Softwares fotogramétricos para a Engenharia Civil: um levantamento de aplicações e
custos
Photogrammetric Software for Civil Engineering: a survey of applications and costs
Gabriel Juvenil Garcia1, Érico Fernando Martins de Oliveira2
Resumo: É fato que com o desenvolvimento das novas tecnologias a Engenharia Civil acompanhe esse avanço lançando inovações e equipamentos para sua evolução. Exemplos desses equipamentos são os Drones, os Modelos Digitais de Terreno e Elevação, Lasers e entre outros. Muitos desses equipamentos estão interligados com a fotogrametria e com softwares fotogramétricos utilizados para organizar essas imagens de maneira correta, retirando ruídos, criando planos de voos ideais para os VANTs, sobrepondo imagens, juntando as nuvens de pontos criadas e etc. Porém, não é fácil encontrar um material que explique o potencial e as limitações de softwares fotogramétricos disponíveis para acesso no ramo da Engenharia Civil, dessa maneira foram reunidas no presente trabalho informações sobre estudos e aplicações variadas na Engenharia, os principais softwares disponíveis no mercado, e os seus respectivos custos. Concluiu-se que os softwares gratuitos e livres apresentam uma interface mais complexa, exigindo conhecimento da parte do Engenheiro Civil, não sendo viáveis, por enquanto, na utilização diária do profissional, enquanto os softwares pagos têm suas rotinas totalmente otimizadas, facilitando a vida do Engenheiro.
Palavras-chave: Fotogrametria; Software; Produtos Cartográficos.
Abstract: It is a fact that with the development of new technologies, Civil Engineering follows this advance, launching innovations and equipment for its evolution. Examples of such equipment are Drones, Digital Terrain and Elevation Models, Lasers and others. Many of this equipment are interconnected with photogrammetry and photogrammetric softwares used to organize these images in a correct manner, removing noises, creating ideal flight plans for UAVs, overlapping images, joining the of created point clouds, and so on. However, it is not easy to find a material that explain the potential and the limitations of photogrammetric softwares with available access in the Civil Engineering field, thus in the present work were reunited information about studies and various applications in Engineering, the principal softwares available in the market and its respective costs. It was concluded that the free softwares presents a complex interface that require knowledge on the part of the Civil Engineer, being not viable in the professional daily use, while the paid softwares has its routines fully optimized, facilitating the Engineer’s life.
Keywords: Photogrammetry; Software; Cartographic Products. 1 Introdução
O termo fotogrametria deriva das palavras gregas PHOTOS, que significa luz, GRAMMA, que significa algo desenhado ou escrito e METRON, que significa "medir". Portanto, Fotogrametria, de acordo com suas origens, significaria “medir graficamente usando luz". A Fotogrametria é uma Ciência e Tecnologia que permite a medição de objetos indiretamente a partir de fotografias. Sua aplicabilidade é ampla, podendo ser empregada desde a medição de objetos microscópicos até a superfície da Terra ou de outros planetas, sendo a base para os processos de Sensoriamento Remoto. Seu conceito fundamental se baseia na relação entre os referenciais do espaço objeto (mundo físico) e do espaço imagem (registro da imagem).
Segundo Wolf (1974), Fotogrametria deve ser definida como a arte, ciência e tecnologia de obtenção de informações sobre os objetos físicos no mundo real e o ambiente, por meio de processos de gravação, medida e interpretação de imagens fotográficas tomadas com câmeras métricas convencionais ou câmeras não métricas, além de modelos de energia eletromagnética radiante. A definição ainda inclui análise de modelos de energia acústica radiante e fenômenos magnéticos por meio de modelos matemáticos.
O avanço das tecnologias projetou a Fotogrametria na era digital e possibilitou a cooptação com outras áreas do conhecimento, tais como: o Processamento Digital de Imagens (PDI), a Inteligência Artificial (IA) e a Visão Computacional (VC). A integração desses conhecimentos tornou possível a automação de algumas etapas fotogramétricas que se concretizaram por meio de softwares e popularizaram o uso de produtos fotogramétricos em diversas profissões. São alguns exemplos de aplicações da Fotogrametria: • Locação de estradas;
• Arqueologia;
• Automação de processos industriais; • Mapeamento;
• Geração de Modelos Digitais de Terreno e Elevação; • Planejamento de superfícies;
• Realidade aumentada;
• Identificação de objetos presentes na superfície física; • Robótica;
• Etc.
Este trabalho apresenta os produtos fotogramétricos (Capítulo 2), faz uma contextualização das aplicações da Fotogrametria e seus produtos na Engenharia Civil (Capítulo 3), apresentando em seguida uma revisão dos principais softwares fotogramétricos disponíveis
1Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, Brasil,
gabriel_jgarcia@hotmail.com
2Doutor, Professor, UNEMAT, Sinop, Brasil,
(Capítulo 4). Por fim, é apresentado o resultado obtido com um experimento de geração de um ortomosaico (Capítulo 5).
2 Produtos Fotogramétricos
Os produtos fotogramétricos são dados geoespaciais resultantes de processos matemáticos aplicados sobre imagens que segundo Miller (2013) podem ser categorizados em Produtos de Elevação, Produtos de Imagem e Produtos de Feição. O Produto de Elevação ou Modelo Digital de Elevação (MDE) é a representação digital das elevações do terreno e também de qualquer nível acima dele (Figura 1). Quando o MDE se limita a representar a elevação do terreno pode ser chamado de MDT (Modelo Digital do Terreno). Em contrapartida, quando representa a elevação máxima de cada ponto, proveniente do terreno ou acima dele, é chamado de MDS (Modelo Digital de Superfície). As formas nas quais o MDE pode ser produzido variam de acordo com as exigências da aplicação a que se destinam, podendo ser curvas de nível, grade regular, rede irregular de triângulos, entre outras.
Figura 1: Perfil de dois MDE. Fonte: GEOIMAGE (2018). Os Produtos de Imagem são aqueles cujo o objetivo é a apresentação bidimensional da cena, destacando-se as imagens ortorretificadas, ou ortoimagens, que se refere a uma imagem corrigida da visão perspectiva central para uma projeção ortogonal, com a correção devido a orientação do sensor e do deslocamento devido ao relevo (MIKHAIL et al., 2001). Ou seja, as ortoimagens convencionais (Figura 2b) são produtos de imagem isentas de erros provocados pela inclinação no momento da captura e deslocamento do relevo (Figura 2a), viabilizando o uso em sistemas não fotogramétricos para medições. Por serem consideradas geometricamente equivalentes a mapas planimétricos as ortoimagens se tornaram um produto fotogramétrico bastante popular entre os usuários de Sistemas de Informações Geográficos (SIG) para a realização de medições diretamente na imagem ou o delineamento de feições de interesse para obter sua descrição vetorial em processos de vetorização.
(a) (b)
Figura 2: (a) Imagem sem correções e (b) imagem ortorretificada. Fonte: USGS (2018).
Já os Produtos de Feição são descrições vetoriais acuradas das entidades cartográficas presentes em
imagens e constituem um importante processo fotogramétrico que produz uma representação da informação (Figura 3) por meio dos elementos ponto (dimensão zero), linha (unidimensional) e área (bidimensional) que podem ser armazenados em banco de dados geoespacias.
Figura 3: Elementos vetoriais descrevendo uma cena. Fonte: GISLOUNGE (2018).
Dentre os modelos não topológicos de dados vetoriais, o espaguete é um dos mais populares, sendo utilizado na estruturação dos arquivos shapefile, que é um padrão industrial de fato para dados geoespaciais vetoriais e pode ser lido pela maioria dos SIG. Um arquivo shapefile contém a geometria (sem topologia) e os atributos organizados em um conjunto mínimo de três arquivos que o compõem. O arquivo principal de extensão .shp é acessado diretamente e armazena a geometria da feição em representações vetoriais no modelo espaguete; o arquivo de extensão .dbf abriga os atributos de cada registro de feição em estruturas tabulares; e o arquivo de extensão .shx faz a relação entre a geometria e os atributos (ESRI, 1998).
3 Fotogrametria na Engenharia Civil
Apesar de serem amplas as aplicações da Fotogrametria na Engenharia Civil e serem baseadas nos mesmos princípios fotogramétricos, propomos aqui classifica-las em dois grupos levando em consideração o propósito final de uso. O primeiro grupo seriam as Aplicações Fotogramétricas de Reconstrução, que são aquelas que tem por objetivo reconstruir virtualmente o objeto de interesse em um modelo bi ou tridimensional. Os processos fotogramétricos de reconstrução bi e tridimensional podem ser aplicados na geração de modelos virtuais de objetos naturais ou artificiais que ocupam um pequeno espaço territorial, tais como prédios, monumentos, pontes, rochedos, etc. O processo ocorre pela orientação das imagens que recobrem o objeto de interesse, reconstruindo-o virtualmente (Figura 4). Essa construção pode envolver somente um conjunto de imagens que recobrem uma face do objeto resultando em uma cena bidimensional ou um conjunto de imagens que recobrem todo o objeto, permitindo a reconstrução tridimensional.
Figura 4: Ponte reconstruída em 3D por Fotogrametria. Fonte: 80LEVEL (2018).
As Aplicações Fotogramétricas de Mapeamento tem processos focados na geração de representações cartográficas da área de interesse, ou seja, na produção de representações bi ou tridimensionais da superfície terrestre. Os processos fotogramétricos de mapeamento são aqueles focados na geração de produtos voltados à cartografia e que recobrem grandes extensões, tais como fotocartas, ortofotos (Figura 5), MDE, etc.
Figura 5: Ortofoto com marcações vetoriais. Fonte: GEODADOS (2018).
Até o início da década de 2010 as únicas opções de insumos para gerar as aplicações de mapeamento na Engenharia Civil eram as imagens capturadas por plataformas aéreas (aviões) e orbitais (satélites), sendo que ambas possuíam um custo bastante elevando, tornando seu uso restrito à grandes projetos. Já para a realização das aplicações de reconstrução as plataformas terrestres (tripés) exigiam um esforço para capturar grandes estruturas. No início da década os VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) começaram a se popularizar viabilizando a fotogrametria aérea de curta distância, possibilitando ao engenheiro gerar insumos personalizados e de baixo custo, tornando essa uma das principais plataformas de coleta de imagens para a Engenharia Civil, com tendência de predomínio no mercado (Figura 6).
Figura 6: Evolução estimada dos investimentos em Vant. Fonte: BUSINESSINSIDER, 2018.
Nas subseções seguintes serão apresentados alguns contextos de aplicação de fotogrametria na Engenharia Civil.
3.1 Monitoramento de Estruturas
Umas das aplicações mais comuns da fotogrametria de curta distância na Engenharia Civil é o monitoramento de estruturas. No que diz respeito à execução de monitoramento de estruturas, Viseu e Almeida (2000) alertam para necessidade da periodicidade e especialização dos envolvidos na atividade, bem como para a automação na aquisição dos dados. Monitorar uma estrutura do ponto de vista do posicionamento geodésico significa determinar e comparar as coordenadas de pontos em duas épocas distintas, e verificar se, dentro de certo nível de confiabilidade (significância), houveram variações significativas nestas coordenadas (TOMMASELLI et al. 1999). Segundo Ivany (1987) citado por Valença (2006) no intuito de analisar a reparação da ponte Széchenyi Chain sobre o Rio Danúbio, foram efetuados levantamentos que tinham como intuito analisar os deslocamentos verticais ao eixo longitudinal da estrutura, quando sujeita a carga, sendo que, foram analisadas quatro cargas diferentes.
O estudo foi realizado a partir da fotogrametria e técnicas de nivelamento e foi comparado com os resultados da simulação numérica do ensaio. Os dois métodos variaram pouco e foram considerados idênticos dos quais variaram de 40% a 60% na ponte não carregada e de 25% a 30% nela carregada. Na Universidade de Coimbra em Portugal Valença et al (2007) utilizaram a fotogrametria no controle de deformação de vigas de grande porte, com o intuito analisar a flecha da viga. Foi utilizada uma viga com 20 metros de comprimento, e para auxiliar o trabalho foram colocados transdutores de deslocamentos, que são utilizados para fazer tais testes. O levantamento fotogramétrico foi efetuado por varrimento perpendicular ao plano de interesse, e colocadas miras de precisão tanto na viga quanto em volta dela. Após aplicação da carga e processamento digital das imagens a partir de softwares, observou-se uma precisão com valores de resíduos na imagem menores que 1 Pixel. Na Figura 7 são apresentados os valores medidos com os transdutores de deslocamentos, sobrepostos com os resultados obtidos através dos levantamentos fotogramétricos, para diferentes fases de carregamento, desde o início do ensaio até uma posição a 700 mm. Regista-se uma diferença média de 1,1%, como mostra a figura abaixo, em que as linhas são a os ensaios a partir dos transdutores e as figuras são o resultado da fotogrametria.
Figura 7: Resultados fotogramétricos versus transdutores de deslocamentos. Fonte: VALENÇA et al, 2007.
A fotogrametria a curta distância também é muito utilizada em inspeções visuais em barragens, como foi visto em um estudo feito por Baeta et al. (2015) na barragem de Cabril, no Rio Zêrere, em decorrência do tempo de construção da estrutura, construída na primeira metade do século passado, tendo mais de 50 anos. O estudo começou com trabalhos de campo em março de 2010 e terminou em Janeiro de 2011 com os processamentos finais de imagem. Foram utilizadas duas técnicas conjuntas: a de Sistemas de Varrimento a Laser Terrestre (SVLT) e a de Fotogrametria a curta distância. Além disso foram realizadas 3 coberturas das barragens, com lentes de resolução de 20mm, 180mm e 300mm, sendo que a última foi referenciada a software por não ser passível de ser acoplada ao SVLT. O processo de execução teve basicamente 3 fases, sendo respectivamente, de Processamento, Criação de modelos de Engenharia e Análise de Exatidão da Aplicação. Primeiro são os dados brutos recolhidos no campo de trabalho, em que há presença de fatores como obstruções temporárias, multi-reflexões e entre outros que atrapalham na criação das imagens, são recolhidos pelo SVLT milhões de pontos para criação dos modelos 3D. Nessa etapa é feita a filtragem desses pontos através de softwares de processamento digital de imagens, que são calibrados de acordo com as condições do ambiente, removendo os ruídos das imagens. Na etapa seguinte foram realizados os documentos para a Engenharia, ou seja, secções transversais e longitudinais, perfis, curvas de nível, entre outros. Com apoio da câmera fotográfica e com ajuda de um software se criou ortoimagens com resolução de até 3 mm recorrendo a lente mais precisa de 300 mm ficando assim com possibilidade de inspeção visual da barragem.
A fim de analisar o trabalho do Laser foi feito em conjunto uma análise geodésica pela parte de topografia, a mesma ajudou a visualizar incertezas dos modelos 3D que tiveram variação de no máximo 3mm. A Figura 8 apresenta uma ortoimagem da barragem com a resolução de até 3 mm, mostrando deteriorações visíveis na estrutura, e juntando com outros atributos realizados por outros equipamentos de monitorização podem ser cruzados e estimar o estado e comportamento da barragem.
Figura 8: Mapeamento de deteriorações com base numa ortoimagem. Fonte: BAETA et al, 2015.
Outro estudo recente sobre utilização da fotogrametria para análise de barragens foi feito por Negrão et al (2017) no complexo minerário de Germano, em Mariana – MG. O trabalho teve como intuito a detecção de deslocamentos superficiais na linha de visada do radar nas estruturas de barragens de Germano, em que foram utilizadas 30 imagens adquiridas com o satélite , com intervalo de 11 dias. Com a técnica foi possível detectar deslocamentos da ordem de
centímetros na estrutura. A Barragem de Germano é composta por 4 estruturas, Baia 3, Sela e Tulipa, Selinha e Barramento Principal. Após o processamento digital realizado com as imagens, pode – se notar um deslocamento maior na Subestrutura denominada Baia 3 como mostra a figura 9, em que foram detectados deslocamentos de até 8cm e em seu reservatório deslocamentos de até 10cm. Nos diques de Sela e Tulipa e Selinha foram detectados deslocamentos acumulados de até 3 cm e no Barramento Principal de até 4cm. Como a Baia 3 recebe rejeitos finos, essa subsidência é coerente com o processo, pois, existe a acomodação desses rejeitos. No entanto, após o rompimento da Barragem de Fundão, também em Mariana, os autores recomendaram uma maior investigação, pois, pode estar relacionada a outros fatores de risco.
Figura 9: Deslocamento acumulado na Baia 3. Fonte: NEGRÃO et al, 2017.
3.2 Modelo Digital de Terrenos
No loteamento Maluê, na cidade de Lontras em Santa Catarina, Zucatelli et al. (2017), desenvolveram um estudo de caso com relação a criação de um modelo digital para monitoramento de um talude à partir de imagens tiradas por Vant e celular. O levantamento foi realizado em 2017 e comparado com um levantamento topográfico feito no mesmo local em 2015. Vale salientar que na cidade de Lontras a incidência de desmoronamento de encostas é alta. De acordo com o a Defesa Civil já teria sido registrado 24 ocorrências de desmoronamento, por isso o dono do loteamento em questão deve honrar compromisso de entregar dados do monitoramento do talude proposto a Prefeitura Municipal. O trabalho consistia em calibrar a câmera, planejar a aquisição de imagens, processar as imagens e gerar os produtos fotogramétricos. Verificou-se,
conforme apresentado na Figura 10, desníveis maiores que 10cm na região vermelha, até 10cm na amarela e na verde de 0 cm, conseguindo analisar o processo erosivo no talude. Além disso, com as ortofotos que foram tiradas podem ser analisadas as diferentes camadas de solo/rocha e deformações futuras.
Figura 10: Resultado da comparação entre os diferentes levantamentos. Fonte: ZUCATELLI et al, 2017.
Os processos descritos nesta seção só são viáveis de aplicação na engenharia em razão do auto nível de automação conseguida nos processos e concretizada em softwares disponíveis no mercado. Na seção seguinte serão apresentados alguns deles.
4 Softwares Fotogramétricos
Considerando a proposta desta pesquisa, que é a de apresentar a descrição de um conjunto de softwares fotogramétricos para o uso na engenharia civil, nesta seção serão apresentados os softwares capazes de permitir ao engenheiro planejar a coleta das imagens, realizá-la, pré-processar e processar essas imagens para gerar novos produtos fotogramétricos.
Apesar da grande maioria dos softwares serem ofertados diretamente pelo desenvolvedor, em sua maioria por compras internacionais. Devido as questões de escrituração contábil muitas licenças precisam adquirir as concessões em território nacional, para isso as principais empresas brasileiras que comercializam softwares de aplicação fotogramétrica são: http://www.g-drones.com.br/imagens.html https://www.somenge.com.br/ https://www.cpetecnologia.com.br/ https://www.tecnosat.com.br/ https://www.topconpositioning.com/br/ https://www.santiagoecintra.com.br/ https://store.skydrones.com.br
Assim, considerando as diferentes fases que envolve a geração de produtos fotogramétricos, há opções para processamento em computadores, smartphones e
Web. Neste contexto, a plataforma com maior potencial
de utilização são os VANT’s e os aplicativos devem ser capazes de operar com ele. Em sua maioria estes softwares oferecem a possibilidade de processar tanto produtos para aplicações de reconstrução, quanto de mapeamento e permitem que algumas das etapas de um projeto fotogramétrico (Figura 11) sejam parcialmente ou totalmente automatizadas.
Figura 11: Fluxograma do mapeamento por Fotogrametria. Fonte: TOMASELLI, 2009.
Nas etapas 2, 5 e 6 do fluxograma os alvos também chamados pontos de apoio, são marcações artificiais feitas no terreno com coordenadas medidas via equipamento de alta precisão e que possam ser identificadas nas imagens (ALMEIDA, 2014). São necessárias para voos de alta precisão, principalmente para grandes áreas e devem ser realizadas em campo, com equipamento adequado. Maiores detalhes podem ser encontrados em Zanetti (2017). Na operação com Vants onde não há possibilidade de demarcação de pontos de apoio, ou esses são dispensáveis em razão das dimensões da área e qualidade do sistema posicional do Vant, o processo inicial envolverá as etapas 1, 3 e 4 do fluxograma.
4.1 Planejamento do voo e execução autônoma
As etapas 1, 3 e 4 do fluxograma abrangem o planejamento e execução do voo de coleta. Assim será necessário definir um software capaz de garantir os pré-requisitos do projeto (resoluções, escala, sobreposição, etc), de oferecer a ferramentas visuais para a demarcação da área de voo e, por fim, para a execução do voo e captura das imagens de forma autônoma. Em razão da alta portabilidade e do fato das últimas gerações de Vants poderem se conectar ao smartphone, em detrimento aos softwares stand-alone, a oferta de aplicativos Android e IOS que oferecem recursos simplificados de planejamento e execução de voos não para de crescer. Pode-se destacar alguns dos
mais usados no sistema operacional Android, como mostra a figura 12.
(a) (b) (c)
Figura 12: Aplicativos para planejamento e execução de voo por Vant: (a) DroneDeploy, (b) Precision Flight e (c) Pix4D
Captura. Fonte: Dronedeploy, Precision Flight, Pix4DCaptura.
Todos estes aplicativos são compatíveis com os Vants da fabricante DJI (https://store.dji.com), a principal empresa fornecedora de Vants para uso comercial no Brasil e uma das maiores no mundo.
De forma geral todos estes aplicativos apresentam a mesma forma de operação, ou seja, o usuário define a altura de voo e a área de interesse. A partir dessas informações e levando em consideração os princípios fotogramétricos de sobreposição que garantam os processos, o aplicativo sugere uma rota de voo sobre a área e configura os parâmetros de velocidade do Vant, disparo da câmera (e consequente a quantidade de imagens coletadas). Em sua maioria, tais aplicativos exigem a configuração de uma conta no serviço, permitindo que o planejamento do voo seja realizado no próprio aplicativo ou na web, na página do desenvolver, e depois sincronizado com o aplicativo do smartphone. Esta característica torna-se bastante relevante quando o voo envolve um contorno irregular, dificultando o delineamento na tela do smartphone, ou ainda quando a área a ser coletada não oferece boa qualidade do sinal de rede móvel.
O DroneDeploy (https://www.dronedeploy.com) é um aplicativo sem custo, disponível para os sistemas operacionais Android e iOS, que permite planejar e automatizar o voo e coleta de imagens por Vant. É parte de um portfólio de soluções da empresa
DroneDeploy, que conta com serviços online para
planejamento de voo, execução e processamento dos dados. Permite planejar o voo online pelo site e posteriormente sincronizar com o aplicativo para uso
offline em campo. Apesar de definir de forma
automática os parâmetros a partir da altura de voo e da área a ser sobrevoada, permite alterar manualmente parâmetros importantes, como as sobreposições de faixas de imagens e velocidade de voo.
Figura 13: Interface do site do DroneDeploy. Fonte:
DroneDeploy.
Outro aplicativo bastante popular é o Precision Flight que é parte do ecossistema Precision Hawk (https://www.precisionhawk.com). Disponível gratuitamente nas lojas dos sistemas operacionais
Android e iOS, possui também uma versão paga
chamada Precision Flight Pro que oferece um nível maior de personalização nas configurações e a
possibilidade de usar informações de terreno (MDE) da sua base de dados para melhorar o plano de voo. Não oferece a opção de montar o plano de voo pelo site.
Figura 14: Interface do aplicativo Precision Flight. Fonte:
PrecisionFlight.
Desenvolvido por umas das maiores empresas deste ramo no mundo, a Pix4D, o aplicativo Pix4D Capture também permite o planejamento e execução de voo automatizado com Vants. Possui licença gratuita tanto no sistema operacional Android, quanto no iOS, sendo que no Android exige a instalação de um segundo aplicativo chamado Ctrl+DJI que faz o acesso as APIs do Vant. O aplicativo oferece a possibilidade de editar manualmente as configurações prévias de sobreposição, velocidade de voo e ângulo de partida (Figura 15a), permitindo ainda a configuração de voos circulares ao redor de objetos de interesse (Figura 15b) que pode ser utilizada para as aplicações de reconstrução na engenharia civil.
(a)
(b)
Figura 15: Interface online do DroneDeploy. Fonte:
DroneDeploy.
Após a execução do voo, as imagens coletadas devem ser processadas para gerarem os insumos cartográficos desejados, entrando em ação um novo conjunto de softwares fotogramétricos que serão tratados a seguir.
4.2 Processamento das imagens coletadas
Devido ao poder de processamento exigido nas etapas 7 e 8 do fluxograma dos processos fotogramétricos, tonar-se inviável a realização no próprio smartphone (pelo menos não por enquanto). Então as imagens capturadas pelo VANT e que estão armazenadas no cartão de memória fixado no equipamento são transferidas para o computador ou enviadas via
aplicativo para o processamento em nuvem. Estes processamentos usam imagens para gerar nuvens de pontos, modelos digitais de elevação, ortomosaicos, modelos texturizados, etc.
Todas as três desenvolvedoras dos aplicativos de gerenciamento de voo já citados também oferecem soluções para o processamento das imagens em nuvem, porém, com diferentes limitações nas versões gratuitas. O serviço de processamento em nuvem da
DroneDeploy oferece quatro formas de licenciamento
conforme Tabela 1. Ao se cadastrar o usuário é enquadrado por um período de 14 dias na licença Pro, depois desse período ele se torna membro Explorer
Free.
Tabela 1 – Tipos de licenciamento do DroneDeploy. Explorer Free Pro $ 999 ano Business $ 2999 ano Enterprise (consutar) - até 500 imagens por mapa; - resolução acima de 5 cm/pixel - Limitado a 5 mapas por mês Até 1.000 imagens por mapa; - Sem as limitações do Explorer; - Até 3.000 images por mapa; -Exporta em LAS, XYZ, Shapefiles, DXF; Até 5.000 imagens por mapa - Acesso ilimitado aos recursos.
Fonte: Acervo pessoal.
Um inconveniente é que a área de processamento do
DroneDeploy (Figura 15) não permite o processamento
de imagens capturadas por outros aplicativos. Outro aspecto negativo importante da versão gratuita é que a melhor resolução disponível no processamento é de 5 cm e não permite a exportação de muitos formatos além do TIFF. O ambiente online permite a instalação de aplicativos desenvolvidos por outras empresas, como Autodesk, ArcGis, etc. Aumentando a automação em alguns processos.
Figura 15: Interface online do DroneDeploy. Fonte:
DroneDeploy.
O serviço de processamento em nuvem oferecido pela
Precision Hawk é o PrecisionMapper. Ao se cadastrar
como usuário a licença padrão é a PrecisionMapper
Free, na qual são garantidos também 5 ortomosaicos
por mês gratuitos com um limite de 300 gigabytes de imagem. Na versão gratuita não há limitações quanto a resolução das imagens e sua quantidade, apesar disso acabar ficando implícito pelo limite de armazenamento. Na versão PrecisionMapper Profissinal não há limites.
Tabela 2 – Tipos de licenciamento do PrecisionMapper. PrecisionMapper
Free
PrecisionMapper Profissional $3500 por ano - 5 ortomosaicos por mês; - limitações da versão Free; São removidas as
- 300 GB de dados armazenados na nuvem;
Fonte: Acervo pessoal.
A Precision Hawk disponibiliza o software
PrecisionViewer para computadores Windows e Mac,
não exigindo uma licença específica para utilizá-lo. O
PrecisionViewer possui recursos para gerenciar e
agilizar o upload das imagens para o processamento em nuvem, além de permitir a definição de pontos de controle, auxiliando nas etapas 2 e 5 do fluxograma. No
PrecisionMapper (Figura 16) é possível exportar vários
produtos gerados e até mesmo cálculos de volumes.
Figura 16: Interface online do DroneDeploy. Fonte:
DroneDeploy.
A divisão dos processos em diferentes softwares é uma das características marcantes da empresa Pix4D. Em particular para os processos que nos interessam neste trabalho seria essencial o software Pix4Dmapper que é o correspondente às soluções já apresentadas para processamento das imagens e não possui uma versão gratuita, oferecendo um período de uso de teste (trial) de 14 dias para novos usuários. Está disponível para
Windows, Mac e Web. As outras soluções apresentadas pela empresa para a área de engenharia são o Pix4Dmodel e o Pix4Dbim (Tabela 3).
Tabela 3 – Soluções oferecidas pela Pix4D.
Pix4DMapper Pix4Dbim Pix4Dmodel
$3504 anual $4990 anual $499 anual Fonte: Acervo pessoal.
O Pix4Dbim oferece recursos para a integração com sistemas BIM (Building Information Model) que significa Modelagem da Informação da Construção, permitindo documentar a construção, gerenciar a terraplanagem, monitorar a construção, inspeção e verificação BIM em 2D e 3D. Por sua vez o Pix4Dmodel permite processar os objetos para reconstrução tridimensional permitindo além de realizar medidas que os modelos sejam usados em animações, realidade virtual, etc.
Figura 17: Interface online do Pix4Dmapper. Fonte:
Pix4Dmapper.
Também existem no mercado soluções stand-alone muito consolidadas, tais como o PhotoScan da Agisoft (http://www.agisoft.com). Com um custo inicial de $ 179 na licença Standard, podendo chegar a $ 3499 na versão Pro. A versão standard é voltada para produção de recursos de mídia, enquanto a versão Pró foca na geração de produtos fotogramétricos. O PhotoScan é um produto de software independente que executa o processamento fotogramétrico de imagens digitais e gera dados espaciais 3D para serem usados em aplicações GIS, documentação de patrimônio cultural e produção de efeitos visuais, bem como para medições indiretas de objetos de várias escalas e visuais. A sua capacidade de gerar modelos poligonais texturizados excepcionalmente detalhados é o que o coloca em destaque na categoria de reconstrução apesar de também produzir produtos de mapeamento.
Além das opções apresentadas existem algumas opções livres e gratuitas (opensources) para realizar fotogrametria de reconstrução e mapeamento. Tais software foram mapeados por Remondino et al. (2017) e suas características podem ser observadas na Figura 18.
Figura 18 – Pacotes de software livre disponíveis para processamento automatizado e reconstrução 3D a partir de imagens. W = Microsoft Windows; L = Linux. REMONDINO et al, 2017.
Tais opções presentes no mercado tem em comum o fato exigirem que o usuário tenha um bom conhecimento dos aspectos teóricos dos processos para controlar sua execução, bem como definir suas variáveis. Em sua grande maioria a interação se dá por linha de comando e são executados exclusivamente no
desktop, o que não os tornam opções atrativas para os
trabalhos de fotogrametria na engenharia civil.
4 Experimento e Considerações
Para verificar a forma de interação com os softwares apresentados na seção anterior foram coletadas 34 imagens utilizando um Vant Phantom 3 Standard, de uma construção no Bairro Aquarela das Artes. A partir dessas imagens foram geradas as ortomosaico (Figura 19) nos serviços PhotoScan, Pix4Dmapper e
PrecisionMapper.
(a)
(b)
(c)
Figura 19 – Ortomosaico no (a) PhotoScan, (b) Pix4Dmapper e (c) PrecisionMapper. Fonte: PhotoScan, Pix4Dmapper,
PrecisionMapper.
Os ortomosaicos gerados variaram seu tamanho, ficando com 184 MB no PhotoScan, 66 MB no Pix4Dmapper e 180 MB no PrecisionMapper. Outra variação foi quanto a correção da visão perspectiva. Na Figura 19 é possível observar que os resultados foram melhores nos softwares Pix4Dmapper e
PrecisionMapper.
(a) (b) (c)
Figura 20 – Recorte da ortofoto para destaque da correção da visão perspectiva no (a) PhotoScan, (b) Pix4Dmapper e (c)
PrecisionMapper.
De maneira geral todos os ortomosaicos atingem o objetivo de permitir que o engenheiro civil faça interpretações sobre as imagens, no entanto, medições
a partir das imagens só seriam confiáveis nos resultados da Pix4Dmapper e PrecisionMapper. Conclusões
Este trabalho procurou conduzir uma pesquisa exploratória na qual foram apurados produtos a serem gerados por fotogrametria e suas aplicações na Engenharia Civil, bem como os softwares que permitissem ao engenheiro civil fazer uso da potencialidade dessas. Como resultado da pesquisa bibliográfica foi possível apurar que a fotogrametria e seus produtos podem ser utilizados na engenharia civil para gerar reconstruções de objetos de interesse (pontos, prédios, etc.) ou para mapeamento (medições de distâncias, coordenadas, volumes). Também foi apurado um crescente uso de Vants na área, devido ao seu baixo custo e facilidade de manuseio. A partir disto foram apurados que os softwares que permitam ao engenheiro confeccionar produtos fotogramétricos a partir das imagens coletadas pelo Vant, gratuitos e livres, exigem um conhecimento prévio ligado a área da programação, não apresentando muita praticidade em relação à forma de interagir, o que inviabiliza para o uso diário do engenheiro. Já os softwares pagos contam com rotinas totalmente automatizadas e por consequência seus valores de licença são bastante elevados principalmente por exigirem a assinatura do serviço. Dentre os softwares selecionados, o experimento realizado indicou que o PrecisionMapper apresentou o melhor resultado. Assim, atualmente o engenheiro civil que quiser fazer uso da fotogrametria em sua rotina de trabalho terá de procurar utilizar as versões gratuitas dos serviços, observando seus termos, ou pagar as licenças. Neste contexto o
PrecisionMapper se destaca por não apresentar
severas restrições em sua versão gratuita. Uma terceira alternativa que está surgindo no mercado são os processamentos por demanda, onde o usuário paga pelos serviços realizados, tais como o Map Made Easy (https://www.mapsmadeeasy.com/). Por fim, foi também verificado que a engenharia civil é apresentada como um ramo de grande potencial pelos desenvolvedores desses softwares, indicando a convergência entre a demanda da área para os projetos BIM e a confiança nos produtos fotogramétricos.
Agradecimentos
Em primeiro lugar agradecer a Deus por ter me dado a oportunidade de chegar até aqui e por outros sonhos que tem me permitido realizar.
Agradecer a meus familiares, em especial a meus pais Leoni Sanches Garcia, Luzia E.C. Garcia e Ivone Juvenil, por nunca terem me deixado faltar nada e principalmente me orientarem nas minhas decisões, ao meu irmão Douglas Garcia, por ter me apoiado aqui em Sinop e ao meu tio Ivan Sanches Garcia pelos conselhos e as pescarias de sempre.
Aos meus amigos que estiveram comigo ao longo da graduação, desde o começo em Tangará da Serra, até hoje em Sinop, Carlos Donat, Henrique Henicka, Pedro Gabriel, Emerson Cândido, Andersson Warpechowski, Rafael Holz, Carlos Abraão, Thiago Breda, Giordano Bampi, Joaquim Honorato, Kelvin Dalla Vechia, Janaína Ghisleri, Tatiane Zimmer, Natália Faccio e João Zanotto.
Agradeço ao professor Dr. Érico Fernando Martins de Oliveira, pelo apoio e compromisso excepcional na orientação do trabalho, ao professor Dr. Carlos Antônio da Silva Júnior que nos cedeu o Vant Phanton 3
Standart utilizado para o experimento realizado. E a
todos que contribuiram de para a conclusão do trabalho.
Referências
80LEVEL. Disponível em: <https://80.lv/articles/> Acesso em: 04 de julho de 2018.
ALMEIDA, I. C. et al. Estudo Sobre O Uso De Veículo
Aéreo Não Tripulado (Vant) Para Mapeamento Aéreo Com Fins De Elaboração De Projetos Viários. In: VI
SIMPÓSIO BRASILEIRO DE CIÊNCIAS
GEODÉSICAS E TECNOLOGIAS DA
GEOINFORMAÇÃO. Recife, 2016.
BAETA, B.; GONÇALVES, G. ; BERBERAN, A.
Combinação da Fotogrametria Digital e dos Sistemas de Varrimento Laser Terrestre na inspecção visual assistida de barragens de betão: o caso da barragem do Cabril. In: CONFERÊNCIA NACIONAL DA
CARTOGRAFIA E GEODÉSIA, 8, 2015, AMADORA, PORTUGAL.
BUSINESSINSIDER. How drones will change the world
in the next 5 years. 2018. Disponível em <
https://redliontrader.com/how-drones-will-change-the-world-in-the-next-5-years/>. Acesso em: 5 de julho de 2018.
GISLOUNGE. What is a Shapefile?. Disponível em: < https://www.gislounge.com/what-is-a-shapefile/>. Acesso em: 07 de julho de 2018.
GEOIMAGE. Dems Overview. Disponível em:
<https://www.geoimage.com.au/DEMS/dems-overview/> Acesso em: 07 de julho de 2018.
GEODADOS. Cambuí usa geoprocessamento no combate à recessão econômica. Disponível em: <http://www.geodados.com.br/geonoticias/cambui- usa-geoprocessamento-no-combate-a-recessao-economica>. Acesso em: 05 de julho de 2018.
MIKHAIL, Edward M.; BETHEL, James S.; MCGLONE, J. Chris. Introduction to modern photogrammetry. New York : Jhon Wiley & Sons Australia Ltd, 2001.
NEGRÃO, P. Et al. Detecção de Deslocamentos na
Superfície da Barragem de Germano, em Mariana – MG, com Série Temporal de Interferometria Diferencial SAR. Rio de Janeiro. 2017.
REMONDINO, F. et al. A Critical Review Of Automated
Photogrammetric Processing Of Large Datasets. In:
THE INTERNATIONAL ARCHIVES OF THE
PHOTOGRAMMETRY, REMOTE SENSING AND SPATIAL INFORMATION SCIENCES, VOLUME XLII-2/W5, 2017 26TH INTERNATIONAL CIPA SYMPOSIUM 2017, 28 AUGUST–01 SEPTEMBER 2017, OTTAWA, CANADA.
TOMASELLI, A. M. G. Fotogrametria Basica:
introdução. 2009. Disponível em:
ntroducao_a_fotogrametria.pdf>. Acesso em: 10 jul. 2018.
USGS. Disponível em: <https://www.usgs.gov> Acesso em: 07 de julho de 2018.
VALENÇA, J. M. A. Aplicações de Fotogrametria à
Engenharia de Estruturas, Coimbra, Portugal: FCTUC,
2006, 201 p.(Dissertação de Mestrado).
VALENÇA, J. M. A.; JÚLIO, E. N. B. S.; ARAÚJO, H. J.
Aplicações da Fotogrametria na Engenharia Civil.
2006. 2.º Encontro sobre patologias e Reabilitação de Edifícios, 20, 803-810.
VISEU, T. ; ALMEIDA, A. B. Plano de Emergência Interno de Barragens. 5º Congresso da Água, Lisboa, 2000.
WOLF, Paul R. Elements of photogrammetry (with air photo interpretation and remote sensing). New York : McGraw-Hill Companies ,1974.
ZANETTI, J. Influência Do Número E Distribuição De
Pontos De Controle Em Ortofotos Geradas A Partir De Um Levantamento Por Vant, Viçosa, MG: UFV, 2017,
84 p.(Dissertação de Pós-Graduação).
ZUCATELLI, G.F.; PHILIPS, J.W. ; WATASHI, D.B. Fotogrametria Aplicada ao Monitoramento de Taludes em Loteamentos Urbanos – Estudo de Caso, Revista
Técnico-Científica do CREA-PR. Ed. Especial. Junho
