Capa: Ao Infinito … e Além!

Os Drones vieram para ficar e estão revolucionando as atividades de mapeamento. Entenda qual será o impacto no mercado e na sua vida

Por Alexandre Scussel, Ana Flávia de Oliveira, Deyse Delamura, Eduardo Freitas e Ivan Leonardi
*com informações do Blog Droneng

capaImagine o chefe de uma operação militar que precisa esquadrinhar uma área na qual seus soldados terão que fazer uma incursão, colocando vidas e equipamentos em risco extremo. Agora pense em uma barragem que precisa ser implantada mas que precisa de um desenho completo da região para definir o melhor local da estrutura e do reservatório. Ou então imagine um geólogo que precisa levantar com rapidez e agilidade para um potencial investidor uma área com potenciais jazidas de minério. O que essas três situações tem em comum?

Isso mesmo: mapas!!!

O mapa é a base para qualquer atividade – civil ou militar – e a sua elaboração requer conhecimentos avançados do grau de abstração, do projeto cartográfico, das necessidades do usuário, entre outros fatores que vão surtir efeito na qualidade do produto final, que é o mapa, seja ele de base ou temático.

Mas onde entram os Drones?

Seja para mapear uma região de conflito em caso de guerras, para fazer a cartografia de um terreno para implantar uma construção ou para identificar áreas propícias para mineração, os custos com a tecnologia empregada e os recursos humanos são os que mais impactam na operação. Aliado a isso está a agilidade da realização do mapeamento, já que os prazos estão cada vez mais curtos e os recursos cada vez mais escassos.

Aliando os Drones às atuais tecnologias de levantamentos de dados em campo – topografia, laser scanning, aerofotogrametria, etc. – tem-se a solução completa para fazer mais em menos tempo e com menor custo.

Antes de avançarmos mais no assunto, vamos falar um pouco das aplicações. Os Drones podem ser usados em diversas áreas – militar, recreativo, vigilância, fotos panorâmicas, filmagens, entregas – mas é no mapeamento e no GIS que eles se destacam.

Dentre as vantagens de mapeamento com Drones, podemos citar a rapidez, o menor custo de trabalho de campo e a precisão equivalente à topografia convencional.

Já entre as desvantagens de mapeamento com Drones estão o raio de cobertura, a instabilidade climática, as áreas densamente cobertas com vegetação e – pelo menos, até o fechamento desta edição – a falta de uma legislação completa para o setor.

Vamos mapear!

Entenda quais os passos para fazer um mapeamento com Drones:

O processo varia de acordo com a aeronave e/ou o sensor embarcado, mas basicamente, primeiro é preciso entender o objetivo do mapeamento, já que você não vai usar uma Ferrari para dirigir em uma estrada esburacada.

Em seguida, é preciso fazer um estudo da área a ser mapeada e um plano de voo, que é inserido na aeronave para fazer o levantamento da região, geralmente de forma autônoma, com o monitoramento constante do piloto.

Após feita a coleta de dados, a próxima etapa é baixar os dados e fazer a “costura” em conjunto das imagens, tomadas de diferentes pontos no céu e utilizando pontos de controle em solo, tendo como produto final um modelo unificado. O software corrige as imagens tomadas de diferentes ângulos para “misturá-las” e oferecer um único ponto de vista, num processo conhecido como ortorretificação.

Você sabe o que é GSD?

Um importante conceito quando se trabalha com mapeamento através de Drones é a sigla GSD, que significa Ground Sample Distance, na tradução “Distância de amostra do solo”. O GSD é a representação do pixel da imagem em unidades de terreno (geralmente em centímetros).

Ou seja, o pixel na imagem levantada com um Drone representa uma determinada área do terreno e esta relação se dá através da altura de voo, a qual tem relação direta com o tamanho do GSD, mas não é a única variável que influencia no tamanho do GSD, já que a distância focal (tamanho da lente) utilizada também exerce essa função.

Na aerofotogrametria, o GSD é uma das variáveis mais importantes e é a primeira que deverá ser definida, pois ela garante a resolução espacial do seu mapeamento, ou seja, o nível de detalhamento. A escolha do GSD influencia diretamente na nitidez e na capacidade de mapeamento, pois, para aumentar o nível de detalhamento você deve sobrevoar mais baixo, com isso você irá cobrir uma porção menor do terreno, consequentemente mapeará uma área menor.

De maneira análoga, para aumentar a sua capacidade de mapeamento, deverá aumentar o tamanho do seu GSD e como consequência perderá detalhamento (nitidez). Com isso chegamos a uma relação: o tamanho do GSD é inversamente proporcional ao nível de detalhamento, ou seja, quanto maior o GSD, menor é o nível detalhamento e quanto menor for o GSD, maior será o nível de detalhamento. Já em relação à capacidade de mapeamento, esta relação é proporcional, quanto maior o GSD, maior a área mapeamento, quanto menor o GSD, menor será a área mapeamento em um único voo.

Em termos práticos, se você tem um GSD de 10 centímetros, todo objeto menor que este tamanho não será representado no mapeamento. Portanto, a escolha do GSD é uma das principais etapas do planejamento do voo, e ao conversar com o seu cliente você deverá entender o problema que ele possui e quer solucionar através do mapeamento aéreo e escolher um GSD que atenda a este propósito.

Nem sempre escolher o menor GSD é a melhor escolha, pois isso diminui a sua capacidade de mapeamento, o que influencia em mais voos, dias de campo e custos. Por isso, é importante você equacionar a sua escolha para garantir uma boa relação custo x benefício.

Como exemplo, através do mapeamento com Drones é possível cobrir 100 hectares e obter imagens com 5 centímetros de GSD, com precisão posicional de 10 centímetros em apenas 30 minutos de levantamento.

Qualidade acima de tudo!

O Drone é uma tecnologia de aquisição de dados da fotogrametria, portanto, cuidado com as comparações! Um é a ciência e outro uma ferramenta. Para garantir a qualidade de um mapeamento aéreo com Drones, é sempre necessário ficar atento a estes indicadores:

•Qualidade espacial: representa o nível de detalhamento do projeto, ou seja, qual é o menor objeto que será representado na imagem. Antes de elaborar um projeto de mapeamento aéreo, é necessário entender as necessidades do cliente e, a partir desta informação, escolhe-se o tamanho da lente que será utilizada e qual altura o Drone deverá sobrevoar para garantir este nível de detalhamento.

drone capa•Qualidade visual: está ligada diretamente com a qualidade do sensor da câmera utilizada. Muitas pessoas confundem com os megapixels da câmera, porém esta informação é referente ao tamanho da imagem (quantidade de pixels) e influencia no desempenho de softwares de classificação e interpretação de imagens. A fim de garantir uma boa resolução, é recomendada a utilização de câmeras como: Sony, Canon, Nikon ou superiores.

•Qualidade posicional: este é o indicador mais importante do projeto. Representa qual a acurácia do seu mapeamento e está ligada ao georreferenciamento da imagem. Ou seja, se realizar uma medida na imagem, qual é o erro em relação ao terreno? Quando se diz que um voo têm uma acurácia de 3 centímetros, isso quer dizer que se você medir um ponto na imagem, este ponto pode estar em um raio de no máximo 3 centímetros no terreno. Através deste indicador, você irá definir se o mapeamento aéreo é ou não viável para o problema específico que você está trabalhando. Para garantir uma boa qualidade posicional, é recomendado um bom sistema embarcado no Drone e a utilização de pontos de controle em solo. Por falar nisso…

Quando usar pontos de controle?

Pontos de controle são pontos foto-identificáveis, ou seja, objetos, alvos, detalhes no terreno e que irão aparecer nas imagens aéreas. São utilizados para fazer a relação entre o sistema de coordenadas da imagem com o sistema de coordenadas do terreno. Basicamente, são pontos de referência no solo que são utilizados no pós-processamento das imagens, aumentando assim a precisão dos produtos finais gerados.

Na “fotogrametria clássica” (com aviões tripulados) os pontos de controle tinham uma enorme importância no pós-processamento dos dados, pois os softwares disponíveis não eram capazes de processar as imagens sem uma referência em solo. Hoje em dia, com o avanço da visão computacional, os algoritmos dos softwares mudaram e os pontos de controle já não são mais um pré-requisito para o pós-processamento dos dados. Portanto, hoje o seu uso é opcional, mas quando usá-los?

Para realizar o pós-processamento dos dados coletados em campo é necessário que se introduza no software as imagens capturadas e as coordenadas de cada imagem, que são gravadas pelo receptor GPS embarcado no Drone. Estes são os dados obrigatórios, sendo opcionais as informações de um sistema Inercial, responsável por gravar a posição da aeronave no instante de tomada de cada foto. Somente com essas duas informações – imagens e coordenadas – o software é capaz de georreferenciar as imagens em relação ao solo.

Você deve estar se perguntando, mas por que eu preciso de pontos de controle em solo? A resposta é simples: Para aumentar a acurácia do seu mapeamento aéreo!

A grande maioria dos Drones possui em seu sistema embarcado um GPS de navegação, que é responsável por executar a missão programada em escritório e gravar a posição onde cada imagem foi tomada. Porém, a precisão de um GPS de navegação é em torno de 5 a 10 metros, isso quer dizer que um ponto coletado por este GPS, quando verificado no terreno, pode estar em um raio de 5 a 10 metros, ou seja, ele possui um erro de no mínimo 5 a 10 metros em relação ao terreno.

Convenhamos que um mapeamento aéreo com uma acurácia de 5 a 10 metros não é recomendado para nenhum projeto de engenharia, até porque com esse nível de acurácia podemos utilizar o Google Earth. Aí é que entra a função dos pontos de controle! Neste novo cenário tecnológico em que a fotogrametria está inserida, a utilização dos pontos de controle serve para aumentar a acurácia do mapeamento.

Os Drones e a Lei de Moore

Se você gosta de ler e se informar sobre tecnologia, já deve ter ouvido falar da famosa Lei de Moore. Mas, afinal de contas, quem foi Moore e que lei ele criou?

Até meados de 1965 não havia nenhuma previsão real sobre o futuro do hardware, quando o então presidente da Intel, Gordon E. Moore, fez sua profecia, na qual o número de transistores dos chips teria um aumento de 100%, pelo mesmo custo, a cada período de 18 meses. Essa profecia tornou-se realidade e acabou ganhando o nome de Lei de Moore.

Não há como dizer que esta lei vá perpetuar por muito mais tempo, mas até agora ela tem sido válida. Desde então, ela tem sido aplicada em vários setores, mas basicamente ela prevê que a cada um ano e meio a tecnologia vai dobrar de eficiência mantendo-se os custos.

E isso se aplica também ao setor de Drones, que passou por um crescimento vertiginoso nos últimos anos, e agora a tendência é que os equipamentos e sensores avancem cada vez mais, mantendo-se ou até mesmo baixando os custos. Quem viver, verá…

Nosso mercado de mapeamento está passando – neste exato momento em que você está lendo esta matéria – por uma imensa transformação, e você tem duas escolhas: fechar os olhos para as novas tecnologias ou embarcar junto conosco nesta jornada.

Porém, quem não ficar de olho nas novas tecnologias vai ficar pra trás. Que o digam os donos de locadoras de DVDs e os taxistas…

Os Drones não vieram para substituir outras tecnologias, mas sim para complementar e otimizar o trabalho de mapeamento. Algumas de suas aplicações nem foram imaginadas ainda, então aguarde porque vem muita coisa por aí… Ok, a frase já é um clichê, mas o céu é o limite!

Este texto foi publicado originalmente na terceira edição da revista DroneShow que pode ser lida logo abaixo ou clicando aqui.

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