REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ni10202412061413
Rafael de Azevedo Calderon1;
Claudene Menezes Atayde Calderon1
Resumo
Este estudo avalia a confiabilidade do uso de drones para a medição volumétrica de pilhas de areia sem o uso de pontos de apoio. Foram comparados os resultados obtidos com três diferentes modelos de drones (DJI Mavic Mini, DJI Mavic Air e DJI Air 2S). O experimento foi conduzido no pátio de estocagem de areia da empresa Asa Branca, utilizando barras de escala para verificar a acurácia das medições lineares e volumétricas dos modelos digitais gerados. Foram realizados voos a uma altura de 50 metros, com taxas de sobreposição de 85% (frontal) e 75% (lateral), e os dados foram processados no software Agisoft Metashape Pro. Os resultados indicaram que, sem calibração, os erros de medição variaram abaixo de 5%, sendo reduzidos para menos de 0,3% com a correção de escala. A análise de variância revelou que as diferenças entre drones e métodos de processamento não são significativas. Conclui-se que o mapeamento com drones pode fornecer resultados confiáveis para aplicações práticas.
Palavras-chave: fotogrametria; aerolevantamento; escaneamento 3D.
Introdução
Uma das questões mais importantes no uso profissional de drones nas engenharias é referente à confiabilidade de medições realizadas a partir dos produtos cartográficos digitais, gerados no mapeamento aéreo com drones.
Tradicionalmente as atividades de aerolevantamento, incluindo o aerolevantamento com drones, se utilizam de pontos de apoio em campo para aumentar a exatidão absoluta dos mapeamentos. Pontos de apoio são referências pontuais, foto-identificáveis, cujas coordenadas são estabelecidas a partir de métodos topográficos e/ou geodésicos, de forma a se alcançar alto nível de exatidão posicional.
Na cartografia estes pontos de apoio são normalmente utilizados para se obter e/ou aferir a qualidade geométrica e posicional dos diversos tipos de produtos gerados em mapeamentos. Contudo, a utilização destes pontos de apoio adiciona custos à atividade, sendo interessante, sempre que possível, a sua não-utilização.
Com os atuais softwares de fotogrametria é possível gerar todos os produtos básicos do mapeamento com drones sem a utilização de pontos de apoio. Essa facilidade tem permitido a adoção do mapeamento com drones por um número crescente de profissionais. Contudo, sem a utilização de pontos de apoio é impossível se conhecer a exatidão geométrica e posicional dos produtos gerados.
Portanto, este estudo busca determinar o nível de confiabilidade geométrica do mapeamento feito com drones, sem a utilização de pontos de apoio em campo.
Objetivos
Determinar a confiabilidade geométrica do uso de drones em medições volumétricas sem a utilização de pontos de apoio.
Material e Métodos
Local da pesquisa
O local utilizado para os trabalhos de campo foi o pátio de estocagem de areia da empresa Asa Branca, em Cruzeiro do Sul-AC.
O local se mostrou mais adequado à execução dos voos de mapeamento, quando comparado ao campus da Ufac, pois não possui vegetação, ou tráfego de pessoas, além de possuir pilhas de areia e outros materiais que podem ser utilizados para a realização de medições volumétricas a partir dos mapeamentos feito com os drones.
O uso da área para a realização desta pesquisa foi autorizada pela administração da empresa.
Equipamentos e Softwares
Foram utilizados três modelos de drones:
1- DJI Mavic Mini;
2- DJI Mavic Air;
3- DJI Air 2S.
Os softwares e computador utilizados para a pesquisa foram:
1- Notebbok Avell Titanium 1546;
2- Agisoft Metashape Pro;
3- Microsoft Excel.
Método de execução
Para a avaliação da acurácia geométrica dos mapeamentos realizados com drones foram utilizadas oito barras de escala medindo 150cm cada (Figura 1).
Figura 1 – Fixação das Barras de Escala no campo.
As Barras de Escala utilizadas neste trabalho foram fabricadas pelo próprio Professor, utilizando placas de PVC para forro de teto, e folhas de EVA para os alvos fotogramétricos, que foram colados nas placas de PVC.
A distância entre o centro de cada um dos alvos, em todas as barras, é de 1300mm.
Estas barras de escala foram distribuídas na área experimental de modo a não formar linhas retas entre elas e de forma que não ficassem agrupadas.
No momento da execução em campo dos voos de mapeamento havia três montes de areia no pátio da empresa, desta forma foram colocados uma barra de escala no topo de cada um dos montes, ficando as outras cinco barras de escala distribuídas no solo (Figura 2).
Figura 2 – Modelo 3D da área onde foi realizado o experimento. As setas vermelhas indicam a posição de instalação das Barras de Escala.
Aerolevantamento
Com cada um dos três drones foi realizado um voo de mapeamento, obedecendo os mesmos parâmetros de voo:
– Altura em relação ao solo: 50 metros;
– Taxa de sobreposição frontal entre fotos: 85%
– Taxa de sobreposição lateral entre fotos: 75%
Processamento fotogramétrico
O processamento fotogramétrico das fotos foi realizado no software Agisoft Metashape Pro, em um notebook modelo Titanium 1546 da fabricante Avell.
Como o software permite o processamento com diversos parâmetros diferentes, o que pode levar à produção de resultados diferentes para um mesmo mapeamento, foram testadas cinco formas de processamento para cada um dos três mapeamento realizados.
Buscou-se realizar processamentos com os mesmos parâmetros para cada um dos drones, de forma a ser possível diferenciar o efeito relativos ao modelo do drone e os efeitos relativos aos diferentes modos de processamento fotogramétrico.
Resultados e Discussão
Em relação às medições lineares, utilizando as barras de escala, os resultados podem ser observados na Tabela 1.
Tabela 1 – Erro na medição das Barras de Escala antes e após a calibração da escala dos mapeamentos para os três drones utilizados.
De forma geral, para a realização de medições lineares, a diferença entre a medida real e a medida feita a partir dos mapeamentos com drones ficou abaixo de 0,5%, sendo maior apenas para o modelo mais antigo dos drones testados, o DJI Mavic Air, que apresentou uma diferença de 3,75% na medição das barras de escala utilizando-se o mapeamento feito com aquele drone, e a medida real da barra de escala.
Mas isso só ocorre se nenhuma das barras de escala for utilizada para correção da escala via software (calibração), pois quando esta foi realizada o erro de medição do mapeamento feito com o DJI Mavic Air caiu para 0,26%.
As medições volumétricas relativas aos montes de areia presentes na área experimental, foram realizadas sobre os Modelos Digitais de Elevação – MDE (Figura 3), gerados para os três modelos de drones nos diferentes processamentos realizados.
Figura 3 – Modelo Digital de Elevação – MDE, da área experimental. Foram gerados 15 destes Modelos para execução da pesquisa.
Em relação às medições volumétricas feitas nos montes de areia, os resultados podem ser observados na Tabela 2. O valor apresentado na Tabela representa a soma do volume mensurado nos três maiores montes de areia presentes na área (vide Figura 3).
Tabela 2 – Volume de areia estocada na área experimental mensurado sobre MDE para cada modelo de drone e para cinco métodos de processamento fotogramétrico.
A partir dos valores apresentados na Tabela 2, foi realizada uma Análise de Variância para verificar se as diferenças nos volumes de areia estocados, que pode se observar na Tabela 2, são significativas ou não. Os resultados desta análise podem ser observados na Tabela 3.
Tabela 3 – Análise de Variância a 95%, dos valores das medições de volume de areia empilhada da Tabela 2.
Embora todas as medições realizadas sejam diferentes, não importando o modelo do drone ou do método de processamento utilizado, através da análise de variância é possível concluir que essas variações não são significativas em relação ao modelo de drone e nem ao método de processamento.
Deve-se observar que o valor real do volume de areia estocado não é conhecido, portanto teve-se que avaliar as diferentes estimativas de volume, que são aquelas constantes da Tabela 2.
Conclusões
De forma geral, as medições lineares realizadas a partir dos mapeamentos realizados tiveram erros abaixo de 5% sem qualquer tipo de calibração ou correção de escala, se mostrando muito práticas e úteis, a depender do tipo de utilização, como por exemplo o levantamento de material estocado de forma empilhada, medições de áreas, etc.
Para medições onde seja necessário maior nível de confiabilidade, o uso de barras de escala, mesmo as de baixo custo, como as utilizadas neste estudo, se mostraram bastante efetivas, e permitiu que todos os mapeamentos realizados tivessem um erro nas medidas lineares abaixo de 0,3% para todos os drones utilizados.
Deve-se observar, que a relativamente alta taxa de sobreposição das fotos, 85% de sobreposição frontal, e 75% de sobreposição lateral, bem como a altura de voo de 50 metros, em relação ao solo, foram certamente importantes para que se alcance este nível de qualidade nos mapeamentos.
Taxas de sobreposição menores, bem como alturas de voo maiores, a partir de certos limites, provavelmente levarão a diminuição da qualidade das medições, exigindo outros métodos de execução e processamento para a obtenção de medições confiáveis.
Referências
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1 Professor/a Universidade Federal do Acre – Campus Floresta, Cruzeiro do Sul, Acre