Em comparação com a topografia aérea tradicional, que dependia quase exclusivamente de aeronaves tripuladas, os drones oferecem uma alternativa segura, precisa e mais acessível. O resultado foi a democratização das soluções topográficas. Agora, os projetos de agricultura, construção, conservação, mineração, reconstrução de cenários de acidentes, etc., podem beneficiar de nuvens de pontos detalhadas, mapas precisos e modelos 3D.
Analisamos as vantagens e desvantagens destes métodos de captura de dados aplicados em drones. Aprenda que método escolher atendendo às características do seu projeto. Para os profissionais da topografia e da cartografia, o LiDAR e a fotogrametria foram durante muito tempo ferramentas complexas, mas os recentes avanços na tecnologia dos drones mudaram a forma de capturar os dados facilmente.
Tanto para os topógrafos estabelecidos como para os que se iniciam neste campo, a questão de trabalhar com LiDAR ou com fotogrametria ser-lhes-á familiar.
A escolha entre LiDAR e fotogrametria depende quase completamente do objetivo do seu projeto. De seguida, detalhamos os cenários onde cada tecnologia brilha com luz própria.
o terreno do LiDAR
Para projetos de topografia lidar onde a precisão milimétrica do terreno é crucial, o LiDAR é a opção indiscutível. A sua capacidade para penetrar a vegetação e medir diretamente o solo torna-o indispensável na gestão florestal, na engenharia civil e em qualquer estudo do terreno que requeira um Modelo Digital de Elevações (MDE) exato. Os voos lidar garantem dados fiáveis mesmo nas condições mais complexas.
o poder da fotogrametria
Quando o objetivo é realizar uma inspeção aérea visual, documentar o estado de infraestruturas ou criar modelos 3D fotorrealistas para a promoção imobiliária ou o património cultural, a fotogrametria é a ferramenta ideal. A sua capacidade para capturar texturas e cores com grande detalhe oferece um contexto visual que o LiDAR não pode igualar, sendo a opção preferida para a criação de ortofotos e Modelos Digitais de Superfície (MDS).
O LiDAR, que significa Light Detection and Ranging (Deteção e Alcance de Luz), é uma tecnologia utilizada na cartografia com drones para medir distâncias com uma precisão excecional.
Os sensores LiDAR funcionam emitindo pulsos de luz e medindo o tempo que demoram a refletir-se no solo, juntamente com a intensidade com que o fazem. Embora exista há décadas, só nos últimos anos a tecnologia LiDAR se tornou suficientemente compacta para ser integrada numa carga útil que um drone possa transportar. O sensor LiDAR representa apenas uma parte de um processo complicado. Para recolher os dados necessários para construir uma nuvem de pontos que reflita com precisão o terreno e a sua topografia, o LiDAR incorpora outros sistemas de alta precisão: posicionamento por satélite (dados GNSS) e uma unidade de medição inercial (IMU).
Com um pouco de magia de software, os voos LiDAR podem ser utilizados para construir nuvens de pontos em 3D e mapas de intensidade, que não requerem muita habilidade para a sua interpretação, e que proporcionam dados muito valiosos em operações de mineração, silvicultura, agricultura e construção.
O LiDAR aplicado à cartografia com drones oferece múltiplas vantagens, como uma alta precisão na captura de dados, permitindo medições com exatidão centimétrica.
O aspeto positivo mais citado do uso de LiDAR para a cartografia é a precisão da tecnologia. No entanto, esta afirmação por si só não nos dá muita margem de manobra. Em primeiro lugar, é importante considerar o que significa a precisão para o seu projeto. Prioriza a precisão relativa ou a absoluta? Por outras palavras, preocupa-se que o seu produto final seja preciso em termos das suas características em relação umas às outras, ou das suas características em relação ao seu lugar no mundo?
O LiDAR é o método mais adequado para obter uma precisão absoluta e costuma ser a melhor opção quando o objetivo é obter um modelo de terreno nu realista. Isto deve-se ao facto de ser o melhor método para ter em conta a elevação, a vegetação e as condições existentes. A integração do LiDAR com os dados do GNSS e o facto de se tratar de uma medição direta, disparando milhares de pulsos laser a partir de cima, garantem que o mapa digital do terreno final tenha uma precisão vertical extrema.
As complicações topográficas não surgem apenas na forma de ondulações do terreno. A vegetação também pode impedir que os métodos de topografia baseados em fotografias obtenham dados granulares ao nível do solo.
Os pulsos de luz do LiDAR penetram nos espaços entre as folhas e os ramos, chegando ao solo e melhorando a precisão das medições. O LiDAR também é preferível se as condições de luz do seu local de trabalho forem inconsistentes. Se deseja realizar estudos noturnos ou missões de baixa visibilidade, o LiDAR pode encarregar-se da tarefa sem necessidade de uma fonte de luz externa.
Por último, o LiDAR permite captar detalhes de pequeno diâmetro. Um grande exemplo disso são os cabos elétricos. Graças à amostragem de pontos de alta densidade e à abordagem de medição direta, pode utilizar o LiDAR para cartografar com precisão a catenária dos cabos.
O desafio mais evidente que supõe trabalhar com LiDAR é o seu custo. Devido à maior complexidade operativa (e à necessidade de componentes e sensores mais sofisticados), é fácil gastar centenas de milhares de euros numa solução topográfica completa.
Esta complexidade também amplia a margem de erro e aumenta a dependência de um profissional experiente. Com múltiplos sensores e informação à qual não se pode aceder facilmente sem uma boa quantidade de processamento, a extração dos dados de que necessita não é simples.
Também é importante ter em conta que tradicionalmente os sensores LiDAR têm sido mais volumosos que as simples câmaras. Dado que os drones são cada vez mais populares para a topografia aérea, a necessidade de um drone maior para lidar com uma carga útil mais pesada pode acrescentar-se a uma despesa já significativa.
A última desvantagem de escolher o LiDAR é possivelmente a sua maior força: O facto de ser a melhor ferramenta para o trabalho em situações muito específicas. Para muitas aplicações, a fotogrametria normal será suficiente. Trata-se de uma tendência que vai ganhando força à medida que melhora o software de processamento de imagens.
A fotogrametria aplicada à cartografia com drones é uma técnica avançada que permite obter medições precisas e criar mapas detalhados a partir de fotografias aéreas.
Em poucas palavras, a fotogrametria é uma forma de medir distâncias através de fotografias. Estas fotografias são processadas através de um software especializado para gerar modelos precisos e realistas do mundo. Os mapas de ortomosaicos e os modelos 3D têm diversas aplicações, desde o planeamento da construção e a gestão de projetos em curso até ao material de marketing.
O número de imagens necessárias para uma fotogrametria eficaz pode oscilar entre centenas e milhares. Tudo depende do tamanho do local em questão e da profundidade e precisão que se queira conseguir.
Os pilotos de drones terão de determinar a altitude de voo ótima para conseguir a distância de amostragem do terreno necessária. Também terão de estabelecer uma sobreposição em cada imagem para garantir que o software possa unir as imagens sem problemas.
Permite realizar medições precisas de dimensões, formas e posições de objetos no espaço, o que resulta em mapas e planos de alta precisão.
A principal vantagem de trabalhar com fotogrametria é a sua acessibilidade. O auge da tecnologia dos drones e do software de cartografia simplificou os fluxos de trabalho e colocou mapas precisos e modelos 3D ao alcance de qualquer organização que disponha de um drone com câmara decente.
Além da calibração da câmara, do planeamento básico de voo e do traçado dos pontos de controlo no solo, levar a cabo uma missão de cartografia e converter esses dados em algo útil é relativamente simples. Há inúmeros cenários em que este processo produz resultados tangíveis, em setores tão variados como a construção, a conservação, a mineração e a agricultura.
E o que é mais importante, os resultados são acessíveis. Os mapas e modelos com características e cores reconhecíveis são intuitivos instantaneamente, o que os torna uma grande ferramenta de colaboração e algo com que as partes interessadas podem trabalhar sem dedicar demasiado tempo à manipulação dos dados.
Outra grande parte do atrativo da fotogrametria é o quão acessível é. Como já dissemos, para começar há que investir alguns milhares de euros num drone com câmara profissional e muito menos no software necessário para processar os dados.
Por último, a fotogrametria oferece uma abordagem mais flexível. Dependendo da tarefa a realizar, pode ter mais controlo sobre o equilíbrio entre a velocidade da missão, a altitude e a precisão.
Enfrenta desafios como limitações climáticas que podem afetar a qualidade das imagens e a precisão dos dados.
Os métodos de topografia baseados na fotogrametria têm algumas desvantagens. A primeira é que a precisão dos mapas e modelos depende em grande medida da qualidade da câmara e do próprio drone.
O tamanho do sensor, a abertura, a resolução e a distância focal influenciam a distância de amostragem do solo (GSD), juntamente com a altitude a que se voa. Além disso, ser-lhe-á difícil produzir resultados com uma precisão absoluta se não utilizar vários pontos de controlo no solo ou um drone habilitado para RTK ou PPK.
O segundo desafio que as suas ambições de fotogrametria enfrentam é o clima. Ou, para ser mais específico, as condições de luz. A escuridão, a nebulosidade, o pó e outros fatores podem afetar negativamente a qualidade dos resultados da medição.
Quando se trata de processar dados, só se pode medir o que se vê com clareza. Isto significa que os voos com visibilidade limitada, seja pela vegetação, pelas sombras ou pela hora do dia, produzirão menos pontos de terreno e mapas e modelos menos precisos.
O LiDAR é recomendado se se está a cartografar um terreno complexo com uma alta percentagem de cobertura vegetal. Devido às suas medições diretas que penetram entre as folhas, os ramos e as árvores, pode construir nuvens de pontos topográficos precisos com os dados resultantes.
A tecnologia também é ideal para medir com precisão objetos como os cabos, que costumam ser demasiado finos para serem reconhecidos por qualquer outro método.
O LiDAR também deveria ser o seu método de escolha se a tarefa de topografia em questão exige precisão acima de tudo. Embora isto não esteja isento de desafios, que vêm na forma de custo e da experiência necessária para dar vida aos dados.
A acessibilidade da fotogrametria torna-a numa opção preferível para quem se inicia na topografia com drones. Embora ser mais barata que o LiDAR não seja a sua única vantagem.
De facto, para muitas aplicações é melhor utilizar a fotogrametria. Este é o caso, em particular, quando se quer trabalhar em plantas utilizando mapas de ortomosaicos, colaborar com modelos 3D ou fornecer atualizações acessíveis do progresso do projeto por um custo relativamente pequeno.
O LiDAR tende a produzir scans com maior detalhe e precisão em comparação com a fotogrametria. Além disso, como pode funcionar bem apesar dos desafios ambientais, ambientes com pouca luz ou muita vegetação, é ideal para cenários em que se valoriza a precisão acima de tudo.
As nuvens de pontos LiDAR podem ser incrivelmente granulares, com até 500 pontos por metro quadrado e uma precisão de elevação vertical de menos de três centímetros. Com uma alta densidade de pontos de dados obtém-se um conjunto de dados mais robusto, que por sua vez lhe dá mais versatilidade na hora de processar as suas conclusões.
Isto não quer dizer que a fotogrametria seja intrinsecamente imprecisa. Se o terreno for relativamente simples e não tiver uma vegetação densa, podem elaborar-se mapas e modelos muito detalhados, sobretudo se também se utilizar um módulo de posicionamento RTK.
O processamento de LiDAR baseado na nuvem não é tão frequente nem acessível como o software de fotogrametria baseado na nuvem. O que significa que terá de contar com um especialista in situ que possa converter esses dados brutos em algo acionável, juntamente com o software correto.
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Avaliar o LiDAR e a fotogrametria como dois métodos de captura de dados que competem entre si não é a abordagem mais instrutiva. Como já comentámos, não é que um seja necessariamente melhor que o outro. Em última análise, é a tarefa em questão que determinará a melhor solução.
Se o contraste, a iluminação, o objeto e as condições estiverem a seu favor, a fotogrametria é provavelmente mais do que adequada para o trabalho. Mas para os projetos de cartografia mais exigentes, em que há que ter em conta a precisão da elevação, as estruturas complexas ou o terreno parcialmente coberto, o LiDAR é provavelmente o caminho a seguir.
Claro que o custo e a experiência da sua equipa também desempenharão um papel importante em qualquer decisão entre ambos. Embora as últimas cargas úteis da DJI, a P1 e a L2, sejam um testemunho da crescente acessibilidade da tecnologia topográfica.
Em última análise, os profissionais no terreno terão de se tornar especialistas na utilização de ambas as tecnologias à medida que os drones que as transportam se tornam mais sofisticados.
fonte: Malek Murison
