Drones são equipamentos versáteis e que vêm sendo utilizados ao redor do mundo para atender uma imensa variedade de aplicações técnicas, recreativas e comerciais.

Embora grande parte dos Levantamentos Aéreos com Drones sejam realizados utilizando sensores comuns, capazes de capturar apenas o espectro do visível, outros métodos de levantamento aéreo têm se destacado em alguns segmentos da economia.

Métodos de levantamentos que utilizam Sensores de Calor, Câmeras Multiespectrais ou sistemas de laser como o LiDAR são capazes de substituir os tradicionais levantamentos fotogramétricos, gerando resultados que irão melhor se adaptar aos objetivos finais de mapeamentos voltados para algumas áreas específicas do conhecimento.

Ainda que a Fotogrametria Digital seja o método de levantamento mais utilizado por usuários de drones ao redor do mundo, aeronaves embarcadas com tecnologias LiDAR vêm gradativamente se popularizando para gerar Modelos Tridimensionais para algumas aplicações comerciais.

Para que você entenda com maior clareza como a Fotogrametria se difere do LiDAR, a GeoSense criou este blog post para ajudá-lo a responder questões fundamentais acerca da natureza dessas tecnologias, expondo as principais diferenças e como, quando e porque aplicá-las no Mapeamento Aéreo com Drones.

O que é Fotogrametria Digital no Mapeamento Aéreo Com Drones?

A Fotogrametria é a ciência responsável por obter informações acerca de objetos físicos por meio de registros, medições e interpretações de imagens fotográficas.

Em geral, técnicas de fotogrametria são utilizadas para transformar um conjunto de Imagens Bidimensionais (2D) em Modelos Tridimensionais (3D), estando intimamente relacionadas ao uso de Drones e Sistemas de Informação Geográfica (SIG).

Grande parte das aplicações comerciais de levantamentos aéreos com drones fazem uso recorrente de técnicas de Fotogrametria Digital e conhecer os princípios básicos desta ciência é essencial para que usuários de drones atinjam excelência na produção de Nuvens de Pontos, Ortofotos e Modelos Tridimensionais.

Para que Levantamentos Fotogramétricos com Drones sejam capazes de gerar Modelos Tridimensionais confiáveis, de alta precisão geográfica e que representem fielmente a realidade, você deve se atentar a três passos básicos, que são:

• Aquisição de Imagens Aéreas de Qualidade
• Alocação Correta de Pontos de Controle Em Solo
• Aplicação de Técnicas de Fotogrametria Digital em Softwares Adequados

Você irá precisar adquirir um número suficiente de imagens aéreas bidimensionais, de maneira que as mesmas possam ser sobrepostas durante o processamento de dados para gerar uma interface tridimensional que represente a superfície terrestre adequadamente.

Além disso, as fotos devem possuir uma boa resolução digital e devem ser capturadas em uma sequência constante, para isso, você deve se definir previamente em qual altura e velocidade o drone deverá sobrevoar a área de interesse, além de estipular quantas fotos deverão ser capturadas em determinado intervalo de tempo.

Para aumentar a precisão geográfica de levantamentos aéreos com drones, você precisará utilizar Pontos de Controle em Solo, se você não sabe muito bem como fazer isso, a GeoSense recomenda que você acesse o nosso post dedicado ao estudo de Pontos de Controle (GCP’s): Um Guia Completo Para Usuários de Drones. .

Para gerar Nuvens de Pontos, Ortofotos e Modelos Tridimensionais, você irá precisar de um hardware robusto, capaz de processar as imagens obtidas durante o levantamento aéreo em softwares modernos de Fotogrametria Digital.

Você irá encontrar muitas opções de hardware e softwares no mercado e pode ser um pouco confuso tomar uma decisão, para ajudá-lo, recomendados que você acesse os nossos posts Dicas Para Comprar Um PC Para o Mapeamento Aéreo Com Drones e Conheça os 7 Melhores Softwares de Mapeamento Aéreo Com Drones em 2021.

Agora que você já conhece alguns pontos fundamentais que envolvem a ciência da Fotogrametria Digital, abaixo, iremos expor conceitos básicos acerca da utilização de sistemas LiDAR, para que você entenda de uma vez por todas como essas duas tecnologias se diferem e como, quando e porque aplicá-las no Mapeamento Aéreo Com Drones.

O que é LiDAR no Mapeamento Aéreo Com Drones?

LiDAR é uma sigla para Light Detection And Ranging e consiste em uma técnica de sensoriamento remoto que vem sendo gradativamente sendo incorporada ao Mapeamentos Aéreo Com Drones para cumprir uma série de aplicações específicas.

Se por um lado, levantamentos aerofotogramétricos se baseiam na sobreposição de um conjunto de imagens aéreas bidimensionais utilizadas para gerar Modelos Tridimensionais, o LiDAR tem a sua metodologia baseada em medições diretas obtidas por meio da leitura da interação entre pulsos constantes de laser e objetos físicos na superfície terrestre.

As distâncias entre o sensor e determinado objeto na superfície terrestre é medida levando em consideração a velocidade do laser e o tempo decorrente entre a emissão do pulso e o seu retorno, de forma muito parecida com as tecnologias de radar.

Para se atingir máxima representatividade da realidade, o LiDAR emite um número muito grande de pulsos, podendo chegar em até 400 mil pulsos por segundo, contemplando diferentes ângulos e perspectivas para compor uma densa Nuvem de Pontos que será utilizada para gerar Modelos Tridimensionais em softwares específicos como o TerraScan.

Os sistemas LiDAR também são conhecidos como 3D Laser Scannners e apresentam duas naturezas distintas, aqueles que realizam o escaneamento em solo e os que podem ser acoplados a aeronaves como drones, helicópteros e aviões.

Com o avanço da tecnologia LiDAR e uma diminuição sensível em peso e tamanho desses equipamentos, eles se tornaram uma excelente alternativa para usuários de drones, podendo ser embarcados em aeronaves remotamente pilotadas para gerar resultados incríveis para a Modelagem 3D.

Os sistemas LiDAR que podem ser acoplados em drones são formados por diversos componentes responsáveis por realizar o Escaneamento 3D e podemos citar ao menos quatro componentes básicos, que são:

• Emissor-Receptor de Laser
• Scanner Com Unidade de Medição Inercial (IMU)
• Receptor de GPS Embarcado e em Solo
• Computador Embarcado Para Controlar o Sistema e Armazenar Dados

Para gerar Modelos Tridimensionais confiáveis e que apresentam excelente precisão geográfica, você também deverá utilizar Pontos de Controle em Solo, de maneira semelhante aos levantamentos fotogramétricos tradicionais, entretanto, os alvos utilizados para o LiDAR são pré-fabricados e desenvolvidos exclusivamente para o Escaneamento 3D.

Agora que você conhece os princípios básicos da Fotogrametria Digital e do LiDAR, abaixo, iremos ajudá-lo a entender as principais diferenças entre esses dois métodos para o Mapeamento Aéreo Com Drones, expondo os pontos principais que devem ser avaliados antes de decidir qual deles você irá utilizar em seu projeto.

Qual São As Principais Diferenças Entre Fotogrametria Digital e LiDAR?

Tanto a Fotogrametria Digital quanto o LiDAR são tecnologias capazes de gerar produtos de excelência para o Mapeamento Aéreo Com Drones, entretanto, apresentam diferenças significativas quanto as suas aplicações, sendo que os seus usos adequados irão depender de uma série de fatores que devem ser avaliados antes de se tomar uma decisão técnica.

Para que você entenda como, quando e porque utilizar cada método, abaixo, poderá encontrar os principais pontos de comparação entre a Fotogrametria Digital e o LiDAR.

Custo de Aquisição

De longe, a principal diferença entre esses dois métodos de levantamento aéreo está relacionada ao custo de aquisição dos equipamentos.

Se você pretende trabalhar com o LiDAR, deve estar disposto a investir algumas centenas de milhares de reais, sendo que o preço desses equipamentos supera em muito os tradicionais sensores e drones voltados para levantamentos fotogramétricos.

Além disso, a Fotogrametria Digital tem se desenvolvido ao longo dos últimos anos e para uma grande parte das aplicações técnicas de levantamentos aéreos com drones, você não encontrará grandes diferenças de detalhamento e precisão entre os produtos gerados por ela ou pelo LiDAR.

Isso quer dizer que, embora o LiDAR seja uma excelente opção em casos muito específicos, em termos de custos, a melhor opção será sempre os levantamentos fotogramétricos tradicionais, ainda que se utilize câmeras e drones de última geração.

Aplicações do LiDAR e da Fotogrametria

A principal vantagem de se utilizar o LiDAR está relacionada à alta precisão vertical que esses sistemas conferem para levantamentos aéreos em áreas que apresentam uma densa cobertura vegetal.

Isso se dá pelo fato de que, como o LiDAR normalmente é operado emitindo um grande número de pulsos de laser no espectro do infravermelho próximo, estes feixes de luz são capazes de penetrar entre os galhos e folhas de formações agrícolas ou florestais, gerando uma Nuvem de Pontos que melhor representa a realidade.

Isso torna o LiDAR um excelente método de levantamento aéreo para a área florestal e esses equipamentos vêm sendo utilizados para estimar o volume de florestas plantadas e nativas em substituição aos tradicionais métodos de inventário florestal.

Em contrapartida, a Fotogrametria Digital, por ser um método significativamente mais barato e que apresenta resultados muito próximos ao LiDAR, é o método mais adequado para áreas de vegetação esparsa ou em estudos nos quais a Modelagem 3D de formações florestais não se faz estritamente necessária.

Por esse motivo, a Fotogrametria tem sido utilizada para gerir estudos volumétricos e estruturais voltados para as áreas de mineração e construção civil, nas quais, os métodos clássicos de levantamentos aerofotogramétricos constituem soluções economicamente mais acessíveis e capazes de gerar produtos com o mesmo nível de detalhamento e precisão.

Outra peculiaridade dos sistemas LiDAR está ligada ao fato de que, por serem equipamentos que emitem luz própria, estes podem ser operados em ambientes de baixa ou nenhuma luminosidade, sendo possível inclusive realizar levantamentos aéreos noturnos.

A Fotogrametria, por sua vez, é altamente dependente da luz solar e os levantamentos aerofotogramétricos são quase sempre realizados em horários de alta incidência de luz e constituem métodos muito sensíveis ao sombreamento.

Isso pode ser frustrante para se mapear áreas muito extensas ou em condições climáticas adversas, sendo que, você não conseguirá realizar levantamentos aerofotogramétricos durante todo um dia de trabalho em campo ou em dias nublados com presença de nuvens que possam obstruir a incidência de luz solar.

Nesses casos, o LiDAR pode ser a melhor alternativa e ainda que sejam equipamentos menos acessíveis, dependendo da extensão das áreas a serem mapeadas e do retorno financeiro que esses projetos irão proporcionar, um sistema LiDAR pode ser uma excelente opção de investimento a longo prazo.

Detalhamento e Precisão Geográfica de Modelos 3D

Em termos de detalhamento e precisão, tanto o LiDAR como a Fotogrametria Digital apresentam excelentes resultados para a Modelagem 3D.

Apesar de sistemas LiDAR serem normalmente associados a um maior nível de detalhamento, os métodos mais modernos de Fotogrametria Digital são capazes de gerar produtos muito semelhantes ou até mesmo superiores, dependendo em grande parte apenas da qualidade dos sensores, da execução adequada do voo e do processamento de dados.

A grande desvantagem de sistemas LiDAR em termos de detalhamento está ligada ao fato de que esses sistemas são incapazes de capturar cores em RGB e em Modelos 3D gerados pelo o LiDAR você não conseguirá identificar características texturais da área mapeada.

Para resolver esse empecilho, os Modelos 3D do LiDAR são normalmente coloridos utilizando falsas cores RGB, entretanto, a qualidade visual será sempre inferior aos produtos gerados por meio da Fotogrametria Digital e se você necessita de um modelo que represente fielmente características visuais, o LiDAR pode não ser aplicável.

Entretanto, já existem modelos de drones no mercado que combinam a tecnologia LiDAR com sensores RGB e embora sejam um pouco mais caros que os modelos tradicionais, em levantamentos aéreos que utilizam esses equipamentos, é possível gerar Modelos Tridimensionais com cores verdadeiras, semelhantes aos produtos gerados pela fotogrametria.

Nestes casos, você também poderá aplicar Pontos de Controle em Solo no mesmo formato e distribuição que normalmente se utiliza em levantamentos aerofotogramétricos tradicionais.

Em termos de precisão geográfica, a qualidade dos produtos gerados irá depender quase que exclusivamente da correta alocação de Pontos de Controle em Solo. Ainda que identificar esses pontos durante o processamento de dados do LiDAR seja relativamente mais simples, a precisão final será semelhante em ambos os métodos.

Processamento de Dados

Uma das maiores desvantagens de métodos de Fotogrametria Digital em comparação ao LiDAR, está ligada ao tempo de processamento de dados.

A fotogrametria trabalha com um grande número de imagens digitais e por ser um método de medição indireta, o processamento de dados acaba por ser sensivelmente mais demorado, além de exigir a utilização de hardwares robustos para serem executados com sucesso.

Em geral, realizar o processamento de dados de fotogrametria de áreas muito extensas é um processo laborioso e que irá demandar muito tempo e sem o suporte de uma boa estação de trabalho, o seu projeto pode ser até mesmo inviabilizado.

Em contrapartida, o LiDAR trabalha com medições diretas para gerar a Nuvem de Pontos, por esse motivo, o tempo de processamento de dados é relativamente menor. Além disso, você não irá precisar de um hardware tão robusto para rodar a grande maioria dos softwares utilizados para o processamento de dados do LiDAR.

Entretanto, profissionais experientes de Fotogrametria Digital são muito mais comuns no mercado de trabalho e você irá encontrar um maior suporte para treinamentos, cursos e capacitações profissionais.

Além disso, a disponibilidade de softwares voltados para a Fotogrametria Digital é bem maior que para o LiDAR e você não irá encontrar dificuldades em utilizar a grande maioria deles, sendo comum a acessibilidade a conteúdos virtuais e gratuitos que irão lhe ajudar a processar dados com facilidade e segurança.

Por outro lado, softwares que processam dados do LiDAR são em grande parte gratuitos e estão vinculados aos produtores do próprio equipamento. Em alguns casos, para uma maior automatização do processamento, pode ser necessário que você assine a licença de softwares específicos de Escaneamento 3D e o investimento financeiro será quase sempre maior do que a assinatura de softwares populares de fotogrametria digital.

Agora que você já conhece como a Fotogrametria Digital se difere do LiDAR e como, quando e porque aplicá-las no Mapeamento Aéreo Com Drones, recomendados que assista o vídeo abaixo para uma maior assimilação do conteúdo.

Este vídeo apresenta um levantamento realizado com ambos os sistemas e você poderá observar todo procedimento que envolve o mapeamento aéreo, além de averiguar as principais diferenças existentes entre Modelos Tridimensionais gerados pela Fotogrametria e pelo LiDAR.

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