Utilização de drones na floresta: muito além do óbvio. Paula Soares Instituto Superior de Agronomia

Transcrição

1 Utilização de drones na floresta: muito além do óbvio Paula Soares Instituto Superior de Agronomia

2 papagaio papel Arthur Batut (imagem de Labruguiere) balão James Wallace Black (imagem de Boston) pombo Bavarian Pigeon Corps foguetão Albert Maul (Alemanha)

3 Drone (fins recreativos/comerciais) UAV Unmanned Aerial Vehicule VANT Veículo Aéreo Não Tripulado

4 Drone (fins recreativos/comerciais) UAV Unmanned Aerial Vehicule VANT Veículo Aéreo Não Tripulado

5 Drone (fins recreativos/comerciais) UAV Unmanned Aerial Vehicule VANT Veículo Aéreo Não Tripulado É uma aeronave que voa sem tripulação a bordo com uma carga útil embarcada não necessária para o voo e que pode ser programada para realizar missões de forma autónoma SANT - Sistema Aéreo Não Tripulado plataforma + catapulta sensor estação de solo operador video

6 Plataformas VANT Asa fixa tipo avião Asa rotativa tipo helicóptero ou multicóptero

7 Sensores Tipos: RGB CIR (R, G, NIR) Multiespetral (3-6 canais) Hiperespetral (300 canais) Térmico Laser/Lidar

8 VANT e sensor laser (LIDAR) Os sensores laser (LIDAR Light Detection and Ranging), ao permitirem obter elevadas densidades de pontos ( pontos/m 2 ), conduzem a resultados precisos ao nível da árvore. Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation

9 VANT e sensor laser (LIDAR) Os sensores laser (LIDAR Light Detection and Ranging), ao permitirem obter elevadas densidades de pontos ( pontos/m 2 ), conduzem a resultados precisos ao nível da árvore. Mas existem fatores que limitam o uso destes sensores: - só podem ser aplicados a áreas relativamente pequenas por limitações da bateria, pelo elevado peso do sensor e pela necessidade de voar a baixas altitude consequência do baixo poder do laser - elevado custo do equipamento Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation

10 Especificações do sistema SANT Exemplos para condições normais, VANT de asa fixa e câmara RGB Peso máximo à descolagem Tempo de voo máximo Velocidade de cruzeiro Distância máxima avião estação de solo Resolução espacial das fotografias aéreas Altura de voo Produtividade (área por hora) 2 kg 45 min - 2 h km/h km 4-5 cm/pixel m ha/h Função do VANT e do sensor Função do VANT e do sensor Em Espanha limitado a 120 m

11 Comparado com as plataformas tradicionais de aquisição de dados de DR (ex., satélites e aeronaves tripuladas), os VANT são mais eficientes quando usados para mapear, com elevadas resoluções espacial e temporal, áreas relativamente pequenas (entre 1-10 km 2 / ha).

12 Floresta Ecossistema complexo com uma estrutura definida pela organização espacial (vertical e horizontal) das suas componentes e que é função da composição do(s) povoamento(s) e das espécies que o(s) caracterizam, do estado de desenvolvimento das árvores, das práticas de gestão.

13 Floresta

14 Floresta campo fotografia aérea

15 Floresta aplicações Análise espacial e temporal - cartografia Quantificação da produção - inventário

16 Floresta aplicações Análise espacial e temporal cartografia (problemas de classificação de objetos e tempo de processamento de imagem) Quantificação da produção - inventário

17 Floresta exploração florestal Otimização do percurso do harvester para extração de madeira derrubada pelo vento Localização das árvores derrubadas em ortofotomapas Importação dos ortofotomapas para um SIG - Just Forest nº 1, 2014

18 Floresta alterações da floresta Nomeadamente: 1. alteração do uso do solo 2. substituição de espécies florestais 3. desflorestação 4. monitorização da estrutura da floresta Drone remote sensing for forestry research and practices. Tang L. e Shao G J. For. Res., 26(4): Small drones for community-based forest monitoring: an assessment of their feasibility and potential in tropical areas. Paneque-Gálvez et al Forests, 5:

19 Floresta Biodiversidade Assessing biodiversity in forests using very high resolution images and unmanned aerial vehicles. Getzin et al Methods in Ecology and Evolution, 3(2):

20 Cálculo de índices de vegetação pela utilização de canais de RGB e infravermelho Floresta agentes bióticos Aplicación de los datos de observación de la Tierra al seguimiento fitosanitario de masas forestales. Alonso et al 2015.

21 Floresta agentes bióticos Cálculo de índices de vegetação pela utilização de canais de RGB e infravermelho Quantificação automática de áreas de descoloração identificação de pontos nas copas com uma cor RGB na gama dos castanhos Aplicación de los datos de observación de la Tierra al seguimiento fitosanitario de masas forestales. Alonso et al A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no inventário florestal o caso do montado de sobro. Soares et al desafios do algoritmo: - excluir troncos e ramos; - excluir zonas de fronteira chão-copa para eliminar interpolação entre a cor dos pontos de chão (de cor mais acastanhada, sobretudo no verão) e de copa

22 Floresta agentes bióticos

23 Floresta incêndios florestais Deteção precoce de focos de incêndio, monitorização de fogos em áreas florestais e mapeamento de áreas ardidas Automatic forest-fire measuring using ground stations and unmanned aerial systems. Martinez et al Sensors 11(6): An Unmanned Aircraft System for automatic forest fire monitoring and measurement. Merino et al Journal of Intelligent & Robotic Systems, 65 (4):

24 Floresta aplicações Análise espacial e temporal - cartografia Quantificação da produção inventário (problemas de classificação de objetos, necessidade de validar as estimativas de produção com dados de campo, diversidade de situações, problemas com o sub-coberto )

25 Floresta - inventário inventário de recursos florestais implica a caracterização de uma determinada área florestal monitorização de recursos florestais tem como objetivo a avaliação das alterações dos recursos Tradicionalmente, a inventariação e a monitorização de recursos florestais são baseadas em técnicas de amostragem. Assim, o resultado do inventário florestal vem afetado do erro de amostragem o qual se deve ao facto de não se ter medido o povoamento todo mas apenas um conjunto maior ou menor de parcelas.

26 Floresta - inventário + + =

27 Floresta - inventário Número de parcelas função da variabilidade da população e do erro pretendido + + =

28 Floresta - inventário

29 Floresta - inventário + =

30 Floresta - inventário Fotografia de alta resolução (sobreiro) (pinheiro manso) reconstrução 3D ortofotomapas (sobreiro) (sobreiro)

31 Floresta - inventário Exemplo 1 Pinheiro manso, câmara RGB Determinação da posição, altura e diâmetro da copa ao nível da árvore em 16 ha de pinhal Características: pinhal plantado em terreno plano, atualmente com 24 anos; teve um 1º desbaste e a densidade atual é de 63 arv/ha Resultados: Modelo Digital de Superfície (MDS), Modelo Digital de Terreno (MDT) e Modelo de Altura do Copado (MAC); 100% das árvores detetadas, R e 0.95 para a relação valores campo/estimativas imagens para a altura e o diâmetro da copa, respetivamente Using high resolution UAV imagery to estimate tree variables in Pinus pinea plantation in Portugal Guerra-Hernández J. et al., em publicação. Fores Systems.

32 Floresta - inventário Exemplo 2 Sobreiro, câmara RGB e CIR Determinação da posição, altura, área de copa e estado fitossanitário ao nível da árvore em 100 há de montado de sobro Características: montado puro, em terreno plano, com idades e densidades variáveis Resultados: dificuldade na localização das árvores, dificuldade na identificação de pontos nas copas com uma cor RGB na gama dos castanhos (testar o uso de imagens multiespectrais), boas estimativas de altura média e de grau de cobertura do povoamento, boas estimativas de produção de cortiça ao nível do povoamento A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no inventário florestal o caso do montado de sobro Soares et al., Conferência Nacional de Cartografia e Geodesia. ISBN:

33 Floresta - inventário

34 Floresta - inventário

35 Floresta - inventário As imagens obtidas pelos sensores permitem verificar a falta de água e de nutrientes bem como a eficácia de um tratamento contra uma praga ou determinar a mortalidade de plantas recentemente plantadas, após dias de geada ou de seca. Jan Jacob Keizer, UA, projeto LUNA

36 Conclusões Os VANT permitem a recolha de informação geoespacial detalhada em tempo real e a custos relativamente baixos Os VANT podem transportar diferentes tipos de sensores tornando mais vasto o campo de aplicação na área florestal A interpretação de informação obtida a partir de imagens adquiridas por VANT deve ser suportada/complementada por conhecimento e informação de campo A validação, com base em observações de campo, de estimativas efetuadas a partir da análise de fotografias aéreas é fundamental Ver a floresta de cima obriga a (re)pensar a relação entre as variáveis das árvores e dos povoamentos necessidade de ajustar novas equações.

37 Potential Resin Yield for the Maritime Pine Forest of Castro Daire, Portugal Agradecimentos: Juan Guerra (CEF/ISA) Paulo Firmino (CEF/ISA) SpinWorks (Francisco Câmara) TerraDrone (Alexandre Sarmento) Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation (João Gomes Mota)

38 Potential Resin Yield for the Maritime Pine Forest of Castro Daire, Portugal Animação com base em fotografias obtidas com um VANT na Herdade da Esteveira

39 Obrigada pela vossa atenção tel ISA Edifício Florestal Tapada da Ajuda Lisboa