Experiência em Fotogrametria com VANT

Tempo de leitura: 12 minutos

A realização de Fotogrametria com VANT é amplamente aceito como um novo método para a analise de dados de imagens espaciais. As principais oportunidades de negócios se encontram claramente em projetos que são pequenos demais para ser de interesse para plataformas em aeronaves e helicópteros e grande demais para mapeamento em campo. No entanto, a realização de operações rentáveis com VANT e com resultados de alta qualidade é bastante exigente.

No final do dia, o cliente final a pagar não está realmente interessado em saber se os dados foram produzidos usando um VANT ou métodos mais tradicionais, a qualidade dos dados é tudo que importa. Este artigo centra-se em temas de produtividade do mapeamento com VANT, lançando luz sobre os desafios práticos da operação e processamento de dados.

O Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) no mercado de mapeamento hoje está dividido em três grupos principais: os fabricantes, fornecedores de tecnologias de processamento de dados e operadoras aéreas que voam os sistemas para atender às necessidades dos clientes finais. Embora haja alianças entre fabricantes VANT e provedores de tecnologias de processamento, é importante notar que cada um dos três papéis tecnológicos e prestadoras de serviços requerem diferentes know-how e processos operacionais (Figura 1) .

Fotogrametria com vant

 

 

Um típico mapeamento com VANT compreende os seguintes componentes: aviões não tripulados com piloto automático (asa fixas ou rotativas), planejamento de missão e software estação terrestre com link de rádio, câmera e opcionalmente um sistema de controle de lançamento e pouso para os sistemas de asa fixa de alta velocidade (Figura 2). O software fotogramétrico é usado para processar as imagens adquiridas e gerar produtos como ortomosaicos e nuvens de ponto 3D, de modo que eles estão prontos para o uso em sistemas GIS e planejamento.

FATORES DE DESEMPENHO

O VANT é um instrumento de trabalho decisivo para um operador, o que em termos de investimento é comparável a um taquímetro robô ou um sistema de laser scanner terrestre. Há um número de sistemas comerciais para escolher. Ao planejar uma compra do sistema, o componente que tem, de longe, o maior efeito sobre os resultados do produto final é a câmera on-board. Hoje em dia, as opções vão desde câmeras de consumo de alto desempenho e Full Frame leve (35 mm) para câmeras métricas construídas especificamente para aplicações VANT.

Outra opção fundamental é se irá selecionar um dispositivo de asa rotativa ou fixa. Veículos de asa fixa geralmente voam mais rápidos e são capazes de cobrir grandes áreas de interesse. Enquanto isso, os sistemas de asas rotativas normalmente têm velocidade de cruzeiro mais baixa, mas são capazes de operar em espaços limitados e em áreas urbanas sem problemas.

Há uma série de características de design que têm um impacto direto sobre o desempenho operacional e, portanto, sobre a produtividade de um VANT. Desde que o sistema deve ser adequado para operação de uma pessoa, a fim de reduzir os custos operacionais geralmente pela metade, o projeto do sistema está sendo forçado para a simplicidade. Além disso, os operadores devem ser capazes de controlar um VANT manualmente no ar – não só para cumprir os requisitos legais por parte das autoridades competentes, mas também como um importante recurso de segurança no caso de falha mecânica ou de tráfego aéreo inesperado.

Uma missão de mapeamento usando sistemas leves pode ser iniciada com um lance manual, sistemas mais pesados precisam de um sistema lançador, um trade-off¹ entre a simplicidade de operação e hardware adicional permitindo maior capacidade de área. Carcaças de sistema mais leve, geralmente podem ser desembarcadas manualmente em um espaço pequeno. Enquanto isso, um sistema mais pesado deve ter uma opção de paraquedas de pouso, para pousar um VANT de barriga pode exigir um monte de espaço aberto , que nem sempre podem ser fornecidos, e exponha a câmera sensível a choques repetidos durante os pousos.

¹ Trade-off: é uma expressão que define uma situação em que há conflito de escolha. Ele se caracteriza em uma ação econômica que visa à resolução de problema, mas acarreta outro, obrigando uma escolha. Ocorre quando se abre mão de algum bem ou serviço distinto para se obter outro bem ou serviço distinto.

PRODUTIVIDADE

No que diz respeito à produtividade, o componente mais importante é o piloto automático e seu software de controle. O software deve permitir planejar simultaneamente missões de área maior, que pode ser coberto com vários voos, que se sobrepõem. A forma de uma área de interesse deve ser definida livremente.

Por exemplo, uma missão de mapeamento que se estende por um corredor de vários quilômetros de comprimento pode ser possível em apenas um voo, ou pode exigir a divisão da área em vários voos sobre uma série de áreas retangulares. Isso significa que um operador pode ter que gastar muito mais tempo na área e completar uma missão em diferentes condições climáticas e tipos de luz.

Há diferenças na forma de aperfeiçoar os planos de voo e isso tem uma influência direta sobre os tempos efetivos de voo. Por fim, através do controle de disparo da câmara com base na distância que o chão vai avançado, em vez de basear em um intervalo de tempo constante, é possível eliminar os efeitos da cabeça/caudas de vento sobre a imagem sobreposta.

Um operador geralmente prepara uma missão VANT no escritório antes de viajar para a área. Restrições de espaço aéreo e os obstáculos devem ser verificados com antecedência, e os padrões de voo que cobrem as áreas de interesse devem ser preparados usando software de planejamento de missão.

Os voos reais podem ser realizados quando as condições meteorológicas permitem: não muito vento, não muito chuva e luz suficiente para a câmera operar a uma velocidade de obturador baixa.

Um operador também deve ter o software para verificar os dados capturados no campo, a fim de monitorar se a área de interesse está sendo coberta, se a qualidade da imagem é satisfatória e se as sobreposições das imagens aparecem como planejado.

OPÇÕES DE PROCESSAMENTO DE DADOS

Há uma clara necessidade de duas opções de processamento de dados diferentes: um para a produção de mosaicos rápidos com a chamada precisão GIS e outro para gerar resultados de alta precisão para a indústria de levantamento mais exigente. Soluções Mosaico suprem várias necessidades do cliente final, em muitos aspectos, que representam o grande potencial de negócios de aplicações de mapeamento VANT fora da indústria da fotogrametria tradicional.

É necessário soluções de software para este campo para produzir resultados rapidamente e automaticamente. Precisão, integralidade e resolução espacial do resultado final normalmente é apenas uma consideração secundária para os clientes finais, e as falhas geométricas podem ser visíveis, especialmente em áreas florestais e construídas.

Em contraste, a indústria do levantamento está acostumada a servir os clientes profissionais que necessitam de garantia de qualidade controlada e propagação de erros. Há dois aspectos da qualidade que afetam a saída: precisão e confiabilidade. Precisão descreve a compatibilidade do produto em relação a todos os quadros de referência, tais como os pontos de controle. Confiabilidade refere-se à quão sensível a saída e a erros de sistema, tais como deformações de imagem não compensadas, erros, etc.

ASPECTOS DE QUALIDADE

Mas como a qualidade pode ser expressa ao cliente final?

Tradicionalmente, uma série de indicadores de qualidade estatísticos é utilizada, tais como resíduos, desvio padrão, erro médio quadrático etc., documentados com listagens alfanuméricos. O problema é que relativamente poucas pessoas podem interpretar as estatísticas de forma eficaz. Uma forma mais intuitiva para comunicar a qualidade é a utilização de gráficos extensivamente, juntamente com dados numéricos (Figura 3). Deve ser possível para um profissional avaliar o nível de qualidade sem precisar de um diploma em fotogrametria.

Fotogrametria com vant

As amostras mais comuns sobre fotogrametria com VANT tendem a se concentrar em questões de precisão. A comunicação da qualidade permite que um operador demonstre a qualidade dos dados transmitidos. Assim, os critérios de aceitação do projeto podem ser definidos implicitamente e todos tem a garantia de obter as suas contas pagas. Existem desafios específicos relacionados com o VANT como o desempenho do software de processamento de dados.

Uma plataforma VANT é bastante instável gera blocos de imagens de diferentes qualidades, incluindo diferenças significativas na escala da imagem, inclinações, orientação da câmera e dados de orientação exterior inicial impreciso. Como consequência, o processamento de dados VANT é mais exigente do que o processamento de blocos de aeronaves tradicionais. Para fazer o trabalho com blocos VANT, portanto, requer um poderoso software que combina os melhores algoritmos de engenharia de imagem, fotogrametria e de visão de computacional.

Quando o desempenho da câmera permite, é preferível para capturar imagens em formato RAW em vez de comum JPEG. As imagens RAW oferecer maior poder de resolução e precisão, armazenando milhares de tons de cinza por pixel em vez do intervalo JPEG de 0-255. No entanto, os blocos de processamento UAS tende a levar tempo. Uma solução prática é explorar placas gráficas poderosas e mais baratas de jogo (GPUs) em um PC, aumentando a velocidade de processamento por um fator de 20-50 por cartão instalado.

Nuvens de pontos 3D detalhadas parecem ser de particular interesse para os consumidores finais, uma vez que os dados podem ser utilizados para inúmeras aplicações de cálculo de volume e para gerar ortofotos verdadeiras. Os clientes finais são muitas vezes interessados em saída de dados mais refinadas, tais como superfícies do terreno (MDT) ou camadas de dados classificados derivados de um MDS. Softwares de manipulação de nuvem de pontos e MDT tais comoTerrascan de Terrasolid, podem ser utilizados para este fim como cortes transversais e de visualização, por exemplo, (figura 4).

Fotogrametria com vant

Hoje, um operador de VANT pode escolher entre softwares licenciados e serviços em nuvem como opções de processamento de dados. Como as necessidades dos clientes variam as duas opções são bem-vindas, serviços em nuvem é indicado para os operadores com menos conhecimento em fotogrametria, embora seja natural para fotogrametristas profissionais escolherem a opção de software.

Em ambos os casos, o software de processamento de dados VANT, ou serviços, deve proporcionar um funcionamento automático, capacidade de enfrentar os desafios de blocos VANT específicos, fornecerem um meio de qualidade controlada e ser capaz de processar rapidamente milhares de imagens.

PRECISÃO DOS DADOS

Há quatro aspectos principais, que têm a maior influência sobre a precisão dos dados: o número de pontos de controle, consistência do bloco fotogramétrico, qualidade de imagem e câmera óptica. Quando os pontos de controle na área de interesse estão distribuídos uniformemente, a precisão absoluta sobre esta área pode ser controlada. Sobreposições de imagem adequadas (70/70 %) para compensar a instabilidade do VANT como uma plataforma de imagem e tornar a solução matemática mais rígida.

Mais uma vez, boa qualidade de imagem é essencial. Câmeras de consumo não foram construídas para operações de câmeras métricas, e a instabilidade do sistema óptico pode causar deformação variável. Qualquer deformação reduz drasticamente a precisão e deve ser compensado com a calibração da câmera, ou com a calibração de laboratório ou com auto-calibração durante o processamento de dados. Com tudo, com a triangulação aérea é possível alcançar uma precisão absoluta de 0,5 pixel de GSD em X e Y e 1 pixel de GSD em Z.

CONCLUSÕES

Como um método de aquisição de dados de imagens aéreas o mapeamento com VANT é capaz de fornecer resultados de alta qualidade para a indústria de pesquisa profissional. Qualidade não é fácil, requerem hardware e software avançados, operadores qualificados e missões de mapeamento cuidadosamente executadas. Controlar a qualidade ao longo de todo o processo de produção aumenta a produtividade, ajuda a reforçar a confiança de realizar Fotogrametria com VANT e promove a venda do projeto.

 

Fonte: Revista Gim International UAS Edition – Agosto/2013

Traduzido e adaptado

 

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26 Comentários


    1. Olá Antonio como vai?

      Muito obrigado, o nosso objetivo é levar conhecimento ao nosso público, se tiver alguma dúvida deixe nos comentários que terei maior prazer em responder,

      Volte sempre!

      Forte Abraço!

      Responder

  1. Gostaria de saber quais modelos vocês utilizam??? Apenas multi rotores? E asa fixa?

    Responder

    1. Olá Vinícius,

      Você pode utilizar tanto os multi rotores quanto os asas fixas para capturar as imagens, essa escolha vai depender das características do projeto como, tamanho da área, acessibilidade, relevo, vegetação, etc, com base nesses pontos decidimos qual modelo é mais vantajoso.

      Obrigado pela visita, volte sempre!

      Forte abraço!

      Responder

  2. Assisti seu webnar e fiquei muito interessado no assunto e estou avaliando a possibilidade de usar este sistema no meu trabalho. Gostaria de saber do amigo qual seia a camera adequada para uso com o drone dj phanton.

    Responder

    1. Olá José,

      O DJI Phanton não é recomendado para realizar Fotogrametria, seu uso é destinado para o mercado de mídias (Imagens e Filmagens Aéreas), no caso do DJI Phanton devido a sua limitação de peso embarcado, creio que você só irá conseguir utilizar uma GoPro ou similar.

      Forte abraço!

      Responder

  3. Boa Tarde,

    Estou interessado em adquirir um sistema para aerofotogrametria, para monitoramento topografico de obras, gostaria de maiores informações…

    Abraço,

    Responder

  4. Boa tarde!
    Operamos um Cinestar8 com gimbal 360 e camera canon 5d3. Com essa configuração consigo realizar mapeamentos precisos? Imagino que algumas adaptações e investimentos serão necessários, pode me orientar?
    Obrigado.

    Responder

    1. Olá Vitorio, tudo bem?

      Não conheço este modelo de Drone, porém, pra realizar mapeamento precisos é necessário que o seu VANT tenha algumas características particulares, lembrando que o mapeamento é um projeto como um todo, o Drone realiza apenas a parte de captura das imagens, antes disso você precisa planejar o voo e depois disso processar os dados.

      Nós lançamos um curso online onde eu explico detalhadamente o que um drone precisa ter para realizar o mapeamento aéreo preciso, qual sistema ele embarca, qual é o funcionamento deste sistema, além de, detalhar todo o processo do Projeto Fotogramétrico, recomendo você fazer este curso pra ganhar maturidade no assunto e você mesmo conseguir julgar se o seu sistema pode ser utilizado.

      Obrigado pelo contato

      Forte abraço!

      Forte abraço!

      Responder

  5. Olá gostaria de parabenizar pelo excelente trabalho. Trabalho na área Ambiental em geoprocessamento em mineração e estou me aprofundando mais com esse recurso que você apresenta, acabei de adquirir o curso e com certeza vou expandir meus conhecimento com o mesmo.
    Gostaria de antemão tirar algumas dúvidas: você ensina sobre montagem de vans e seus componentes?
    Placa controladora APM 2.6 da para fazer fotogrametria qual você sugere ?
    E os pontos de controle, e coletado pelo vant ou esse serviço e realizado em solo?

    Responder

    1. Fala Eick, tudo bem?

      O foco do curso é na Fotogrametria, ciência por trás do mapeamento aéreo, a Fotogrametria utiliza os produtos (imagens) gerados pelos drones, o foco não é na construção da plataforma (hardware) e sim na utilização dos dados para a geração de base cartográfica.

      Sobre os pontos de controle, fizemos uma matéria bem interessante sobre essa dúvida da uma olhada: http://droneng.com.br/drones-e-agricultura-quando-utilizar-pontos-de-controle-no-mapeamento-aereo/

      Obrigado pelo contato,

      Forte abraço!

      Manoel.

      Responder

  6. Manoel,

    Boa tarde,

    Comprei um Drone Phantom 2 e pretendo utiliza-lo para imagens em áreas agrícolas para topografia é possível ?

    Responder

  7. Prezado Manoel,
    Em regiões de densa cobertura vegetal, como na Amazônia, a Fotogrametria com Drone, produz resultado satisfatório ? Tens algum caso comprovado para comentar ?
    Como informação, uma área no estado do PA de 2.000 X 500m (100ha), cobertura densa, desnível topográfico em média de 120m, levou-se 12 dias na coleta de pontos X-Y-Z com Estação Total, para modelamento da topografia.
    Fico no aguardo.
    Sds
    Raimundo

    Responder

  8. Boa Noite Sr. Manoel, fiquei interessado em saber mais sobre mapeamento agricola, 3D e aerofotogrametria, topografico de obras, gostaria de mais informações, um Phanton 3 pro 4K daria conta do recado, ou um Syma x8w com uma Go Pro faria isso, ou teria outro drone para me indicar? e software, qual o mais recomendado? Agradeço desde já a sua atenção. Abraço

    Responder

    1. Olá Fernando, tudo bem?

      O Phantrom e o Syma são drones para o mercado de hobbie, neste caso você necessita de um drone desenvolvido para mapeamento aéreo, te mandei um e-mail com mais informações sobre a sua demanda,

      Obrigado pelo comentário,

      Forte abraço!

      Responder

      1. Caro Manoel Neto,
        Parabéns pelo seu artigo! Bastante elucidativo! Gostaria de lhe fazer 3 perguntas se não se importar:

        – Sem ser um vant, considera o drone (ex. 3dr) um equipamento viável que permita a estabilidade e controle de voo para geração de imagens métricas?
        – Será que uma câmara GoPro Hero4 12MP 30 quadros/segundo e software de processamento fotogramétrico consegue produzir imagens com a qualidade necessária para geração de nuvem de pontos (5-6 pnts/m²).
        – Que software de processamento fotogramétrico vc considera ideal (Site Scan? Agisoft? Recap 360? Photomodelar?).

        Sempre com uma relação preço/qualidade.

        Agradeço, desde já,
        Abraço,
        João Feijó

        Responder

        1. Olá João,

          1. Não trabalhei com um 3dr teria realmente que fazer um teste e analisar os resultados quanto: qualidade geométrica e acurácia posicional
          2. A GoPro é uma câmera que apresenta muitas distorções, você irá conseguir uma nuvem de pontos e um mosaico de ortofoto, mas no quesito qualidade ela deixa a desejar, pois não foi fabricada para esta finalidade.
          3. Gosto muito do Agisoft PhotoScan, ideal seria um software que gere os produtos cartográficos e que você tenha condições de comprá-lo.

          Obrigado pelo contato,

          Forte abraço!

          Responder

  9. Oi Manoel, tudo certo?

    Estou com uma dúvida rápida: como é escolhida a resolução necessária em cada aplicação? Por exemplo, já vi que para topografia (DSM) o pessoal usa resoluções entre 1 e 5 cm, tem alguma explicação técnica para isso? Se você pudesse indicar alguma bibliografia seria muito legal.

    Obrigado!
    Abraço,

    Lui

    Responder

    1. Olá Lui,

      São diversos fatores envolvidos na escolha do GSD, de maneira geral, quanto menor o GSD melhor o detalhamento e acurácia do projeto, geralmente são escolhidos GSD menores para aumentar a acurácia do produto,

      Forte abraço!

      Responder

  10. Olá Manoel, td bem?
    A minha dúvida é a seguinte;
    Numa montanha onde a cota do topo é 400 metros mais alta que o pé da montanha, se eu fizer um voo com alturas diferentes em cada faixa para q ele mantenha uma altura + ou – igual em relação ao solo o processamento será possível? ou o processamento será o da mesma maneira q eu faço quando o voo for com altura iguais?

    Responder

    1. Olá Thiago,

      Como a discrepância é muito grande (0 – 400 m) recomendo que você faça dois planejamentos de voos separados, um para a área e outro para a montanha pois a haverá uma grande variação de GSD entre o pico da montanha e sua base, outro detalhe importante é considerá-la em seu planejamento para o drone não colidir com ela.

      Bons voos!

      Forte abraço!

      Responder

  11. La experiencia de la fotogrametría a través de Vehículos aéreos no tripulados (VANT) simplemente es extraordinaria ya que brinda unos óptimos resultados, con medidas más reales con un menor esfuerzo y gran facilidad a la hora de abordar áreas de difícil alcance brindando asi mayor seguridad para los trabajadores y de esta manera reducir riesgos laborales.

    Responder

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