importantes do aerolevantamento é a resolução espacial, que em termos de fotogrametria é descrita como GSD (Ground Sampling Distance). Na literatura, é definida como a distância entre dois centros de pixels consecutivos medidos no solo. Na prática, é simplesmente o tamanho do terreno representado no pixel.

O GSD tem variáveis distintas, inicialmente os parâmetros da câmera (principalmente resolução da câmera e distância focal) e da altitude do voo. Por exemplo, para alcançar um tamanho de pixel de 1cm usando um drone multirrotor com câmera não métrica de resolução 20mp, você precisará voar a uma altitude de 40 m. O uso de um dispositivo profissional como um Lancaster 5 da Precision Hawk, por exemplo, permitirá que você alcance um GSD de 1 cm a 80 m.

No entanto, se você conseguir completar seu mapeamento com avaliação final de um GSD com 1cm², não significa, necessariamente, que a precisão de seu mapeamento no geral (ou para ser mais exato, os produtos finais gerados: Ortofoto, Modelo Digital de Terreno ou Nuvem de pontos 3D) também será de 1 cm.

Na fotogrametria, a precisão é sempre relativa à precisão do posicionamento, que é definida como o grau em que a informação no mapa criado, a partir dos dados capturados, corresponde ao terreno real.

 

PRECISÃO RELATIVA E PRECISÃO ABSOLUTA Mapeamento com Drone

É aí que as coisas começam a se tornar interessantes, bem como mais complicadas. Uma coisa é gerar um modelo fotogramétrico preciso usando um software como o Precision Mapper ou o Pix4D. Mas adequar este modelo precisamente a um sistema de coordenadas geodésicas é um pouco mais complexo.

Os drones estão equipados com GPS que permitem que você coloque as imagens de forma adequada e gere modelos 3D. No entanto, estes sensores não são suficientemente precisos para que você coloque o modelo digital obtido, através do processo de mapeamento aero e processamento, com precisão em nível centímetrico.

Para entender isso melhor, você pode medir a distância entre dois pontos em seu modelo reconstruído e achar que o valor é bastante próximo do valor medido no campo. Mas uma avaliação mais detalhada revelaria que os pontos em si poderiam estar a 1 metro de distância de sua posição real na Terra. Ou seja, você teria pelo método inicial de captura de dados um deslocamento significativo.

CONCEITOS E APLICAÇÕES:

É por isso que no levantamento aéreo, a precisão é interpretada de duas formas: relativa e absoluta. Mapeamento com Drone

A precisão relativa é a medida de como os objetos são posicionados um em relação ao outro em um modelo reconstruído (Ortomosaico, Modelo Digital de Superfície/Terreno ou Nuvem de Pontos 3D. Já a precisão absoluta refere-se à diferença entre a localização dos objetos no modelo reconstruído e a sua verdadeira posição na Terra (ou um sistema de coordenadas geodésicas). Mapeamento com Drone

Para a maioria das pequenas áreas e casos de uso simples, o modelo relativo funcionaria bem. Ele permitirá que você obtenha dados de distâncias, volumes e diferenças de altura e faça operações como a aplicação de índices de vegetação aos seus dados. No entanto, se seu objetivo é o uso profissional de obtenção de dados fotogramétricos, com finalidades tais como levantamento topográfico ou combinar seus dados com outras camadas de dados já existentes (por exemplo, dados vetoriais GIS) e ate fazer operações com coordenadas geográficas em um sistema de referência geodésica, você precisará executar a chamada orientação absoluta do seu modelo reconstruído usando Pontos de Apoio de Terreno, ou a chamada rede básica de apoio terrestre – GCP’s.

Os GCP’s (Ground Control Points) são marcadores visuais, foto identificáveis, cujas coordenadas são conhecidas, a partir de obtenção por equipamentos geodésicos de alta procissão (RTK).

Eles ajudam a aumentar a precisão de seu projeto de mapeamento aéreo com drones e permitem que você ajuste o modelo em um sistema de coordenadas geodésicas conhecido. Esses pontos devem ser medidos por um topógrafo/agrimensor com equipamentos profissionais, como o RTK GPS ou uma estação total.

 

O QUE INFLUENCIA A OBTENÇÃO DE PRECISÃO NO MAPEAMENTO COM DRONE?

O grau em que a precisão absoluta se aproxima da precisão relativa é determinado pela qualidade geral do processo fotogramétrico e pela precisão dos Pontos de Controle de Terra.

A precisão absoluta de seu projeto não pode ser maior do que a precisão dos GCP’s. Portanto, é importante certificar-se de que os pontos são medidos com uma precisão, maior do que o tamanho do seu GSD (por exemplo, se seu GSD for 1 cm, os GCP’s, pontos de apoio, devem ser medidos com precisão de milimétrica). Mapeamento com Drone

A precisão absoluta também dependerá significativamente da precisão relativa do seu modelo. Quando você costuma juntar centenas ou milhares de imagens tiradas com uma câmera de drone pequena (e muitas vezes não métrica), é quase impossível que cada pixel no mapa esteja exatamente onde deve estar.

Além disso, existem muitos fatores que irão influenciar a qualidade geral e a precisão de seu mapeamento. Estes incluem parâmetros como o perfil do terreno, a escolha do hardware do drone, a sobreposição de imagens, as condições climáticas, a estabilidade e a velocidade do voo e as condições do GPS, entre outras coisas.

 

QUAL O NÍVEL DE PRECISÃO QUE É POSSÍVEL SE OBTER?

Quando se trata de precisão relativa, a literatura diz que você pode esperar um erro de 1-3 vezes o tamanho do GSD para um modelo reconstruído corretamente, horizontal e verticalmente. Isto significa que, para um GSD de 2 cm, deve ser capaz de atingir a precisão no intervalo de 2-6 cm.

Você deve, no entanto, lembrar que esse erro não é global. Pode ser maior em um terreno com altitudes irregulares ou em um terreno sem objetos característicos onde a identificação de pontos de ligação torna-se difícil criar um mosaico (por exemplo, floresta, deserto e cultivos homogêneos).

Com precisão absoluta, a literatura diz que você pode esperar um erro de 1-2 GSD horizontalmente e 1-3 GSD verticalmente para o modelo corretamente reconstruído.

CASO PRÁTICO:

Em um artigo publicado por P. Barry e R. Coakley em 2015, a precisão da fotogrametria de VANT’s comparada à rede RTK GPS, encontramos exatamente as mesmas conclusões. Mapeamento com Drone

Os pesquisadores escolheram uma área de 2ha e voaram um VANT sobre ela visando 1cm de GSD com 80% de sobreposição frontal e lateral. Eles colocaram 10 pontos de controle de terra e 45 pontos de verificação adicionais no campo e coletaram usando RTK GPS com precisão milimétrica. Depois de realizar o voo e processar os dados, os pesquisadores mediram os erros entre o ortomosaico/MDS e as coordenadas desses 45 pontos de verificação medidos com RTK GPS.

A precisão que conseguiram ao longo dos 45 pontos de verificação e com uma distância de amostragem de terra de 1cm foi alta. O erro médio e o erro quadrático médio (RSME) foram no nível de 2 vezes GSD em XY e 3 vezes GSD no eixo Z.

No final, os pesquisadores usaram a metodologia dos Padrões de Precisão de Posicionamento Geoespacial, Parte 3: Padrão Nacional para Precisão de Dados Espaciais e aplicaram nível de confiança 95% aos resultados (planejadamente 1.7308 x RMSE e verticalmente como 1.9600 x RMSE) e concluíram que a precisão final obtida foi de 41mm horizontalmente e 68mm verticalmente. Mapeamento com Drone

 

COMO IDENTIFICO SE MEU MODELO DIGITAL É PRECISO OU NÃO?

A dificuldade é que um modelo digital obtido por meio de mapeamento aéreo (ortomosaico, MDS ou 3D) preciso muitas vezes parece idêntico ao impreciso. Se você tiver boas condições de GPS, voo estável e condições climáticas decentes, além de um terreno regular com muitos pontos característicos (que podem ser usados ​​para combinar imagens), bem como uma sobreposição adequada da imagem, o modelo deve ser bastante preciso, mas a única maneira de validar este processo é calcular através de verificações semelhantes as mencionadas acima.

Uma boa prática é medir vários pontos de verificação no campo, além dos Pontos de Controle de terreno. Os pontos de verificação permitirão calcular a precisão do modelo usando métodos de cálculo regulares.

 

PORQUE E QUANDO NECESSITAMOS DE ALTA PRECISÃO NO MAPEAMENTO REALIZADO COM DRONE?

Os requisitos de precisão de qualquer projeto dependem da sua aplicação final e do caso de uso. Em muitos casos, 20 cm de precisão serão mais do que suficientes, enquanto em outros projetos, 2 cm é o erro máximo aceitável.

Conhecer as características de seu projeto e sua finalidade é extremamente importante na aerofotogrametria com Drones. Você deve lembrar que, embora a resolução e a precisão não devem ser maiores do que o necessário, ter um projeto com nível de precisão muito abaixo do planejado acarretará em outros desafios, que podem vir a impactar o custo final do mesmo.

Exemplificando, uma pesquisa de 1 km² com resolução de 1cm gera mais de 180gb de dados brutos que precisam ser processados, armazenados e entregues ao cliente. A resolução de 2cm cria 4 vezes menos dados (até 45gb) e requer 4 vezes menos recursos para processamento e armazenamento. Portanto, de uma perspectiva econômica, é crucial entender os requisitos e não superar a resolução e precisão onde eles não são necessários.

Esperamos que esta publicação o ajude a compreender detalhadamente a precisão do mapeamento aéreo com o uso dos drones e ajude-lo a evitar problemas comuns.

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