Como os Vants podem auxiliar no mapeamento 3D com baixo custo
Hoje, no Brasil, muito tem se discutido a respeito da gestão georreferenciada de áreas urbanas. Esse novo conceito surgiu a partir da necessidade de proposição de métodos eficazes de gerenciamento do espaço urbano de forma sistemática, primando pela harmonização entre desenvolvimento econômico e social.
Essa ideia passou a ser discutida também como alternativa para a o aprimoramento de técnicas de gestão no meio rural, se apoiando em conceitos de sensoriamento remoto e geoprocessamento, lançando-se mão de imagens orbitais ou oriundas de aerolevantamentos tradicionais. O grande empecilho, neste caso, está relacionado ao alto custo que envolve a realização de levantamentos fotogramétricos por meio de aeronaves tripuladas, ou a aquisição de imagens orbitais com resolução espacial refinada. Diante disso, os métodos de gestão georreferenciada agropecuária vêm sendo concretizados de maneira bem sucedida somente em grandes propriedades, onde tradicionalmente pratica-se a agricultura de precisão.
Mas como o pequeno produtor rural poderá se beneficiar dos métodos modernos de gerenciamento de suas propriedades com base em geotecnologias? Talvez os atuais métodos de coletada de dados por meio de Veículos Aéreos Não Tripulados (Vants) ajudem a responder essa questão. Nos últimos anos, essa tecnologia tem ganhado cada vez mais espaço no mercado, oferecendo produtos com qualidade crescente devido à evolução nos métodos de aquisição e tratamento dos dados, conseguindo conciliar incremento da precisão cartográfica e diminuição nos custos de operação. Diante desse novo contexto, imagens derivadas de Vant podem consolidar-se como uma alternativa viável a pequenos e médios produtores que desejam adotar métodos de gestão georreferenciada, porém, não disponibilizam de dados de sensoriamento remoto com resoluções espacial, espectral e temporal adequadas. Para que isso seja possível, é necessário que haja uma expansão nas possibilidades de análise de dados derivados de fotogrametria por Vant, buscando-se extrair o maior número de informações com base em métodos modernos de aquisição e tratamento dos dados.
GESTÃO GEORREFERENCIADA
Técnicas de imageamento multiespectral com visão estereoscópica possibilitam a derivação de informação de grande interesse para produtores rurais, por permitir a realização de uma imensa gama de estudos, desde aspectos relacionados às condições da lavoura (inferência da biomassa das plantas, da quantidade de carbono, da altura média dos dosséis, etc.) até processos de perda sazonal de solo devido à incidência de erosões. Para que tais dados possam ser gerados com precisão adequada, auxiliando de maneira efetiva na mitigação de problemas e acompanhamento do desenvolvimento de lavouras, é necessária a obtenção de imagens com resolução espacial submétrica e precisão vertical refinada (erro médio quadrático inferior a 2 metros). É importante ressaltar que o refinamento da precisão horizontal dos dados é uma etapa de caráter essencial para a derivação de Modelos Digitais de Elevação (MDE) com precisão vertical refinada.
A obtenção de MDEs a partir de imagens multiespectrais e pancromáticas trata-se de uma técnica já consagrada no ramo das geotecnologias e tem sido aplicada por meio de métodos de fotogrametria digital com o auxílio de poderosos algoritmos que possibilitam a identificação de padrões de comportamento espectral nos pares estereoscópicos, viabilizando a geração automática de pontos de controle no solo (GDP – Ground Control Points, da sigla em inglês). Os MDEs derivados de imagens Aster podem ser elencados como um dos mais conhecidos exemplos de aplicação dessa técnica em escala global, sendo disponibilizados gratuitamente para download (www.gdem.aster.ersdac.or.jp), porém, tais modelos têm resolução espacial de 30 metros, fator limitante para estudos que exigem dados mais precisos.
Neste contexto, surge a possibilidade de geração de MDEs através de imagens com visão estereoscópica, coletadas por sensores acoplados a Vants, permitindo a derivação de modelos com resolução espacial submétrica. A obtenção de tais modelos a partir de imagens derivadas de Vant tornou-se possível somente nos últimos anos, considerando-se importantes avanços nos softwares de tratamento de imagens, que vêm possibilitando a geração de MDEs com precisões vertical e horizontal inéditas, com base em potentes algoritmos conhecidos como Structure from Motion Procedures (SqM), os quais possibilitam a identificação automática de padrões de semelhança nas cenas multiespectrais e posterior associação entre os pares estereoscópicos, o que viabiliza a geração de uma nuvem de pontos e um mosaico georreferenciado e ortorretificado com sistema de projeção cartográfica definido de acordo com os parâmetros adotados no plano de voo do Vant.
A grande vantagem da adoção de algoritmos SqM está na possibilidade de geração de MDEs precisos a partir de dados coletados por câmeras não calibradas (caso muito frequente de dados adquiridos através de missões de fotogrametria realizadas por Vants e Mini-Vants). O método utilizado pelo algoritmo possibilita a segmentação de pontos chave em imagens tomadas pelas câmeras, em angulações distintas. Tais pontos são então representados nos planos X, Y e Z. Posteriormente o software gera automaticamente os parâmetros de calibração da câmera e um mosaico georreferenciado e ortorretificado. O resultado final é análogo a produtos obtidos por meio de imageamentos por laser aerotransportado (para mais detalhes sobre esta técnica, consultar a edição 67 da revista MundoGEO, página 68), porém, a estereoscopia digital não tem a capacidade de penetrar a superfície de alguns alvos, o que inviabiliza, por exemplo, a derivação de MDEs representando a altura do dossel superior da vegetação e da superfície do solo. Mesmo considerando-se tal limitação, estudos recentes têm mostrado que a aplicação dessa técnica pode resultar em produtos de grande interesse para mapeamentos topográficos de detalhe, beneficiando-se dos atuais avanços nos métodos de coleta de imagens por Vant e nos softwares de tratamento de imagens. Exemplos de tais estudos vêm aumentando nos últimos anos em todo o mundo, porém, são raros ainda no Brasil, tendo sido desenvolvidos de forma pioneira por empresas especializadas em aerolevantamentos por meio de Vant.
No município de Figueirão, localizado no estado do Mato Grasso do Sul, a empresa AGX realizou, no ano de 2011, um levantamento por Vant (aeronave Tiriba), em uma propriedade rural de médio porte, com o intuito de identificar processos erosivos em diferentes escalas de evolução, nas zonas de Área de Preservação Permanente (APP). A princípio, tais manchas foram inferidas por meio de técnicas qualitativas com base nos níveis de cinza das bandas RGB (visível). Posteriormente, com o apoio da Geobuilder, viu-se a possibilidade de um estudo de caráter quantitativo, através da geração de MDEs por meio de estereoscopia digital. A resolução espacial submétrica dos modelos (0,6 metro) possibilitou a identificação de pequenas manchas de erosão nas áreas de floresta, o que viabilizou a inferência de pequenos sulcos que poderiam evoluir para ravinas e voçorocas. Porém, o diagnóstico prematuro auxiliou na mitigação do problema em tempo hábil.
Este estudo teve caráter pioneiro no Brasil, adotando técnicas inovadoras de estereoscopia digital para a geração de MDEs por meio de métodos rápidos, eficazes e a baixos custos. Nos próximos anos, acredita-se que essa técnica seja aplicada com maior frequência e consolide-se como um método corrente de auxílio no mapeamento topográfico de detalhe.
Osvaldo Pereira
Bacharel em Geografia (Unesp), doutorando no Centro de Energia Nuclear na Agricultura – Piracicaba (SP). Participa da equipe de desenvolvimento de soluções SIG voltadas ao mercado de fotogrametria por meio de VANTs na Geobuilder
osvaldo@geobuilder.com.br