EXPERIÊNCIAS EM FOTOGRAMETRIA COM VANT Terça-feira, 1 de Abril de :48

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1 EXPERIÊNCIAS EM FOTOGRAMETRIA COM VANT Terça-feira, 1 de Abril de :48 1 comentário Eng. Manoel Silva Neto Departamento de Fotogrametria Mapeamento com VANT é amplamente aceito como um novo método para a aquisição 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 VANT rentável 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 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 VANT. 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). 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 1/5

2 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-off ¹ 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 2/5

3 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. As amostras mais comuns sobre VANT em fotogrametria 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 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 3/5

4 PC, aumentando a velocidade de processamento por um fator de 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 refinados, 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). 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 da UAS 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 no 4/5

5 método de mapeamento com VANT e promove a venda do projeto. Fonte: Revista Gim International UAS Edition Agosto/2013 Traduzido e adaptado por: Eng. Manoel Silva Neto (Departamento de Fotogrametria Alezi Teodolini)_ 5/5