Planejamento ferroviário com Drones

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Levantamentos de grandes corredores, como estradas e ferrovias, costumava ser de domínio da fotogrametria, por via aérea ou sensoriamento remoto com aeronaves convencionais. Na Turquia, demonstrou-se como um corredor de 140 km poderia ser eficientemente pesquisado usando um VANT de asa fixa. As operações simplificadas e um grande número de pontos de controle foram essenciais para alcançar resultados adequados para fins de planejamento ferroviário.

O governo turco está realizando o planejamento ferroviário para a construção de uma grande rede ferroviária de alta velocidade em todo o país. A ligação ferroviária entre as cidades de Ancara e Izmir está atualmente em fase de planejamento. Graças a uma velocidade prevista de 250 km/h, a viagem entre as duas cidades vai demorar um pouco mais de 3 horas e meia.

Como parte dos preparativos, a Turkish State Railways solicitou um mapa vetorizado da área em torno do corredor ferroviário planejado. Este trabalho foi proposto em três seções para reduzir o tempo de retorno e risco, e para aderir a regulamentação turca. Para o trecho entre Manisa com Usak, a Turkish State Railways solicitou explicitamente o uso de um VANT para a pesquisa.

Condições de terreno difíceis

O segmento de corredor que foi contratado para a pesquisa com VANT mede 140 km de comprimento e 600m de largura. Isto envolveu o levantamento de planícies, montes, montanhas e áreas urbanas sob todos os tipos de condições climáticas dentro de um prazo de 2 meses. Com técnicas clássicas não teria sido possível mapear toda a área neste período de tempo.

As montanhas na extremidade oriental da região, por exemplo, não podem ser acessadas por carro e às vezes nem mesmo a pé. Especialmente nestes locais, a utilização de sistemas de navegação é muito valiosa. A vantagem particular de um VANT sobre aerofotogrametria regular é a altura de voo baixo, que elimina a dependência das condições meteorológicas claras.

Aquisição de dados

O corredor foi pesquisado utilizando um VANT senseFly® eBee pela empresa turca Artu Harita. O eBee é um sistema de asa fixa com uma envergadura de 96 centímetros e uma câmera de 16MP (Figura 1). O software de planejamento de eMotion SenseFly foi usado para planejar as linhas de voo para o projeto. Como este programa não é capaz de planejar automaticamente as dimensões dos corredores, todas as linhas aéreas tiveram que ser definidas manualmente.

A altura média de vôo foi definido para 320m acima do solo, o que resultaria em uma resolução de pixel de aproximadamente 10 centímetros. O corredor de longa distância – 140 quilômetros – foi subdividido em segmentos de 16km, com uma localização de pouso e decolagem selecionado no centro de cada um.

O piloto do VANT então voou o eBee ao longo do corredor de oito quilômetros, virou e voou de volta para uma segunda linha de voo paralela antes de aterrizar no local de decolagem. Lá a bateria foi substituída e os dados descarregados antes de um novo voo foi iniciado para 8 km na direção oposta (Figura 2). Em média, 300 fotos foram tiradas durante cada voo.

Pontos de Controle

Enquanto um ou dois funcionários estavam ocupados com o planejamento de voo e as missões do VANT, duas outras equipes de pesquisa de quatro engenheiros cada foi responsável por definir os pontos de controle no terreno (GCPs) necessários para georreferenciar as imagens. A primeira equipe foi tipicamente posicionada a 20-30 quilômetros à frente do VANT, enquanto a segunda equipe trabalhou mais de 20-30 km para além disso. Inicialmente, uma única sequência de GCPs foi planejado ao longo da linha ferroviária proposta.

Durante o processamento logo ficou evidente que isso não seria suficiente. Embora fosse usada uma sobreposição lateral mínima de 50% e uma sobreposição longitudinal mínima de 80%, não foi possível orientar corretamente todas as imagens. Portanto duas linhas extras de pontos de controle foram estabelecidos paralelamente à primeira linha central, no sentido de cada borda do corredor. Isto permitiu que cada imagem a ser orientada utilizasse pelo menos um GCP por imagem a partir da linha de GCP central, e um GPC de uma das duas novas linhas de GPC (Figura 3).

Cerca de 900 pontos de amarração (tie points) foram criados, no total, com um intervalo médio de 450m. Além disso, pontos de verificação (check points) foram criados para permitir o controle de qualidade independente. O GCPs  e a verificação dos pontos levantados foram feitas com o GNSS RTK, usando o turco CORS network (Figura 4). Cada ponto foi medido duas vezes com um intervalo de pelo menos 2 horas para obter uma melhor precisão.

O tempo de retorno

As equipes de pesquisa passaram 60 dias no campo, incluindo 20 dias de voo. As imagens foram continuamente transferidas para o escritório onde 10 engenheiros ficaram dedicados a processá-las e gerar os produtos finais. Isto incluiu tanto a geração de nuvens de pontos a partir das imagens quanto a vetorização de edifícios, estradas, iluminação pública, linhas de energia, vegetação e linhas ferroviárias existentes.

A criação e processamento do produto levou cerca de 40 dias. No geral, ele levou três meses a partir do inicio do projeto até a entrega final para o cliente. Em contraste, as técnicas de pesquisa tradicionais empregadas por empresas sobre as outras duas seções ofertadas foram necessário até um ano para ser concluído.

Resultados

Mais de 9.000 imagens foram capturadas durante o curso do projeto. Eles foram usadas para criar ortofotos e um modelo 3D com resolução de 10 centímetros e uma precisão altimétrica média de 15 centímetros. O erro de altimetria comporta-se como uma função da distância para a GCP mais próximo.

Perto do GCPs, o erro era tipicamente pequeno, mas mais longe foram observados erros de medição de até 30cm. No geral, a exigência de 20 centímetros de precisão do cliente foi alcançada. Os produtos do VANT agora estão sendo usados pelo Estado turco Railway para o planejamento ferroviário definindo o melhor traçado.

Fonte: GIM International