Artigo: Topografia de baixo custo com Drones

Resultados precisos por um valor muito mais baixo. Com os Drones, isso já é possível!

Antes de introduzirmos ao assunto em si, vale a pena fazermos uma breve retrospectiva dos métodos empregados nos últimos anos para levantamentos topográficos e mapeamento.

Entre as décadas de 1990 e 2000, vimos o surgimento de estações totais, no qual seu principal diferencial era a simplificação dos cálculos realizados após as medições de campo, consequentemente aumentando a produtividade dos levantamentos.

Nos anos 2000 surgiu o GPS RTK, que foi uma nova revolução, pois passaríamos a obter as medições em tempo real (que é a sigla em inglês Real Time Kinematic). Esta técnica é baseada na solução da portadora dos sinais transmitidos pelos sistemas globais de navegação por satélites GPS, Glonass e Galileo, o que faz com que a precisão obtida seja muito elevada. Com isso, aumentamos ainda mais a produtividade.

Segundo um estudo da Mineradora Vale, apresentado pela empresa Santiago e Cintra, o uso do GPS RTK, em relação aos métodos anteriores, sugere um aumento na produtividade de 3 para 1, diminuição do tempo em campo em 45% e queda de 38% no custo total dos serviços topográficos.

Agora estamos assistindo a mais uma quebra de paradigma na topografia, que é o advento dos veículos Aéreos Não-Tripulados (VANTs) ou Drones.
Neste artigo pretendemos expor um pouco da metodologia de levantamento topográfico com esta nova tecnologia, bem como seus benefícios de prazos e custos, em relação aos métodos tradicionais.

Para isso, utilizaremos como exemplo uma propriedade rural, localizada no município de Rio Claro (SP), com aproximadamente 300 hectares, cujo objetivo é o levantamento planialtimétrico (curvas de nível de 1 em 1 metro). Abaixo segue o mapa da propriedade, já com a ortoimagem obtida pelo Drone.

Mapa com a visão geral da propriedade rural com orto-imagem obtida pelo VANT/Drone.

Nesta área começamos a ter algumas dificuldades para um levantamento topográfico convencional, a citar: acessibilidade restrita, necessidade de abrir diversas picadas, terreno acidentado, etc..

Para uma equipe de topografia percorrer toda área utilizando um GPS RTK, incluindo a abertura de picadas, só o trabalho de campo poderia levar cerca de um mês, caso as condições climáticas fossem favoráveis.

Neste ponto, já começamos a ter um custo elevado para deslocar e/ou manter esta equipe durante todo este período que, neste caso, é a maior parte do custo total deste projeto.

Ao realizar o levantamento planialtimétrico a partir de voos com o Drone, podemos reduzir drasticamente este tempo de permanência em campo. Basicamente são utilizados métodos de aerofotogrametria para obter este tipo de mapeamento.

Neste exemplo foram utilizados os equipamentos  Ebee – Sensy Fly e GPS RTK -Topcon para realizar este mapeamento.

Com este método, já não é necessário percorrer mais a área toda para realizar o levantamento, pois o trabalho de campo resume-se a duas etapas:

1) Instalação de GCPs (pontos de controle em solo): Nesta etapa são pré-definidas a instalação de uma série de pontos distribuídos ao longo de toda a área, e seu número varia de acordo com as condições de relevo e área. Em cada ponto são obtidas as coordenadas com GPS RTK.

Instalação de GCPs (Pontos de Controle de Solo), utilizando GPS RTK para determinar as coordenadas. Neste caso, são pares de cartolina em cores distintas para visualização posterior na imagem gerada pelo Drone

2) Planejamento do Voo: Antes mesmo de ir a campo, já definimos previamente o plano de voo para cobrir toda a área, sendo necessário confirmar um local de pouso e decolagem. Esta etapa é a mais rápida, pois cada voo cobre aproximadamente 100 hectares, e leva em torno de 20 minutos.

Decolagem do VANT/Drone: o equipamento é autônomo e percorre a área conforme o plano pré-estabelecido.

Tela do software de plano de voo do Drone, exibindo o percurso que o equipamento irá percorrer para fazer o levantamento.

No escritório é aonde se emprega a maior parte do tempo do projeto, sendo que podemos dividir em três etapas:

1) Ortorretificação e Mosaico: Utilizando o software de processamento de imagens e aerofotogrametria, as cenas obtidas pelo levantamento do Drone são mosaicadas e ortorretificadas, utilizando as informações dos GCPs, levantados em campo com apoio do GPS RTK.

2) Obtenção do Modelo Digital do Terreno: O levantamento pelo Drone resulta também uma nuvem de pontos tridimensional, que é utilizada para criar um Modelo Digital de Terreno e consequentemente extrair as curvas de nível.

3) Vetorização: O resultado do passo 1 é uma ortoimagem com 5 cm GSD e precisão posicional de 10 cm, equivalente ao PEC A, é possível vetorizar os demais elementos, como vegetação, edificações, sistema viário, etc.

Ortoimagem gerada pelo Drone, com o resultado da vetorização e extração das curvas de nível.

Com o resultado extremamente semelhante aos métodos tradicionais de topografia, inclusive nos quesitos do Padrão de Exatidão Cartográfica A (PEC A), o levantamento planialtimétrico aqui obtido ainda tem a vantagem de permitir a obtenção de uma ortoimagem de toda a área.

As vantagens não param por aí, como mencionado no início do artigo, para realizar o mapeamento numa área deste tamanho levaria em torno de 30 dias, caso fse utilizassem os métodos tradicionais de topografia. Com este método que faz uso do Drone, levou apenas um dia!

Em resumo, este método pode ser de 15 a 30 vezes mais eficiente do que uma equipe de topografia utilizando o GPS RTK, além de ter seu custo reduzido em até 70%. Se compararmos com o método utilizando a Estação Total, esta discrepância seria ainda maior, como mostramos no início do artigo.

É claro que cada cenário deve ser analisado individualmente antes de chegarmos a um denominador comum para chegar ao custo efetivo, pois cada área tem suas particularidades, além do fator logístico, etc., bem como elementos que devem ser mapeados.

Ainda é possível explorar outros recursos que vão além do levantamento planialtimétrico, o VANT/Drone pode ser equipado com outros tipos de câmera, como Infravermelhas, Multiespectrais e Termais, abrindo um grande leque para o universo do Sensoriamento Remoto, antes restrito a sensores orbitais. Mas isso já assunto para um próximo artigo!

Por Alexandre Scussel  (MundoGEO)