Laser scanner Terrestre (TLS)

Os instrumentos TLS emitem um grande número de pulsos de laser, normalmente dezenas a centenas de milhares por segundo, na parte visível ou infravermelha próxima do espectro, que se propagam centenas de metros no espaço ao redor do instrumento. Se um pulso atinge um objeto, parte da energia é espalhada de volta para o sensor e dispara a gravação de sua distância e intensidade. Conhecendo a direção do pulso emitido, a posição em um espaço tridimensional é registrada. Esses locais tridimensionais podem ter precisão de alguns milímetros em centenas de metros, dependendo das propriedades do instrumento, e compreendem uma nuvem de pontos descrevendo a localização dos objetos no espaço tridimensional (MALHI et al., 2018).

A varredura laser scanner terrestre (TLS) surgiu como uma referência para medições tridimensionais da estrutura da floresta, bem como, para a reconstrução e modelagem de variáveis dendrométricas. Medições no campo podem ser complementadas por novos sensores de peso leve em veículos aéreos não tripulados (VANTs) e sensores terrestres portáteis. No entanto, pesquisas ainda buscam quanto do volume do dossel da floresta pode ser amostrado e como a oclusão é espacialmente distribuída (HUSAIN e VAISHYA et al., 2018).

O TLS é normalmente montado sobre um tripé ou plataforma estável, que explora, por meio do laser, os elementos do espaço circundante. Em geral, o equipamento se move horizontalmente no sentido horário deslocando-se em pequenos intervalos angulares. A cada intervalo angular (horizontal) o equipamento permanece estático, e por meio de um telescópio ou espelho giratório dispara o laser verticalmente em intervalos angulares determinados, calculando as coordenadas dos pontos que refletem o sinal (MARQUEZ, 2011, citado por BUCK et al., 2011).

O primeiro sistema TLS comercial foi construído por Cyra Technologies (adquirido pela Leica em 2001) em 1998, e os primeiros trabalhos relacionados com a estimativa de variáveis das árvores em inventários florestais foram relatados por volta do ano 2000 ( HOPKINSON et al., 2004 , PARKER et al., 2004 , THIES et al., 2004). A motivação inicial para o uso de TLS em inventários florestais foi melhorar a eficiência do trabalho nas parcelas de amostragem, ou

seja, substituir os atributos de árvore medidos manualmente pelos modelados automaticamente por meio do TLS.

De acordo com Liang et al., (2016) atualmente o TLS tem se mostrado capaz de determinar variáveis de árvores de alta qualidade que são importantes, mas não diretamente mensuráveis em inventários florestais convencionais, como: volume do fuste e componentes da biomassa (total, fuste e ramos), com níveis de precisão semelhante aos melhores modelos alométricos conhecidos (YU et al., 2013 ; KANKARE et al., 2013; LIANG et al., 2014; NEWNHAM et al., 2015). Logo, o TLS tem demonstrado a possibilidade de melhorar a qualidade e a quantidade dos dados de referência coletados nos inventários florestais.

Os mecanismos de varredura permitem que o TLS capture medidas muito densas (por exemplo, atualmente os equipamentos são capazes de registrar um milhão de pontos por segundo) em um curto período de tempo. Em um instrumento TLS, o scanner mede o ambiente ao redor usando uma rápida rotação vertical do espelho e uma rotação mais lenta do instrumento horizontal. Na direção vertical, o feixe de laser começa, por exemplo, a partir do zênite do scanner e gira para a posição de escaneamento mais baixa do plano horizontal do instrumento. Em seguida, o feixe de laser continua no zênite do scanner no outro lado do instrumento. Na direção horizontal, o scanner gira 180° e digitaliza os dois lados do instrumento simultaneamente.

De acordo com Torresan et al. (2018), para fins de inventário em parcelas de amostras circulares, os dados TLS são adquiridos seguindo três abordagens, sendo: varredura única (SS), varredura múltipla (MS) e varredura multiúnica (MSS). Na primeira abordagem, a varredura única (SS), o scanner a laser é posicionado no centro da parcela e as árvores são digitalizadas por apenas uma varredura completa do campo de visão. Na varredura múltipla (MS), o TLS é colocado em diferentes locais dentro e fora da parcela e uma varredura é realizada a partir de cada local. As nuvens de pontos geradas a partir das varreduras são então registradas por meio de alvos de referência artificiais. A terceira abordagem, a varredura multiúnica (MSS), é semelhante à varredura múltipla, mas sem alvos de referência artificial, de modo que, o registro é baseado em árvores detectadas. Entre as três abordagens, a abordagem de varredura única é a mais simples e rápida para aquisição de dados, mas a

oclusão de árvores por outras árvores, ramos e arbustos pode resultar na omissão de até 20% das árvores presentes na parcela (MENGESHA et al., 2015).

De acordo com Bauwens et al. (2016), MS produz os melhores resultados para descrever a parte superior do dossel em relação ao SS, enquanto que, de acordo com Liang e Hyyppä (2013), a precisão da detecção de galhos é significativamente melhorada usando a abordagem MSS com relação à varredura única. A abordagem MS parece ser a abordagem mais precisa para o mapeamento de parcelas de amostras florestais, permitindo a cobertura total da superfície do tronco. Embora MS e MSS representem melhorias em relação à varredura única, há uma falta de estudos comparando a precisão relativa das duas abordagens, principalmente no que se refere aos diferentes tipos de florestas (TORRESAN et al., 2018).

Durante as duas últimas décadas, agências nacionais de mapeamento, empresas, universidades e organizações de pesquisa têm se esforçado muito para desenvolver métodos para estimar atributos de árvores usando o TLS. Porém, considera-se que ainda falta entendimento adequado sobre o desempenho do TLS (PFEIFER et al., 2017).

Em nível de árvores individuais, uma das variáveis mais importantes é o diâmetro à 1,30m de altura (dap), e as inferências que a partir desse valor são feitas quanto à forma do fuste, volume e aproveitamento para diversos fins dos elementos que constituem a parte aérea da árvore (LARANJA, 2016). Os dados TLS são capazes de modelar a árvore com grande nível de detalhamento, sendo possível estimar a altura pelo ponto mais alto, e os valores do diâmetro conforme a altura determinada pelo usuário. Essas estimativas podem ser geradas de forma manual, com uso de softwares específicos, ou com o uso de algoritmos de forma automatizada.