Como gerar MDT com Drones?

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Como a chegada dos drones no mercado a Fotogrametria está se tornando popular através do mapeamento aéreo com drones, torna-se possível gerar a topografia do terreno. Antes de falar sobre a geração de MDT com drones, quero apresentar a você uma matéria do blog que faz um paralelo entre a topografia e a fotogrametria que tem recorde de acessos. Se você ainda não leu, clique no link:

Matéria: Como realizar topografia com drones

Nós últimos tempos temos recebido diversas dúvidas sobre a geração de MDT (Modelo Digital do Terreno) através das imagens aéreas capturadas com Drones, nesta matéria iremos definir o que é um MDT e como ele é gerado através da topografia em solo e através da fotogrametria de forma remota.

MDT (Modelo Digital do Terreno)

Segundo Burrough (1986), é uma representação matemática da distribuição espacial da característica de um fenômeno vinculada a uma superfície real. A superfície é em geral contínua e o fenômeno que representa pode ser variado. Através do MDT é possível gerar diversos produtos como:

Armazenamento de dados de altimetria para mapas topográficos;

Análises de corte e aterro para projeto de estradas e barragens;

Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio à análise de geomorfologia e erodibilidade;

Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas;

Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).

Para a representação de uma superfície real no computador é indispensável à criação de um modelo digital, podendo ser por equações analíticas ou por uma rede de pontos na forma de uma grade de pontos regulares e ou irregulares. A partir dos modelos pode-se calcular:

Volumes

Áreas

Desenhar perfis e seções transversais

Gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza,

Gerar mapas de declividade e exposição,

Gerar fatiamentos em intervalos desejados e

Perspectivas tridimensionais.

Os dados de modelo numérico de terreno estão representados pelas coordenadas xyz, onde z, o parâmetro a ser modelado, é função de xy, ou seja: z=f(x,y). Estes dados são usualmente adquiridos segundo uma distribuição irregular no plano xy, ou ao longo de linhas com mesmo valor de z ou mesmo com um espaçamento regular.

A aquisição destes dados é realizada por levantamentos de campo, digitalização de mapas, medidas fotogramétricas a partir de modelos estereoscópicos e dados altimétricos adquiridos de GPS’s, aviões e satélites. Entretanto as aplicações ou produtos do MDT não são elaborados sobre os dados amostrados, mas sim dos modelos gerados no formato de grade regular ou irregular. Estes formatos simplificam a implementação dos algoritmos de aplicação e os tornam mais rápidos computacionalmente.

Fonte: http://www.dpi.inpe.br/spring/teoria/mnt/mnt.htm

MDT com Topografia

A Topografia utiliza o método de aquisição de dados por meio do levantamento de campo, uma equipe vai até o campo e com uma estação total coleta diversos pontos espaçados no terreno, esse espaçamento pode variar de acordo com o objetivo do projeto, como 10 em 10 metros ou 20 em 20 metros, através de um ou dois pontos de coordenadas conhecidas são transportadas estas coordenadas para os demais pontos do terreno.

No final o que se tem é uma quantidade de pontos com coordenadas conhecidas nos eixos x,y e z, como vimos a superfície é modelada através do eixo z que é formado em função dos eixos x e y, de maneira prática cada ponto terá as coordenadas geográficas (latitude e longitude) ou coordenas UTM (Norte e Este) e a altitude que será a mesma para ambos os sistemas de coordenadas.

MDT com Drones (Fotogrametria)

Já a Fotogrametria utiliza o método de aquisição de dados através de medidas fotogramétricas a partir de modelos estereoscópicos, isso é possível devido à sobreposição das imagens aéreas, isso mesmo, quando realizamos um mapeamento aéreo com drones as imagens não são tiradas uma do lado da outra, elas possuem uma sobreposição mínima de 60% em relação às imagens conhecida como sobreposição longitudinal e 30% em relação às faixas de voo conhecida como sobreposição lateral.

E por que as imagens são sobrepostas? Para reproduzir a visão estereoscópica que nós humanos possuímos, nós enxergamos um determinado objeto através de dois ângulos diferentes formados por cada olho, por isso temos a percepção de profundidade dos objetos, com a sobreposição das imagens temos uma visão do mesmo objeto em solo através de dois ângulos distintos formados por cada imagem e com isso temos a percepção de profundidade, ou seja, conseguimos definir a altura dos objetos em solo.

O processo de geração de MDT com drones (fotogrametria) é dividido em duas etapas, primeiro é gerado o MDS (Modelo Digital da Superfície), neste produto são representados todos os objetos acima do solo como, prédios, árvores, carros, pessoas, etc. Porém este produto não pode ser utilizado em projetos de altimetria, imagina gerar as curvas de nível encima das árvores, dos prédios?

Depois de gerado o MDS é realizado um processo de filtragem que pode ser feito manualmente através da visão estereoscópica ou através de algoritmos de filtragem, nesse processo de filtragem os objetos acima do solo são removidos e a superfície é reconstruída através de um processo de interpolação dos pontos.

MODELO DIGITAL DA SUPERFÍCIE (MDS)

MODELO DIGITAL DO TERRENO (MDT) gerado pelo processo de filtragem

Depois de gerado o MDT com drones, os cálculos podem ser gerados diretamente através da nuvem de pontos gerada ou caso o computador não suporte é possível extrair as curvas de nível, onde o espaçamento entre as linhas é definido pelo engenheiro cartógrafo, no exemplo abaixo foi usado o espaçamento entre linhas de 50 cm para melhor definição e representação do terreno.

Para ilustrar a matéria gravei um vídeo onde eu estou manipulando uma nuvem de pontos no software UAS Master da Trimble, repare no detalhamento do terreno e nas possibilidades de manipulação da nuvem de pontos, através do mapeamento aéreo nós trazemos o campo para dentro do escritório onde são tomadas as decisões estratégicas, é possível analisar a área sem sair do escritório e, além disso, é possível salva backups da área servindo de histórico para otimizar as decisões estratégicas.