UTILIZAÇÃO DE DRONES DE PEQUENO PORTE COMO ALTERNATIVA DE BAIXO CUSTO PARA CARACTERIZAÇÃO TOPOGRÁFICA DA INFRAESTRUTURA DE TRANSPORTES NO BRASIL

Autores

¹de Oliveira Borges, R.; ²Tavares Sobral, L.; ³Fazan, A.J.; ⁴de Figueiredo Ribeiro, R.; ⁵Santana Lanza, D.; ⁶da Silva Calil, M.

¹DNIT Email: raphael.borges@dnit.gov.br
²TERRA SENSE GEOTECNOLOGIAS Email: lucas.sobral@terrasense.com.br
³DNIT Email: antonio.fazan@dnit.gov.br
⁴DNIT Email: roberto.f.ribeiro@dnit.gov.br
⁵DNIT Email: daniel.lanza@dnit.gov.br
⁶DNIT Email: marcelle.calil@dnit.gov.br

Resumo

A partir da necessidade do entendimento da ocupação e utilização dos espaços, tanto naturais como antropizados, várias técnicas surgiram visando a caracterização da superfície terrestre. A evolução destes métodos acompanha o desenvolvimento das tecnologias dos equipamentos de coleta e processos de produção de dados. Há muitos anos a Fotogrametria é aplicada para a geração de modelos de elevação, seja por meio de sensores aerotransportados ou orbitais. Atualmente, com os avanços tecnológicos, é possível mapear grandes áreas sem necessidade de mobilização de muitos profissionais, reduzir tempo de aquisição, e facilitar a obtenção de informações em regiões de difícil acesso. No entanto, em projetos pontuais de escala local, os aerolevantamentos tradicionais, bastante onerosos, são inviabilizados em função da grande mobilização de recursos, sem um bom custo-benefício, pelas áreas a serem cobertas. Como solução deste problema, é cada vez mais comum a utilização dos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT's) para o mapeamento da superfície terrestre, tanto em esfera civil quanto militar. Conhecidos também como Drones, se dividem em 2 conformações principais: multirrotores e de asa fixa. Geralmente, os de asa fixa apresentam maior autonomia de voo, por sua sustentação conferida pelas asas e por necessitarem de menor energia para se manter no ar, enquanto os multirrotores decolam verticalmente e possuem maior facilidade em sobrevoar áreas mais restritas espacialmente. No que se refere ao planejamento e execução de obras de engenharia, vislumbram-se diversas aplicações: atualmente o DNIT já adota para seus levantamentos de dados a utilização de drones multirrotores de baixo custo para a geração de informações desde a fase inicial de avaliação da viabilidade até o monitoramento de execução da obra e de sua área de influência. A utilização desta tecnologia no DNIT vem de encontro aos processos e estudos para implantação e manutenção da infraestrutura de transportes no Brasil, onde já foram efetuadas aquisições de dados para a geração de MDT e ortoimagens em obras de rodovias como a BR-010/TO, além das BR-070 e BR-080 no Distrito Federal. Em todos estes locais foram gerados produtos com coletas simultâneas de pontos de controle, para ajuste e verificação de qualidade, a partir de levantamentos geodésicos com receptores GNSS de dupla frequência. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a geração, via aerofotogrametria com drones de baixo custo, de modelos de terreno e mosaico de imagens ortorretificadas. Os equipamentos utilizados neste trabalho foram os DJI Phantom 3 e 4, drones multirrotores leves e de pequenas dimensões, de boa portabilidade, e sensor óptico embarcado de 12 megapixels. Para a coleta dos pontos de controle necessários ao ajuste e verificação dos produtos dos aerolevantamentos, foram utilizados métodos de posicionamento GNSS relativo estático rápido e RTK. Os pontos levantados foram previamente sinalizados no terreno através de placas de cerâmica de 40x40 cm, com uma boa distribuição nas áreas levantadas, estes pontos serviram de complementação a outros pontos fotoidentificáveis, como as próprias sinalizações horizontais nos trechos levantados. O planejamento dos voos foi efetuado no software DroneDeploy, onde os parâmetros se baseiam na resolução espacial final pretendida. Adotou-se, nestes trabalhos, uma resolução espacial de 3cm com sobreposições de imageamentos longitudinais e laterais na ordem de 80% e 60%, respectivamente. Em função da autonomia do sistema, foi necessário a fragmentação dos voos para cobrir a área de cada projeto, com cada sobrevoo coletando, aproximadamente, 25 ha. Já para o processamento dos dados o fluxo dos processos consistiu na triangulação e medição automática dos pontos de passagem e enlace via correlação de imagens, ajuste do posicionamento dos centros perspectivos das fotografias com base nos pontos de controle, modelagem digital do terreno, ortorretificação das imagens e produção do mosaico final. A geração do MDT foi realizada através da edição, incluindo classificação automática para eliminação de vegetação, edificações e ruídos da nuvem de pontos produzida por correlação de imagens. A nuvem de pontos resultante foi interpolada para uma grade regular, obtendo-se como produto final o arquivo matricial do MDT com resolução espacial de 6cm. A partir dos pontos de controle levantados, foi gerado o relatório de processamento e análise de tendência e precisão, de acordo com Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC), conforme Decreto-lei 89.817/1984. A partir da análise estatística baseada nos pontos de verificação, foi possível aferir que os modelos são precisos e acurados para a escala de 1:1.000 e curvas de nível a cada metro, com RMS altimétrico de 7,2cm em um dos levantamentos. Com o MDT final as imagens foram ortorretificadas e as linhas entre as fotos adjacentes editadas, para corrigir erros de correlação entre as imagens originais, e eliminar descontinuidades e distorções chegando a uma resolução espacial de 3cm. Os pontos de verificação foram novamente utilizados para analisar a qualidade planimétrica das ortoimagens, chegando à conclusão de que as mesmas são precisas e acuradas, atingindo RMS de até 5cm. No geral, os resultados obtidos indicam uma ótima relação custo-benefício, dado o baixo investimento, rápido tempo de processamento, e redução da equipe necessária à sua execução, além dos resultados extremamente consistentes para as áreas de planejamento, monitoramento, execução e manutenção de obras viárias no DNIT. Mesmo com resultados muito promissores, pode-se identificar regiões inconsistentes no MDT para a escala e precisão atingida, fato geralmente associado à filtragem de pontos de elevação extraídos em regiões de vegetação densa e interpolação com base em pontos distantes. Uma das possíveis formas de eliminar tais inconsistências é complementar tais áreas com pontos obtidos através de levantamentos GNSS/RTK, melhorando a qualidade final.

Keywords

Drones; Aerofotogrametria; Infraestrutura

ARTIGO COMPLETO