UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
MONITORAMENTO DE EROSÃO POR IMAGENS A CURTA DISTÂNCIA
Alexandre Aquino da Cunha
Salvador 2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITÉCNICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL
MONITORAMENTO DE EROSÃO POR IMAGENS A CURTA DISTÂNCIA
Alexandre Aquino da Cunha
Projeto de Pesquisa apresentado ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil como requisito parcial para aprovação na disciplina Projeto de Mestrado (ENGM30).
Orientador: Profa. Dra. Vivian de Oliveira Fernandes Coorientador: Prof. Dr. Mauro José Alixandrini Júnior
Agência Financiadora: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Salvador 2016
FORMAÇÃO DO CANDIDATO
Engenheiro Agrimensor e Cartógrafo, formado pela Universidade Federal da Bahia, UFBA (2015).
MEMBROS DA BANCA EXAMINADORA DO PROJETO DE MESTRADO
____________________ALEXANDRE AQUINO DA CUNHA______________ APRESENTADA AO MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL, DA UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA, EM 10 DE JANEIRO DE 2017.
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________ Prof.(a) Dr.(a) Vivian de Oliveira Fernandes
Orientador PPEC - UFBA
_____________________________________ Prof.(a) Dr. Mauro José Alixandrini Júnior
Coorientador PPEC - UFBA
_____________________________________ Prof.(a) Dr Júlio César Pedrassoli
RESUMO
Os solos são um recurso estratégico, não renovável, de alta importância social, econômica e ambiental, e sua erosão superficial representa um significativo problema. O estudo deste fenômeno exige medições precisas da superfície do solo. A fotogrametria digital é proposta neste trabalho como uma técnica eficaz para tais medições, no contexto da escala do estudo experimental. Este projeto de pesquisa tem como objetivo a proposição de um estudo acerca da avaliação do potencial do veículo aéreo não tripulado (VANT) ou RPA (Remotely Piloted Aircraft), como plataforma na obtenção de dados para monitoramento de erosão, através da elaboração de uma metodologia para monitorar processos erosivos resultantes da perfuração ou sondagem de poços de petróleo terrestre, com geração de ortofoto e um modelo digital de elevação, proporcionando condições de se executar medidas precisas para a quantificação do processo erosivo. Assim, pretende-se fornecer subsídios técnicos para o planejamento e elaboração de planos de recuperação nas áreas afetadas. Devido ao crescente interesse em monitorar regiões propícias à erosão, existe uma demanda crescente de utilização RPA, dado seu rápido e eficiente método de levantamento que combina a aquisição de dados com informações adicionais, como imagens orbitais e/ou terrestres, ortoimagens e modelos digitais de elevação.
SUMÁRIO Pág. BANCA EXAMINADORA ... 4 RESUMO ... 5 SUMÁRIO ... 6 ÍNDICE DE TABELAS ... 7 ÍNDICE DE FIGURAS ... 8 SÍMBOLOS E ABREVIATURAS ... 10 1 INTRODUÇÃO ... 11 2 OBJETIVOS ... 11
2.1 OBJETIVO GERAL... Erro! Indicador não definido. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... Erro! Indicador não definido. 3 REVISÃO TEÓRICA ... 13
3.1 ESTUDO BIBLIOMÉTRICO ... Erro! Indicador não definido. 3.2 MAPEAMENTO COM VANT ... Erro! Indicador não definido. 3.3 ORTOFOTOCARTA ... Erro! Indicador não definido. 3.4 MAPEAMENTO DE EROSÃO COM VANTErro! Indicador não definido. 4 METODOLOGIA ... Erro! Indicador não definido. 5 RESULTADOS PRELIMINARES ... 21
4.1 Controle de qualidade posicional de ortofoto gerada pelo RPA (Remotely Piloted Aircraft) Phantom 3 com receptor GNSS embarcadoErro! Indicador não definido. 4.2 Levantamento de Patrimônio Arquitetônico com RPA: Estudo de Caso do Conjunto Santuario São Lazaro e São Roque e Casarão Lazareto, Salvador/Ba ... Erro! Indicador não definido. 6 CONTRIBUIÇÃO TÉCNICO CIENTÍFICA E RESULTADOS ESPERADOS ... 41
7 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ... 41
8 EQUIPE TÉCNICA ... 41
ÍNDICE DE TABELAS
Pág. Tabela 1: Periódicos com maior Índice de Impacto por Publicação (IPP) .... Erro!
Indicador não definido.
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Delimitação do tema ... Erro! Indicador não definido. Figura 2: Estudo bibliométrico – Filtragem de artigosErro! Indicador não
definido.
Figura 3: Quantidade de trabalhos científicos publicados por Periódico no período de 2005 a 2017 relacionados ao tema de estudo... Erro! Indicador não definido.
Figura 4: Periódicos que mais publicaram artigos no tema de pesquisa no período de 2005 a 2017 ... Erro! Indicador não definido. Figura 5: Autores mais citados em trabalhos científicos da áreaErro! Indicador
não definido.
Figura 6: Ilustração demonstrando Localização da área de estudo ... Erro! Indicador não definido.
Figura 7: RPA utilizado para levantamento e a localização das tomadas das fotos verticais, respectivamente ... Erro! Indicador não definido. Figura 8: Ilustração demosntrando os parâmetros utilizados para cálculo do GSD ... Erro! Indicador não definido. Figura 9: Organograma dos métodos empregados no presente trabalho .... Erro!
Indicador não definido.
Figura 10: Ilustração demonstrando a posição das câmeras nas tomadas das fotos verticais ... Erro! Indicador não definido. Figura 11: Ilustração demonstrando a distribuição das amostras para validação ... Erro! Indicador não definido. Figura 12: Ilustração demonstrando parte da ortofoto gerada pelo software Agisoft PhotoScan 1.2.4... Erro! Indicador não definido. Figura 13: Localização da área de estudo ... Erro! Indicador não definido.
Figura 14: Disposição das tomadas fotos para recobrimento da região de estudo ... Erro! Indicador não definido. Figura 15: Identificação de um ponto de controle (vista superior e vista frontal) ... Erro! Indicador não definido. Figura 16: Nuvem densa de pontos editada com a retirada de vegetação .. Erro!
Indicador não definido.
Figura 16: Nuvem densa de pontos editada com a retirada de vegetação .. Erro! Indicador não definido.
Figura 17: Pespectivas de 30 graus do MDE texturizado do conjunto Santuário São Lazaro e Casarão Lazareto ... Erro! Indicador não definido. Figura 18: Ortofoto gerada a partir de imageamento RPA do conjunto Santuário de São Lazaro e Casarão Lazareto ... Erro! Indicador não definido.
SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
CAPES COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR
CTA CENTRO TECNOLÓGICO AEROESPACIAL
GSD GROUND SAMPLE DISTANCE
GNSS GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM
IPTU IMPOSTO TERRITORIAL URBANO
ITBI IMPOSTO SOBRE TRANSMISSÃO DE BENS IMÓVEIS LIDAR LIGHT AETECTION AND RANGING
MDE MODELO DIGITAL DE ELEVAÇÃO
PEC - PCD PADRÃO DE EXATIDÃO CARTOGRÁFICA PARA PRODUTOS CARTOGRÁFICOS DIGITAIS
PRADs PLANOS DE RECUPERAÇÃO DE ÁREAS DEGRADAS
RPA REMOTELY PILOTED AIRCRAFT
SIFT SCALE INVARIANT FEATURE TRANSFORM
SIG SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICAS
VANT VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO
UAV UNMANNED AERIAL VEHICLE
1 INTRODUÇÃO
A erosão superficial do solo representa um significativo problema ambiental. O estudo do fenômeno exige medições precisas da superfície do solo. A erosão, entendida como um processo de degradação do solo devido à atuação dos fatores naturais e antrópicos, tem cada vez mais merecido a atenção dos pesquisadores, tanto no que diz respeito à manutenção da produtividade agrícola, como no que se refere à preservação de uma forma geral. A erosão é praticamente uma constante na área de estudo deste trabalho, podendo ter sido causada pela abertura de locais para poços e conformação de taludes sub-verticais sem que houvesse recuperação das áreas pela formação de cortes ou taludes em estradas vicinais ou pelo uso indevido do solo.
A fotogrametria digital é proposta neste trabalho como uma técnica útil para tais medições. Os recursos tecnológicos disponíveis à cartografia têm viabilizado avanços consideravelmente importantes, principalmente através dos softwares e equipamentos que permitem velocidade na obtenção de dados, na troca de informações espaciais e em sofisticadas análises dos fenômenos espaciais, Santos & Segantine (2006, p. 1). Paralelamente, o avanço tecnológico no que diz respeito às câmeras aéreas e aos sistemas de navegação, em conjunto com a necessidade de redução de tempo e custos nos processos de mapeamento, fez surgir novos sistemas de aquisição de imagens aéreas, que é o caso do veículo aéreo não tripulado. Portanto, o intuito deste trabalho é fazer uso do VANT, do tipo remotamente pilotado (RPA), através de imagens a curta distância, como uma nova ferramenta de mapeamento do uso do solo, verificando-se a viabilidade e qualidade de suas informações no monitoramento de processos erosivos. A principal hipótese levantada é que a caracterização de processos erosivos a partir de imagens ortorretificadas e modelos digitais de elevação gerados por aeronaves remotamente pilotadas (RPA) possuem melhor eficiência que métodos convencionais de topografia e sensoriamento remoto orbital.
As tentativas de automatização do processamento de dados com características espaciais se iniciaram em meados dos anos 50, na Inglaterra e
nos Estados Unidos, com objetivo principal de reduzir os custos de produção e manutenção dos mapas. Entretanto, dada a precariedade da informática e a capacidade de armazenamento e processamento destes sistemas ainda não se poderia classificá-los como sistemas de informação (CÂMARA et al. 2001). Somente nos anos 80, com a popularização e barateamento das estações computacionais de trabalho, bem como com a evolução dos computadores pessoais e dos sistemas gerenciadores de bancos de dados que o uso dos Sistemas de Informação Geográficas (SIG) foi difundido e ampliado. Neste contexto, também durante a mesma década, ocorreram os primeiros relatos de desenvolvimento dos RPA’s em território nacional, através do Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) e do projeto Acauã (1984 - 1988), em São José dos Campos (JORGE et al., 2011).
A aplicação deste projeto servirá como apoio para o estudo geoambiental do recôncavo Baiano, e será de fundamental importância para o desenvolvimento dos estudos presente e futuros. Os dados serão disponibilizados de forma digital, e de fácil manipulação. Entre as principais aplicações podemos citar:
- Maior qualidade e agilidade no armazenamento de informações essenciais para a elaboração do mapa e dos estudos geoambientais;
- Suporte aos trabalhos planejamento e de campo; - Suporte à visualização das informações;
- Facilidade no desenvolvimento, manutenção e alteração de mapas e de outras informações geográficas; geração de mapas e de outras informações para suporte aos PRADs (Planos de Recuperação de Áreas Degradas);
- Melhor organização das informações coletadas para os estudos e facilidade de acesso às informações para uso, alteração e ou reinterpretação;
- Armazenamento de grandes quantidades de informações vetoriais e raster.
Enfim, este projeto validará a potencialidade da utilização das fotografias aéreas obtidas por VANT, mas principalmente a importância e a
viabilidade de se obter produtos cartográficos ricos em detalhes, com boa precisão, que podem ser utilizados para o monitoramento de processos erosivos. 2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Elaborar uma metodologia para monitorar processos erosivos resultantes da perfuração ou sondagem de poços de petróleo terrestre baseadas em imagens a curta distância.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Delimitar quais processos erosivos podem ser monitorados por imagens;
- Verificar a aplicabilidade do sensoriamento remoto por imagens a curta distâncias para auxílio na avaliação e monitoramento de impactos ambientais causados por erosão;
- Parametrização técnicas de vant e fotogrametria terrestre mais adequados para viabilizar a aplicação em análise;
- xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx;
3 REVISÃO TEÓRICA
3.1 ESTUDO BIBLIOMÉTRICO
Com o objetivo de identificar estudos internacionais, com maior fator de impacto, relacionados com fotogrametria aplicada, foi realizado um estudo bibliométrico, de 2005 a 2017, em periódicos científicos digitais com o intuito de analisar a produção científica dos autores com maior fator de contribuição. Bibliometria é um conjunto de leis e princípios empíricos que contribuem para
estabelecer os fundamentos teóricos da Ciência da Informação. O termo statistical bibliography – hoje Bibliometria – foi usado pela primeira vez em 1922 por E. Wyndham Hulme, antecedendo à data a qual se atribui a formação da área de Ciência da Informação, com a conotação de esclarecimento dos processos científicos e tecnológicos, por meio da contagem de documentos.
A metodologia adotada para fundamentar o estudo foi uma pesquisa com abordagem aplicada com as técnicas bibliométricas, aliando-se a pesquisa exploratória. Como resultados, identificou-se o perfil dos autores que contribuem no periódico junto ao tema de estudo deste projeto. Como marco inicial, estruturou-se a delimitação do tema como demonstrado na figura abaixo:
Figura 1- Delimitação do tema
Na base de dados da plataforma Scopus deu-se início ao estudo bibliométrico. Foram inseridas palavras chaves para filtragem de trabalhos relacionados ao tema de pesquisa.
Figura 2 - Estudo bibliométrico – Filtragem de artigos CIÊNCIA NORMAL ENGENHARIA ENGENHARIA CIVIL TRANSPORTES E INFORMAÇÕES ESPACIAIS CARTOGRAFIA E GEODÉSIA AEROFOTOGRAMETRIA
Fonte: Banco de dados do Scopus, 2016
Os periódicos encontrados foram todos publicados em revistas internacionais, classificados no fator de impacto entre A1 e A2 pela CAPES. Destes, foram selecionados os 10 periódicos com maior fator de impacto, conforme listados na tabela 1.
Tabela 1- Periódicos com maior Índice de Impacto por Publicação (IPP)
PERIÓDICO IPP
IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters 5,572 ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 5,125
Photogrammetric Record 2,075
Remote Sensing of Environment 6,637
23015 21015 15778 9877 40 0 5000 10000 15000 20000 25000
UAV UAV UAV Unmanned Aerial
Vehicles (UAV) EROSION 2005-2017 Engenharia 2005-2017 Engenharia 2005-2017 Engenharia Unmanned Aerial Vehicles
International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation
3,748
Automation in Construction 3,543
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 3,805
Landslides 3,049
IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 3,177
Sensors 2,084
Fonte: Banco de dados do Scopus, 2016
Na etapa seguinte realizou-se uma nova filtragem nos periódicos no intervalo de 2005 a 2017 relacionados ao tema de estudo, quantificando a quantidade de trabalhos científicos publicados no período, vide figura 3.
Figura 3. Quantidade de trabalhos científicos publicados por Periódico no período de 2005 a 2017 relacionados ao tema de estudo
A figura 4 indica os periódicos que mais publicaram no período de 2015 a 2017. 14 22 23 26 26 40 52 55 58 89 0 20 40 60 80 100 SENSORS LANDSLIDES REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT AUTOMATION IN CONSTRUCTION IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATION …
ISPRS JOURNAL OF … PHOTOGRAMMETRIC RECORD IEEE GEOSCIENCE AND REMOTE … INTERNATIONAL JOURNAL OF APPLIED … IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE …
Figura 4 -Periódicos que mais publicaram artigos no tema de pesquisa no período de 2005 a
2017
Fonte: Banco de dados do Scopus, 2016
A figura 5 mostra os 10 autores com maior número de publicações científicas relacionadas ao tema.
Figura 5: Autores mais citados em trabalhos científicos da área
Fonte: Banco de dados do Scopus, 2016 21 35 45 47 55 71 74 78 78 84 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 PETER, KD RATHINNAM, S TEMPLETON, T ZHOU, G SIEBERT, S D'OLEIRE-OLTMANNS LIN, Y JAAKKOLA, A NEX, F NAGAI, M
ANO (QUANTIDADE PUBLICAÇÃO DA ÁREA)
PERIÓDICO 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017
IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters 0 0 1 2 2 5 4 6 6 9 11 8 1 ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing 0 0 0 0 1 1 1 3 7 3 13 11 0
Photogrammetric Record 0 0 4 1 1 6 9 8 11 5 4 3 0
Remote Sensing of Environment 0 0 0 0 1 2 0 2 1 5 7 5 0 International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation 0 0 0 0 5 11 8 14 6 3 9 2 0
Automation in Construction 0 0 1 1 1 0 0 0 5 6 9 3 0
IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 0 0 2 3 11 1 9 10 5 21 14 13 0
Landslides 0 0 0 0 0 1 5 2 6 4 3 1 0
IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 0 0 2 0 0 2 3 0 1 2 13 3 0
Na finalização da pesquisa bibliométrica foi realizado um panorama geral dos artigos relacionados, com o objetivo de conhecer quais periódicos, campo de estudo e autores publicaram dentro do escopo selecionado para a revisão bibliométrica.
O artigo Airborne laser scanning for riverbank erosion assessment avalia o uso de LIDAR aerotransportado para monitorar os sedimentos de fósforo provenientes da erosão das margens do rio. O artigo Applying close range digital photogrammetry in soil erosion studies utiliza a fotogrametria digital através do laser Scanner Terrestre para estudos da erosão do solo. Ambos os artigos chegam a resultados satisfatórios, mas utilizam equipamento de alto custo.
O artigo Assessment of erosion, deposition and rill development on irregular soil surfaces using close range digital photogrammetry aborda a fotogrametria terrestre, com imagens a curta distância e modelos digitais de elevação, para monitorar transportes de sedimentos provenientes da erosão. Esse método se mostra eficaz, porém para grandes áreas demanda muito tempo em campo, se tornando inviável.
O trabalho Combined digital photogrammetry and time-of-flight laser scanning for monitoring cliff evolution associa a fotogrametria terrestre e o laser Scanner, produzindo bons resultados, mas sendo ineficientes no tempo de coleta e alto custo de equipamentos. O artigo Determination of land degradation causes in Tongyu County, Northeast China via land cover change detection utiliza o laser Scanner associado a imagens de satélite Landsat para identificar regiões em degradação. Já o artigo Digital close range photogrammetry for measurement of soil erosion utiliza somente as imagens de satélite, fazendo analise temporal, mas produz ortofotos, limitando a escala de projeto. O artigo Digital close range photogrammetry for measurement of soil erosion, através da sobreposição de imagens, gera modelos digitais para cálculo de volume para verificar mudanças geomorfológicas em grande escala, e da mesma forma que o artigo anterior, limita-se na escala do produto.
Os outros artigos filtrados na base de dados do Scopus abordam os temas já citados acima. Dessa forma, torna-se necessário mais estudos utilizando o RPA como plataforma de obtenção de dados para estudos no
monitoramento de erosão, dado seu baixo custo e a possibilidade de acoplamento de câmeras com resoluções propícias a gerar produtos com excelente acurácia.
3.2 MAPEAMENTO COM VANT
O termo VANT é o mais utilizado para classificar os Veículos Aéreos Não Tripulados ou UAV (Unmanned Aerial Vehicle), ou seja, que tenham autonomia de voo sem piloto, também chamados de RPA (Remotely-Piloted Aircraft) ou RPAS (Remotely-Piloted Aircraft Sistem). A possibilidade de aquisição de imagens por esses equipamentos tem se difundido nos últimos anos, aumentando a insegurança no espaço aéreo. Sendo assim, surge necessidade de uma regulamentação detalhada e métodos que auxiliem na integração segura desses veículos ao espaço aéreo controlado.
Recentemente, o Departamento de Controle do Espaço Aéreo – DECEA, Órgão Central do Sistema de Controle do Espaço Aéreo Brasileiro (SISCEAB), que tem a competência de legislar acerca dos procedimentos para o acesso ao Espaço Aéreo, publicou a Instrução do Comando da Aeronáutica ICA-100-40-DECEA, com o objetivo de regulamentar os procedimentos e responsabilidades necessários para o acesso seguro ao espaço aéreo por Sistemas de Aeronaves Remotamente Pilotadas (RPAS). A referida ICA 100-40-DECEA estabelece três classes para os RPAS (até 2 kg, acima de 2 kg até 25 kg e acima de 25 kg) e fixa critérios para o acesso seguro ao Espaço Aéreo Brasileiro. (Brasil, 2015).
3.3 ORTOFOTOCARTA
A Ortofotocarta Digital é um produto cartográfico considerado geometricamente equivalente a uma carta topográfica que, além de traços, disponibiliza a representação da imagem da área mapeada. Este produto é obtido por meio de um processo conhecido como retificação diferencial, para o qual é fundamental um bom MDT, que permite a correção de algumas distorções da imagem. Sendo assim, a projeção central ou perspectiva da fotografia é
transformada em projeção ortogonal, corrigindo-se principalmente as distorções causadas pelo deslocamento devido ao relevo e pela inclinação da câmara. (MIKHAIL et al., 2001) De acordo com Andrade (1998), para construir uma ortoimagem a partir de uma imagem digital, há que se considerar um novo arranjo dos pixels, uma vez que as coordenadas resultantes da ortoretificação não se ajustam à malha regular da ortoimagem e um processo de interpolação deve ser aplicado para resolver este problema.
3.4 MONITORAMENTO DE EROSÃO DE SOLO
O monitoramento de erosão se refere às mensurações sistemáticas de um processo erosivo, sendo necessárias coletas de dados em intervalos fixos ou mesmo variados em tempo, de acordo com a necessidade. Dentre as técnicas de monitoramento, diretamente em campo, as mais conhecidas são o monitoramento de erosão por estações experimentais, o monitoramento de voçorocas, feito por meio de estacas fixadas ao redor das mesmas e os chamados pinos de erosão que são fixados no solo para monitorar a perda de solo por erosão em lençol. (GUERRA, 2005)
As voçorocas são feições erosivas de grande porte, geralmente provocadas por aprofundamento de ravinas e/ou processo erosivo por escoamento subsuperficial, produzindo paredes laterais íngremes e fundo achatado. (SUERTEGARAY, 2004)
4 METOLOGIA
Será utilizado o método experimental, pois as variáveis são manipuladas de maneira preestabelecida e seus efeitos suficientemente controlados. A pesquisa inicia-se com o estudo bibliométrico na base de dados do Scopus. A partir desse estudo, será realizado o aprofundamento do referencial teórico relacionado ao tema, e assim será desenvolvida uma metodologia de campo (plano de voo, avaliação de perímetro, pontos de controle) para obter os resultados esperados.
Estudos de caso serão realizados em regiões de pequena escala de tamanho, para possíveis ajustes na metodologia serem feitos. Após essa etapa, serão realizados voos em escalas maiores na região de estudo. A metodologia será adaptada a partir dos resultados de campo, para obter melhores resultados. Neste trabalho, será utilizado um VANT fabricado pela DJI, modelo phantom 2 vision, de asa rotativa que proporciona as condições exigidas para a execução dos experimentos. Quanto à segurança das operações, vale ressaltar que este equipamento conta com motor elétrico, permitindo autonomia de 23 minutos por bateria utilizada, monitorado e controlado remotamente através de um software de comando, sistema inercial integrado e sistema de navegação baseado em GNSS (Global Navigation Satellite System).
5 RESULTADOS PRELIMINARES
Testes preliminares foram realizados, e posteriormente publicados através de artigos, para obter segurança e mais conhecimento dos produtos resultantes do RPA utilizado na pesquisa.
5.1 Controle de qualidade posicional de ortofoto gerada pelo RPA (Remotely Piloted Aircraft) Phantom 3 com receptor GNSS embarcado
Nessa primeira etapa realizou-se um controle de acurácia posicional de um produto cartográfico gerado pelo RPA, visto que a ausência de dados precisos implica no fornecimento de informações não confiáveis, que consequentemente irão gerar erros comprometedores à qualidade dos estudos, promovendo desperdícios de verbas destinadas às soluções de problemas
O presente estudo utilizou um RPA (Remotely Piloted Aircraft) de asa rotativa Phantom 3 na obtenção de dados aplicados a atualização cadastral de pequenas áreas com mapeamento urbano, e posteriormente foram realizados testes estatísticos para avaliar possíveis erros na qualidade posicional do produto digital gerado (Ortofoto). O RPA utilizado no levantamento possui em seu sistema embarcado um receptor GNSS de navegação, que é responsável por executar a missão programada em escritório e gravar a posição onde cada imagem foi tomada. Para o desenvolvimento do estudo foram estabelecidos uma
série de boas práticas para o levantamento, que incluem técnicas de reconhecimento, identificação de obstáculos e obstruções, planejamento de cobertura fotogramétrica e segurança. O trabalho determinou a acuraria do mapeamento realizado a partir do receptor GNSS embarcado no Drone, para escala 1:5000, e análise de tendência. Justifica-se o estudo para referida escala, pois a mesma abrange diversas aplicações cadastrais. Segundo Idoeta (2004) a escala 1:5000 é adequada para a gestão municipal em planejamento e controle. Seu uso abrange: Planta de referência cadastral, Planta de valores genéricos para lançamento de IPTU e ITBI, Planta de Infraestrutura, Planta de equipamentos sociais e de equipamentos de lazer, cadastro de sinalizações, cadastro de peças hidráulicas, cadastro de publicidade e propaganda, cadastro de estruturas primárias e de transformadores de rede elétrica de distribuição e assemelhados. O mosaico gerado alcançou a resolução espacial de 2,6cm. Com os resultados do estudo busca-se mostrar as potencialidades dos RPAs Phantom 3 para a atualização cadastral com mapeamento urbano, dado o custo x benefício favorável do equipamento.
A área de estudo está situada na Universidade Federal da Bahia (UFBA), que é uma instituição de ensino superior pública brasileira, considerada a maior universidade do estado da Bahia, com sede na cidade de Salvador. A região do voo está localizada no Campus de Ondina, e possui uma área aproximada de 79.000 m², figura 6.
- Materiais
Neste estudo foram utilizados:
- RPA DJI phantom 3: utilizado para obtenção das imagens da área;
- Computador com Sistema Operacional Windows 10 Pro, processador Intel core i7 3930K de 6 núcleos, placa mãe Asus Rampage IV, placa de vídeo Nvidia GeForce GTX 780 TI e 16GB de RAM DDR3;
- Software Agisoft PhotoScan 1.2.4: para processamento de imagens provenientes do Drone para gerar o modelo tridimensional (3D).
- Métodos
Processo de Levantamento e Extração com Drone
O voo feito com o RPA foi conduzido a uma altura média de 60 metros, em aproximadamente 10 minutos de voo, sendo coletada uma média de 241 fotos verticais, com aproveitamento de 183 fotografias. O Phantom é da empresa chinesa DJI Innovations, é equipado com uma câmera de sensor fixo
Sony EXMOR de 1/2,3 polegadas com 12,4 MP de resolução, que faz par com uma lente de abertura f/3.61. O ISO máximo para fotos foi de 1.600. A velocidade do obturador foi de 1/8.000 de segundo, garantindo a captura de imagens “congeladas” até mesmo em objetos em movimento. Estava equipado com uma bateria de 4.480 mAh, com autonomia de aproximadamente 23 minutos. A fim de obter resultados com menos interferências atmosféricas, as condições clima/tempo foram checadas para evitar o levantamento em horários e dias inviável a equipe. Por isso, foi escolhido um horário com o objetivo de evitar que as sombras provocadas pela inclinação do sol ofusquem detalhes da geometria. Este RPA (Figura 7) é um sistema estruturalmente fabricado com plástico sólido de alta resistência e com peças metálicas parafusadas.
Figura 7 – RPA utilizado para levantamento e a localização das tomadas das fotos verticais, respectivamente.
Fonte: http://www.dji.com/
Para captação direta de imagens digitais usamos o termo GSD (Ground Sample Distance). O GSD representa o tamanho real, em unidades do terreno, que um determinado pixel representa em função da resolução de uma imagem. O GSD é diretamente relacionado com a altura da aeronave em relação ao solo, da distância focal da câmera e do tamanho do pixel no CCD, é possível verificar na figura 8.
Figura 8 – Ilustração demosntrando os parâmetros utilizados para cálculo do GSD. Fonte: Adaptado de Neto (2015).
Os principais parâmetros utilizados para cálculo do GSD são apresentados na Tabela 2.
Tabela 2 – Parâmetros do voo Parâmetro Descrição
b 0,156 = Tamanho do pixel no CCD (μm) ƒ 3,61 = Distância focal da câmera (mm) H 60,0 = Altura de voo (m)
imW 4000 = Largura da imagem (pixels) imH 3000 = Altura da imagem (pixels) GSD 2,6 = Ground Sampling Distance (cm)
A metodologia empregada para a execução deste trabalho encontra-se descrita no organograma da Figura 9. No estudo preliminar foram realizadas visitas de reconhecimento para identificação de obstáculos, obstruções e local adequado para decolagem. Também nesta fase foram escolhidos os locais dos pontos de controle. Após essa etapa, foi realizado o plano de voo, seguido da aquisição das imagens com voo único.
Figura 9 – Organograma dos métodos empregados no presente trabalho
O horário foi entre 11h21min e 11h28min da manhã. O voo foi realizado em ótimas condições de visibilidade e ocorreu em condições normais de planejamento e execução. Foi utilizada uma sobreposição longitudinal de 80% e transversal de 60% com fotos verticais. A figura 10 ilustra as posições das câmeras nas tomadas das fotos.
Figura 10 – Ilustração demonstrando a posição das câmeras nas tomadas das fotos verticais
- Processamento e geração da ortofoto
Em laboratório foi realizado o processamento das imagens baseando-se SIFT (Scale Invariant Feature Transform) onde pontos são identificados e extraídos automaticamente das imagens e armazenados em banco de dados. Sucessivamente imagem a imagem o algoritmo identifica pontos homólogos em novas imagens comparando pontos candidatos aos correspondentes baseando-se na distância euclidiana dos vetores de posição. Com pontos fotogramétricos identificados se realiza uma orientação absoluta com o uso do posicionamento do centro perspectivo de cada tomada. Esse processo foi implementado na aplicação Agisoft PhotoScan 1.2.4. Ele é um software russo que já era utilizado para modelagens 3D, e o foco do software era a fotogrametria terrestre e geração de modelos tridimensionais de prédios, estátuas, monumentos, etc. Com o crescimento acelerado do mercado dos RPA’s, os desenvolvedores adaptaram
este software para processar imagens de aéreas provenientes de RPA’s, com o algoritmo de busca baseado no SIFT, este software é capaz de processar milhares de imagens em um tempo relativamente curto (o tempo vai ser proporcional à configuração do processador e placa de vídeo). O fluxo de trabalho do Agisoft PhotoScan consiste em 3 principais passos. O primeiro é o alinhamento das imagens, utilizando algoritmos de identificação de pontos comuns, que permitem fazer a orientação relativa das fotografias para um sistema de coordenadas tridimensional arbitrário. Neste processo de ajuste de feixes é gerada uma nuvem de pontos esparsa e é efetuada uma autocalibrarão da câmara, com a determinação de uma distância focal melhorada, ponto principal e parâmetros de distorção radial.
Na segunda etapa, baseada na posição relativa de cada câmara, é construída a nuvem de pontos densa, que possibilita determinar informação de profundidade e completar a nuvem esparsa anterior. Este processo gera milhões de pontos, e estes pontos podem ser classificados e editados. A terceira e final fase do workflow consiste na construção do modelo 3D, onde os pontos da nuvem densa são ligados, de modo a construir uma malha de triângulos recorrendo a algoritmos de triangulação. Este workflow é essencialmente usado para qualquer tipo de dados, existindo outras ferramentas específicas, como é o caso da implementação de pontos de controlo, que serve para a exportação de mosaicos e de Modelos Digitais de Terreno.
Para este trabalho, inicialmente, foi realizada a seleção e a filtragem das fotografias. A seleção foi realizada manualmente, antes das fotografias serem adicionadas à ferramenta computacional, excluindo aquelas que apresentaram problemas de qualidade decorrentes da inclinação da aeronave no momento da tomada da fotografia (fotografias inclinadas); da variação da altitude do RPA entre tomadas consecutivas (escala); e da deriva da mesma provocada pelo vento (arrasto). No processamento seguem-se as etapas de alinhamento das tomadas, otimização do alinhamento, construção de uma nuvem densa de pontos, construção de um modelo poligonal de interpolação (poligonal mesh model), edição da geometria, construção de modelo digital de elevação, texturização e ortomosaico. No alinhamento das tomadas são detectados pontos
homólogos entre as regiões de sobreposição das imagens criando uma nuvem esparsa de pontos e estimada a posição de cada tomada do recobrimento da área. Os parâmetros utilizados nesse estágio são grau de acurácia na definição dos pontos homólogos, modo de seleção de pares (para os casos de se ter ou não posições aproximadas nas tomadas) e quantidade limite de pontos candidatos ou chave e de ligação de faixas. O limite de pontos candidatos indica quão fina será a varredura na imagem para busca de pontos individualizados que serão utilizados como candidatos para pontos homólogos nos modelos e entre faixas do bloco de recobrimento.
A construção da nuvem densa de pontos, é a etapa de densificação dos pontos fotogramétricos onde são refinados os parâmetros de posição da câmera no instante da tomada de cada imagem e sal calculados a partir da nuvem esparsa uma nuvem densa de pontos. Nessa etapa pode-se lançar mão da identificação de pontos de apoio com coordenadas conhecidas eles auxiliam o refinamento do georreferenciamento do bloco de recobrimento, são parâmetros do algoritmo a definição fina ou grosseira da nuvem e o filtro de profundidade que faz menção a capacidade de identificação de padrões mais complexos intratexturizados. Foi gerada então o mosaico de ortofoto, a partir de imageamento RPA.
- Obtenção e distribuição das amostras de controle
O processo de validação para análise de precisão e de tendência foi baseado na análise das discrepâncias entre as coordenadas obtidas através de uma planta digital, obtida através de um levantamento topográfico da área de estudo e as obtidas na imagem da ortofoto gerada a partir do RPA Phantom 3. A planta utilizada como referência foi classifica como Classe A a partir da análise dos valores do PEC e EP para a escala 1:2000, (CUNHA, 2015). Dessa forma, foi utilizado o método relativo para controle de qualidade posicional.
Para escolha das amostras, buscou-se uma distribuição equilibrada dentro da área de estudo, de forma a abranger toda região. A Figura 11 apresenta a distribuição dos pontos notáveis (amostras) pela área de estudo. Os cruzamentos e bifurcações, foram considerados importantes planimetricamente,
pois facilitam a identificação.
Figura 11 – Ilustração demonstrando a distribuição das amostras para validação
- Análise de Acurácia
Para realizar a análise de acurácia foi utilizado o PEC-PCD (Padrão de Exatidão Cartográfica da Planimetria dos Produtos Cartográficos Digitais) e o EP (Erro Padrão), conforme valores adotados no Brasil ET-CQDG para escala 1:5000. Para o cálculo da análise da acurácia foi verificado, a partir de amostras de discrepâncias se o valor do desvio-padrão populacional das amostras é estatisticamente menor do que o valor limite admissível em precisão de acordo com o PEC-PCD para o caso da legislação brasileira atual. Para isso, foi realizado o teste do Qui-Quadrado, pois este possibilita estimar, dentro dos limites de confiança, o desvio-padrão populacional a partir do desvio-padrão amostral.
- Análise de Tendência
A análise de tendência pela distribuição t-Student possibilita o uso de amostras pequenas (no mínimo 20 amostras) ou grandes, a partir dos resíduos das diferenças entre as coordenadas de pontos notáveis obtidas no produto cartográfico e em levantamentos ou documentos de referência (VIEIRA E GENRO, 2011). Segundo Silva (2009), para análise de tendência verifica-se se a média das discrepâncias pode ser considerada estatisticamente igual a zero. Se o valor calculado de “t” estiver fora do intervalo estabelecido pelo nível de significância, a base cartográfica não pode ser considerada livre de erros sistemáticos. O inverso, ou seja, se o valor encontrado satisfizer a condição disposta pelo intervalo, o produto pode ser aceito como livre de erros sistemáticos.
- Resultados
O trabalho determinou a análise de precisão e análise de tendência para escala 1:5000 do mapeamento realizado a partir do RPA Phantom 3 com receptor GNSS de navegação embarcado. O mosaico de ortofoto (figura 12) gerado alcançou a resolução espacial de 2,6cm.
Figura 12– Ilustração demonstrando parte da ortofoto gerada pelo software Agisoft PhotoScan 1.2.4
A tabela 3 apresenta as discrepâncias entre as coordenadas dos pontos coletados na ortofoto e suas coordenadas homólogas adquiridas na planta topográfica utilizada como referência.
Tabela 3 – Discrepância das coordenadas dos pontos da ortofoto e suas coordenadas homólogas adquiridas na planta topográfica.
DISCREPÂNCIAS
PONTO Delta (E) Delta (N)
Ponto 01 0,410 -1,104 Ponto 02 0,030 1,090 Ponto 03 0,332 0,449 Ponto 04 -0,182 -0,790 Ponto 05 0,264 1,451 Ponto 06 0,343 0,056 Ponto 07 0,852 1,050 Ponto 08 0,272 0,384 Ponto 09 -0,415 0,241 Ponto 10 -0,740 0,524 Ponto 11 -0,146 0,628 Ponto 12 -0,010 0,496 Ponto 13 0,549 -0,147 Ponto 14 0,322 0,328 Ponto 15 0,379 0,310 Ponto 16 -0,102 0,536 Ponto 17 0,755 -0,154 Ponto 18 -0,649 0,021 Ponto 19 0,681 0,567 Ponto 20 -0,455 0,359
A tabela 4 a seguir exibe a classificação do Padrão de Exatidão Cartográfica para Produtos Cartográficos Digitais (PEC-PCD) planimétrico estabelecida na Especificação Técnica para a Aquisição de Dados Geoespaciais Vetoriais (ET-ADGV, 2012) em que os valores estabelecidos na mesma são diretamente proporcionais ao fator de escala determinado pelo produto cartográfico gerado. Partindo das amostras tratadas estatisticamente, realizou-se os testes de qualidade cartográfica para análirealizou-se de precisão, utilizando como
referência valores do PEC e EP para escala 1:5000 (tabela 5), segundo metodologia apresentada, chegou-se nos seguintes resultados apresentados na tabela 4.
Tabela 4 – Valores do PEC e EP para a escala 1:5000 PEC-PCD 1:5.000 PEC (m) EP (m) A 1,40 0,85 B 2,50 1,50 C 4,00 2,50 D 5,00 3,00
Tabela 5 – Resultado do teste Qui-Quadrado
Teste Qui-Quadrado
PEC-PCD Delta (E) Delta (N)
A 10,940 18,187
B 3,513 5,840
C 1,265 2,102
D 0,878 1,460
Qui-Quadrado Tabelado 34,382
A partir da análise do erro padrão e consultando a tabela 4, referente aos valores do PEC e EP para a escala 1:5000, conclui-se que o produto digital se enquadra na classe A na escala referida. O qui-quadrado teórico tabelado para os parâmetros envolvidos foi 34,382. A tabela 6 representa os resultados do teste t Student.
Tabela 6 – Resultado do teste T de Student
T-Student
Tabelado (95%) 1,729
Delta (E) 1,221 PASSOU Delta (N) 2,394
NÃO PASSOU
No nível de significância de 90%, as hipóteses nulas (teste t de Student) para as componentes E, N e consequentemente para a resultante planimétrica foi aceita para as coordenadas E e não passou para as coordenadas N, logo verificou-se a inexistência de erros sistemáticos para E. A presença de erros
sistemáticos para as coordenadas N indicam que, para esta direção, foi manifestada uma tendência constante ou variável com o tempo, ou seja, a estimativa de precisão do posicionamento destas coordenadas é afetada quando analisadas em relação à média e o desvio padrão do conjunto total de amostras previamente estabelecidas e, a partir da identificação e normatização das discrepâncias encontradas, corrigir os erros apresentados. Dessa forma, na área de estudo analisada e no método de mapeamento desenvolvido, a presença de erros sistemáticos em tal direção pode ser justificada com alguns fatores que parte desde os parâmetros utilizados para o mapeamento realizado ou até a precisão dos equipamentos utilizados para a realização da mesma, uma vez que dizem respeito a aspectos rotineiros que se identificados podem ser facilmente corrigidos.
- Considerações
A avaliação de qualidade posicional planimétrica realizado através de testes estatísticos apresentou resultados que indicam a constância geométrica da ortofoto digital, classificada como de Classe A para planimetria na escala de 1:5000. A ortofoto gerada pode ser utilizada na vetorização de elementos do entorno da área de estudo, atendendo bem para escala testada. Deve-se ressaltar que a precisão e acurácia necessária ao arquivo digital dependem da finalidade do produto. Assim, o usuário deve saber claramente qual o erro que ele pode aceitar, de modo a não rejeitar desnecessariamente produtos de classe B, C ou mesmo inferior. Ou, caso necessite maior precisão, rever a qualidade do original e minimizar os erros do processo.
Realizou-se uma investigação com relação ao teste estatístico que vem sendo utilizado na prática para a análise de tendência, o qual usa a distribuição t de Student. Após verificação das hipóteses, no nível de significância de 90%, verificou-se a existência de erros sistemáticos na planta digital, dentro deste intervalo de confiança, para o norte.
É válido ressaltar que a acurácia encontrada na aplicação dos testes amostrais a partir do PEC-PCD é diferente do calculado pelo GSD, uma vez que a mesma determina os valores estabelecidos em relação ao pixel do produto
cartográfico o que utiliza parâmetros diferentes na determinação dos atributos, em detrimento do cálculo da acurácia posicional que se baseia no método de levantamento estabelecido (GPS de navegação) e na realização do controle de qualidade.
Finalmente, seria interessante que houvesse uma divulgação de trabalhos desta natureza de modo apresentar a qualidade de um produto cartográfico disponível a partir da utilização de determinado equipamento. Pode-se observar ao longo do desenvolvimento deste trabalho que com as tecnologias existentes atualmente de RPA, é possível efetivar um trabalho de qualidade, em pequenas áreas, com um custo relativamente baixo (Entre 400 e 1300 dólares, a depender do modelo do vant modelo Phantom).
5.2 Levantamento de Patrimônio Arquitetônico com RPA: Estudo de Caso do Conjunto Santuario São Lazaro e São Roque e Casarão Lazareto, Salvador/Ba
O presente estudo utilizou um RPA (Remotely Piloted Aircraft) Phantom 3 na obtenção de dados aplicados ao mapeamento do Conjunto Santuário São Lázaro e São Roque e Casarão Lazareto com vistas a desenvolver prerrogativas técnicas relacionadas ao recobrimento fotogramétrico no uso de RPAs no levantamento e gestão de Patrimônio Histórico. Para o desenvolvimento do estudo foram estabelecidos uma série de boas práticas para os levantamentos que incluem técnicas de reconhecimento, pré-sinalização de pontos de apoio, identificação de obstáculos e obstruções, planejamento de cobertura fotogramétrica e segurança. Foram realizadas 3 campanhas de levantamento, uma delas sendo mapeamento topográfico convencional.
No voo do equipamento foi possível mapear toda a propriedade que abriga o Conjunto Santuário São Lázaro e São Roque e Casarão Lazareto e levantar suas fachadas com tomadas de fotografias em diferentes angulações. Com os dados obtidos foi possível a produção de um mosaico e modelo digital de elevação. Para o georreferenciamento das imagens e posteriormente do mosaico produzido foi utilizado o equipamento GNSS topográfico para a
determinação dos pontos pré-sinalizados em solo. O mosaico gerado alcançou a resolução espacial de 3,16cm. Com os resultados do estudo busca-se mostrar as potencialidades dos RPAs para o mapeamento e monitoramento do patrimônio arquitetônico cultural brasileiro. Na figura 13 é possível identificar a região de estudo.
Figura 13 - Localização da área de estudo
- Processo de Levantamento e Extração
O voo feito com o RPA foi conduzido a uma altura média de 50 metros, em 10 minutos de voo, com disparo de câmera a cada 2 segundos, sendo coletada uma média de 200 fotos, entre fotos verticais e oblíquas de 30º, conforme figura 14.
Figura 14 - Disposição das tomadas fotos para recobrimento da região de estudo
Os principais parâmetros utilizados para cálculo do GSD são apresentados na Tabela 7:
Tabela 7 - Parâmetros do voo
Parâmetro Descrição
b 0,16 = Tamanho do pixel no CCD (μm)
ƒ 3,61 = Distância focal da câmera (mm)
H 70,00 = Altura de voo (m)
imW 4000 = Largura da imagem (pixels)
imH 3000 = Altura da imagem (pixels)
GSD 3,16 = Ground Sampling Distance (cm)
- Materiais
Neste estudo foram utilizados:
RPA DJI phantom 3: utilizado para obtenção das imagens da área; Um receptor GNSS Ashtech ProMark 120, um bipé, um bastão e uma
trena de 3 metros;
SoftwareTopcon Tools v.7.5.1: software de pós-processamento onde foi executado o transportes de coordenadas dos pontos de controle;
Software Agisoft PhotoScan 1.2.3: para processamento de imagens provenientes do Drone para gerar o modelo tridimensional (3D). Neste momento foi inserida as coordenadas dos pontos de controle, para processar as imagens.
- Métodos
No estudo preliminar foram realizadas visitas de reconhecimento para identificação de obstáculos, obstruções e local adequado para decolagem. Também nesta fase foram escolhidos os locais dos pontos de controle. Após essa etapa, foi realizado o plano de voo, seguido da aquisição das imagens com voo único. Em laboratório foi realizado o processamento dos pontos através do software Agisoft PhotoScan 1.2.3.
- Pontos de controle
Para os pontos de controle além dos pontos pré-sinalizados foram escolhidos detalhes que estariam visíveis na imagem como no terreno, como por
exemplo o canto de uma faixa de estacionamento, o canto de uma esquina,enfim, intersecções visíveis. Com isso o projeto ganhou uma velocidade maior em sua execução, já que é possível iniciar a coleta dos pontos de controle com grande antecedência ao voo ou até após a execução do voo, já que estes alvos naturais, de antemão, não serão removidos do solo. Com os valores das coordenadas dos pontos de controle, foi utilizado o software de pós-processamento Agisoft PhotoScan para encontrar os alvos nas imagens e introduzir as coordenadas dos alvos coletadas em campo com receptor GNSS. O software utiliza estas coordenadas como referência em sua aerotriangulação, com isso ele transporta estas coordenadas para o restante dos pixels na imagem fazendo assim o que conhecemos como georreferenciamento, cada pixel da imagem terá sua coordenada estabelecida.
Na figura 15 é possível identificar um dos pontos de controle utilizado no estudo.
Figura 15 - Identificação de um ponto de controle (vista superior e vista frontal)
- Processamento dos modelos digitais
A primeira etapa correspondeu a seleção e a filtragem das fotografias. A seleção foi realizada manualmente, antes das fotografias serem adicionadas à ferramenta computacional, excluindo aquelas que apresentaram problemas de qualidade decorrentes da inclinação da aeronave no momento da tomada da fotografia (fotografias inclinadas); da variação da altitude do drone entre tomadas consecutivas (escala); e da deriva da mesma provocada pelo vento (arrasto). No processamento seguem-se as etapas de alinhamento das tomadas, otimização
do alinhamento, construção de uma nuvem densa de pontos, construção de um modelos poligonal de interpolação(poligonal mesh model), edição da geometria, construção de modelo digital de elevação, texturização e ortomosaico.
No alinhamento das tomadas são detectados pontos homólogos entre as regiões de sobreposição das imagens criando uma nuvem esparça de pontos e estimada a posição de cada tomada do recobrimento da área. Os parametros utilizados nesse estágio são grau de acurácia na definição dos pontos homólogos, modo de seleção de pares (para os casos de se ter ou não posições aproximadas nas tomadas) e quantidade limite de pontos candidatos ou chave e de ligação de faixas. O limite de pontos candidatos indica quão fina será a varredura na imagem para busca de pontos individualizados que serão utilizados como candidatos para pontos homologos nos modelos e entre faixas do bloco de recobrimento. A construção da nuvem densa de pontos, mostrada na figura 16, é a etapa de densificação dos pontos fotogramétricos onde são refinados os parametros de posição da camera no instante da tomada de cada imagem e sal calculados a partir da nuvem esparça uma nuvem densa de pontos. Nessa etapa pode-se lançar mão da itentificação de pontos de apoio com coordenadas conhecidas eles auxiliam o refinamemento do georreferenciamento do bloco de recobrimento, são parametros do algoritimo a definição fina ou grosseira da nuvem e o filtro de profundidade que faz mensão a capacidade de identificação de padrões mais complexos intra texturizados.
Figura 16 - Nuvem densa de pontos editada com a retirada de vegetação
A fomação do modelo poligonal de interpolação diz respeito a operação que constroi a geometria da superfície baseado na construção de faces a partir dos pontos da nuvem densa. Esse modelo pode ser editado excluindo faces
criadas equivocadamente e preenchendo burados derivados da oclusão de detalhes ou da retirada de obstáculos.
O Modelo digital de elevação pode ser criado do modelo poligonal de interpolação ou diretamente da nuvem densa de pontos para exportação, ele também pode ser texturizado com base no imageamento original ou no ortomosaico derivado da ortoretificação do recobrimento do bloco, como observado na figura 17. A ortofoto na figura 18 pode ser utilizada na vetorização de elementos do entorno do conjunto.
Figura 17 - Pespectivas de 30 graus do MDE texturizado do conjunto Santuário São Lazaro e Casarão Lazareto
Figura 18 - Ortofoto gerada a partir de imageamento RPA do conjunto Santuário de São Lazaro e Casarão Lazareto.
- Considerações finais
O trabalho mostra o emprego do RPA no auxílio ao levantamento de um modelo geométrico tridimensional de edificações. Sendo estes os primeiros resultados do estudo que se propõe a avaliar a iteração e compatibilização destes dados com outras técnicas tradicionais. O modelo ainda demanda edição fina para que se melhorem o detalhamento das fachadas, tanto da filtragem e
classificação da nuvem de pontos densa como na edição do modelo poligonal de interpolação. Uma prerrogativa importante que deve ser melhor estudada é o detalhamento pode ser realizado com levantamentos fotogramétricos terrestres que complementariam o recobrimento aéreo. Técnicas de levantamento de vértices por topografia também podem auxiliar num melhor dimensionamento e verificação de resultado das nuvens de pontos resultantes da interpolação das imagens.
Devem-se padronizar e aperfeiçoar praticas ligadas a edição fina do modelo poligonal de interpolação (poligonal mesh model) afim suprimir ao máximo inconsistências na superfície modelada.
O trabalho aponta para a necessidade de melhoria na pré-sinalização utilizada que pode ser identificada, mas seu centro não é definido com a eficácia desejada. A bibliografia aponta uma série de alternativas que devem ser desenvolvidas em experimentos futuros.
6 CONTRIBUIÇÃO TÉCNICO CIENTÍFICA E RESULTADOS ESPERADOS
Este estudo prevê a validação do uso do vant (do tipo RPA) como plataforma de obtenção de dados com condições de executar medidas precisas para quantificação de processos erosivos, ou seja, resultados e as análises que mostram não apenas a potencialidade da utilização das fotografias aéreas obtidas por VANT, mas principalmente a importância e a viabilidade de se obter produtos cartográficos ricos em detalhes, com boa precisão, que podem ser utilizados para o monitoramento de processos erosivos. Cientificamente acarretaria em grande contribuição, visto que o uso do vant para monitoramento de erosão, tornariam mais rápido o processo de avaliação de ocorrência, principalmente quando da existência de cenários complexos. Economicamente, os valores atuais para a compra e operação de serviços com vants para sensoriamento remoto demonstram viabilidade econômica para aplicação. O produto gerado pode gerar resultados que contribuam com redução de gastos.
7 CRONOGRAMA DE EXECUÇÃO ANO I ANO II ITEM ATIVIDADES 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Estudo bibliométrico x x x x x x x x 2 Estudo bibliográfico x x 3 Criação de metodologia x 4 Defesa de projeto x 5 Estudo de caso em campo x x 6 Ajuste da metodologia 7 Tratamento de dados x 8 Qualificação de Pesquisa x 9 Ajustes x 10 Conclusão da dissertação x x x x x x 11 Defesa da dissertação x 8 EQUIPE TÉCNICA
A equipe técnica será constituída por:
Vivian de Oliveira Fernandes – Doutora – Orientadora; Mauro José Alixandrini Jr – Doutor – Coorientador; Iran Sacramento – Aluno doutorando;
Alexandre Aquino da Cunha – Aluno mestrando.
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