Se você trabalha com drones, é bem provável que já tenha ouvido falar ou até mesmo trabalhado diretamente com levantamentos aéreos utilizando o LiDAR.
Estes equipamentos não são nenhuma novidade no mercado, entretanto, eles têm se tornado cada vez mais populares e acessíveis, constituindo uma excelente alternativa de sensoriamento remoto para usuários de drones.
Se você não sabe muito bem o que é LiDAR, como estes equipamentos funcionam e quais as principais aplicações dessa tecnologia, agora, iremos ajudá-lo a responder essas e outras questões que envolvem o uso do LiDAR no Mapeamento Aéreo Com Drones.
O Que é LiDAR?
LiDAR é uma sigla para Light Detection And Ranging e esses equipamentos também são conhecidos como 3D Laser Scanners ou simplesmente Laser Scanners.
Em geral, o LiDAR é utilizado para realizar medições utilizando pulsos constantes de laser, escaneando objetos e ambientes em três dimensões visuais para criar Nuvens de Pontos e Modelos Tridimensionais.
Atualmente, o LiDAR é reconhecido como um método popular de Sensoriamento Remoto e uma grande parte das aplicações desta tecnologia está relacionada ao uso de Drones e Sistemas de Informações Geográficas (SIG).
Para que você entenda com maior profundidade como esta tecnologia funciona, abaixo, iremos expor os princípios básicos de funcionamento do LiDAR para a Modelagem 3D.
Como o LiDAR funciona?
O LiDAR é uma tecnologia de Sensoriamento Remoto que realiza medições diretas emitindo luz própria, sendo também categorizado como um Sensor Remoto Ativo.
Para realizar medições diretas, o LiDAR emite pulsos constantes de laser por sobre objetos na superfície terrestre. Desta forma, ele calcula a distância de determinado objeto ao sensor por meio de um cálculo direto, levando em consideração, a velocidade do laser e o tempo decorrente de sua emissão e retorno.
Esta tecnologia é muito similar ao Radar, sigla para Radio Detection and Ranging e a principal diferença entre essas duas tecnologias é que o LiDAR é operado emitindo pulsos de luz no espectro do infravermelho próximo, enquanto o Radar utiliza de ondas de rádio e micro-ondas.
Para gerar Modelos Tridimensionais confiáveis, o LiDAR realiza um escaneamento em três dimensões, emitindo um número muito grande de pulsos de laser em determinada frequência de tempo, contemplando diferentes ângulos e associando os resultados às informações de posicionamento e orientação obtidas pela aeronave durante o voo.
Para que isso seja possível, o LiDAR que utilizamos no Mapeamento Aéreo Com Drones, é composto por quatro componentes básicos, responsáveis por garantir a correta execução do Escaneamento 3D da superfície terrestre, são eles:
- Emissor-Receptor de Laser
- Scanner Com Unidade de Medição Inercial (IMU)
- Receptor de GPS Embarcado
- Computador Embarcado Para Controlar o Sistema e Armazenar Dados
Para aumentar a precisão geográfica de Modelos Tridimensionais gerados com o LiDAR é necessário utilizar Pontos de Controle em Solo e um Receptor GNSS, de maneira muito semelhante aos levantamentos aerofotogramétricos.
Caso o LiDAR não possua suporte para sensores RGB, os alvos utilizados em campo devem ser pré-fabricados e possuir um formato adequado que permita a sua fácil identificação na Nuvem de Pontos. Estes alvos, normalmente, são discos de alguns poucos centímetros, elevados do solo e constituídos por material altamente refletivo.
Além disso, sem suporte para um sensor RGB, o LiDAR sozinho é incapaz de captar as cores reais de objetos na superfície terrestre, dessa forma, Nuvens de Pontos e Modelos Tridimensionais gerados no processamento de dados não irão apresentar coloração verdadeira e você terá que utilizar de técnicas de falsa-coloração RGB.
No vídeo abaixo, você pode conferir um levantamento aéreo sendo realizado com um drone embarcado com a tecnologia LiDAR.
O LiDAR No Mapeamento Aéreo Com Drones
Durante um bom tempo, os sensores LiDAR eram muito robustos e não podiam ser embarcados em aeronaves remotamente pilotadas, em grande medida, em decorrência de seu peso e dificuldade de integração entre essas duas tecnologias.
Entretanto, o LiDAR já vinha sendo acoplado à aviões e helicópteros para realizar levantamentos aéreos voltados para a Modelagem 3D e não é difícil encontrar dados espaciais que se referem à levantamentos realizados com o LiDAR ainda na década de 1980.
Com o desenvolvimento do mercado de drones, diminuição de peso e aprimoramento tecnológico de sistemas LiDAR, essas duas tecnologias vêm se aproximando cada vez mais e se consolidando como uma alternativa de excelência para a Modelagem 3D.
Embora o LiDAR quase sempre esteja associado a equipamentos pouco acessíveis, empresas produtoras de tecnologia têm trabalhado para desenvolver sensores mais baratos e que podem ser incorporados em modelos de drones comerciais.
Em geral, em termos de custos, o LiDAR ainda é sensivelmente mais caro que os tradicionais sensores RGB de drones populares como o Phantom 4 ou Mavic 2.
Além disso, para serem operados adequadamente, os sensores LiDAR devem ser embarcados em drones que possuem suporte para esta tecnologia, o que acaba por encarecer ainda mais o custo para quem pretende utilizar esses equipamentos.
Por esse motivo, a grande maioria de usuários de drones prefere trabalhar com Levantamentos Fotogramétricos e o LiDAR é recomendado apenas para levantamentos aéreos voltados para alguns casos muito específicos.
Pensando nisso, a gigante produtora de drones DJI, lançou recentemente um novo sensor LiDAR para drones da série DJI Matrice 300 RTK, este sensor se apresenta como uma solução mais acessível para usuários de drones e promete popularizar ainda mais o LiDAR no Mapeamento Aéreo Com Drones.
Abaixo, para que você fique por dentro das principais novidades do mercado, falaremos brevemente sobre o novo sensor DJI Zenmuse L1.
Os Sensores DJI Zenmuse L1
Os novos sensores DJI Zenmuse L1 chegam ao mercado de drones com a principal promessa de popularizar o LiDAR, beneficiando quem pretende trabalhar com levantamentos aéreos com o LiDAR e não pretende investir um valor muito alto para começar.
Com sensores RGB de 20 MP, CMOS de 1 Polegada e Obturador Mecânico, o DJI Zenmuse L1 integra alta qualidade de imagem com a eficiência de um sensor LiDAR de alta tecnologia.
Isso permite que você utilize Pontos de Controle em Solo com alvos similares aos utilizados pela Fotogrametria, além de ser possível gerar Nuvens de Pontos e Modelos Tridimensionais com cores verdadeiras.
Com os sensores DJI Zenmuse L1 e o software DJI Terra, você também é capaz de gerar Nuvens de Pontos em tempo real, o que facilita a tomada de decisões técnicas durante um voo e permite a análise instantânea da qualidade de execução do levantamento aéreo.
Estes sensores prometem ainda serem capazes de cobrir uma área de até 2 km2em um único voo, sendo extremamente eficientes na captura de dados e apresentando uma das maiores áreas de cobertura por voo de tecnologias da DJI.
No vídeo abaixo, você pode conferir um vídeo da própria DJI, apresentando o DJI Zenmuse L1 e algumas das funcionalidades principais destes sensores para o Mapeamento Aéreo Com Drones.
Quais São As Principais Aplicações do LiDAR Para Usuários de Drones?
As principais aplicações comerciais do LiDAR estarão quase sempre relacionadas à levantamentos aéreos em que a Fotogrametria Digital não se aplica ou não apresenta os melhores resultados para a Modelagem 3D.
O Sensoriamento Remoto com o LiDAR apresenta algumas vantagens e isso se dá, em grande parte, em função de ser um método de medição direta e da sua eficiência em emitir e realizar a leitura do retorno de pulsos de laser.
Sendo um Sensor Remoto Ativo, ou seja, que emite luz própria, o LiDAR não é dependente das condições ambientais de luz e estes equipamentos podem ser operados durante a noite ou em dias nublados, com pouca ou nenhuma incidência de luz solar.
Isso é uma vantagem significativa em comparação a Fotogrametria Digital e permite que você realize o mapeamento aéreo sem a dependência direta da luz do sol e de condições climáticas, como a presença de nuvens, posicionamento do sol e outras intempéries que possam gerar sombreamento nas imagens aéreas.
Além de aumentar consideravelmente a disponibilidade de horários em que o levantamento aéreo pode ser realizado, o LiDAR é bem mais eficiente na captura de dados, o que torna os levantamentos aéreos com o LiDAR relativamente mais rápidos.
Então, se o seu objetivo é mapear áreas extensas, em condições de luz não muito adequadas para a Fotogrametria ou se você não possui muito tempo para executar o serviço, você pode ponderar se o LiDAR não seria a melhor opção para o Mapeamento Aéreo.
Entretanto, em geral, a maioria das aplicações comerciais do LiDAR estão relacionadas à Levantamentos Aéreos em áreas que apresentam uma extensa cobertura vegetal e nas quais a Fotogrametria Digital não apresenta bons resultados.
Isso acontece pelo fato de que as imagens aéreas obtidas por sensores RGB não são capazes de penetrar eficientemente em áreas de vegetação densa, o que acaba gerando imperfeições e lacunas em Modelos Tridimensionais gerados com esses equipamentos.
Os pulsos de laser emitidos pelo LiDAR, por sua vez, atravessam com muita eficiência os espaços vazios entre galhos e folhas e são capazes de gerar uma Nuvem de Pontos que apresenta uma maior aproximação da realidade, consequentemente, os Modelos Tridimensionais gerados serão mais detalhados e precisos.
Por esse motivo, em áreas como a Ecologia e Conservação de Recursos Naturais e a Silvicultura e Agricultura de Precisão, o LiDAR tem se apresentado como uma excelente opção para a Modelagem 3D de formações florestais e culturas agronômicas.
Inventários Florestais conduzidoscom o LiDAR já se tornaram uma realidade comum no setor florestal e não é raro encontrar a expressão Drones Florestais para designar aeronaves embarcadas com o LiDAR, desenvolvidas e aprimoradas para atender exclusivamente à Modelagem 3D de formações florestais.
No vídeo abaixo, você pode conferir como Drones Florestais são capazes de substituir os tradicionais métodos de inventário florestal em florestas plantadas.
Estudos ligados à Arqueologia de Florestas Tropicais também têm se beneficiado do LiDAR para identificar formações arqueológicas abaixo do dossel florestal, atingindo áreas de difícil acesso e cobrindo grandes extensões de terra com facilidade e segurança.
Uma aplicação menos comum do LiDAR, está ligada a ciência da Oceanografia, na qual, esses equipamentos são utilizados para criar Modelos 3D de áreas costeiras e submersas, para isso, utilizam sensores desenvolvidos especificamente para atender esse objetivo.
Outras Aplicações do LiDAR
Embora usuários de drones possam pensar que o LiDAR é uma tecnologia exclusiva da indústria de drones, esses equipamentos têm sido poderosos aliados de muitas tecnologias desenvolvidas nos últimos anos.
Eles são os mecanismos principais por trás de carros autônomos, responsáveis por realizar um escaneamento constante de todo o ambiente em volta do veículo, detectar e evitar obstáculos e até mesmo trabalhando como simples sensores de aproximação em veículos um pouco mais modernos.
Além disso, trenas que realizam medição à laser já se tornaram extremamente populares na indústria de Construção Civil e ainda que o seu mecanismo seja muito mais simples que o LiDAR que utilizamos embarcado em drones, o seu principio de funcionamento é o mesmo.
O LiDAR vêm sendo até mesmo incorporado à sistemas iOS ou Android e podem ser operados por meio de aplicativos comerciais, apresentando uma série de aplicações práticas e recreativas para usuários de tecnologia.
Seja criando Modelos Tridimensionais em Mapeamentos Aéreos Com Drones, orientando a navegação de carros autônomos ou auxiliando profissionais de construção civil , o LiDAR é uma realidade incontestável na indústria de tecnologia e pode-se esperar que apareçam muito novos usos para esses equipamentos nos próximos anos.
Conheça a GeoSense
Se você tem dúvidas e deseja saber um pouco mais sobre as diferenças entre a Fotogrametria e o LiDAR, recomendados que acesse o conteúdo da GeoSense, dedicado ao estudo de Fotogrametria vs LiDAR: Qual a Melhor Opção Para o Mapeamento Aéreo Com Drones?.
Caso você tenha interesse em trabalhar com drones e não sabe muito bem por onde começar, não pode deixar de conferir os cursos da GeoSense dedicados ao estudo de Drones e Fotogrametria.
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