Aerofotogrametria com Drones - Conceitos Básicos

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AEROFOTOGRAMETRIA
COM DRONES
CONCEITOS BÁSICOS
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Imagem ilustrativa
1. O que é?
A palavra aerofotogrametria é derivada de três palavras 
gregas que significam: luz, descrição e medidas. É um método 
de obtenção de dados topográficos através de fotografias 
aéreas da superfície terrestre, normalmente com a finalidade 
de gerar materiais cartográficos. Desenvolvido em 1903, é 
utilizado até os dias de hoje como base para estudos e análises 
profissionais, já que oferece uma visão ampla e com escala 
adequada à superfície terrestre.
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1. Aerolevantamento 04
É um conjunto de operações com objetivo de obter imagens 
da parte terrestre, aérea ou marítima de um território, por 
meio de câmera embarcada em plataforma aérea, 
complementadas pelo registro e análise dos dados colhidos, 
utilizando recursos da própria plataforma ou de estação 
localizada à distância.
Os drones realizam essas operações em missões orientadas 
por GPS para capturar fotografias sequenciais de uma 
determinada área. As imagens obtidas são processadas e por 
meio de softwares especializados geram os materiais 
cartográficos, como as ortofotos, mds, mdt e afins.
Imagem ilustrativaDRONE MAPTOR CAPTURA IMAGENS EM SOBREVOOS DE ATE 20 MIL HECTÁRES
2.1. Resultados esperados
O processamento das imagens oferece diversas possibilidades 
de produto final, tais como os materiais cartográficos que dis-
ponibilizam informações da área mapeada. Através dos modelos 
digitais, nuvens de pontos e ortofotos obtém-se informações de 
relevo, distância, tamanho, altura de objetos e volume. Os soft-
wares de processamento de imagens disponibilizam diversas fer-
ramentas e, cada vez mais, são reveladas novas funcionalidades à 
medida que os usuários identificam diferentes necessidades du-
rante os aerolevantamentos.
Exemplos de materiais gerados após processamento de imagens:
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Núvem de Pontos
Imagem NIR
2.2. Os meios para captação de Imagens
Inicialmente, eram utilizados balões para realizar a 
captação de imagens. Com o passar dos anos, os aviões e 
helicópteros começaram a ser utilizados. Atualmente, as 
imagens aéreas são comumente obtidas através de satélites, 
aeronaves e drones.
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Imagem ilustrativa
Aeronaves tripuladas: Um plano de voo é criado 
analisando os recursos disponíveis, como plantas 
ou mapas da região onde será executado o 
levantamento fotográfico. Utilizam-se linhas de 
voo paralelas entre si, de forma a obter uma 
sobreposição de imagem, ou seja, gerando imagens 
sequenciais onde cada imagem representa de 30% 
a 40% da imagem anterior lateralmente e 60% a 
80% longitudinalmente. Quanto maior a 
sobreposição maior a qualidade da imagem. 
Porém, atualmente esse método é considerado 
pouco vantajoso financeiramente quando 
comparado a outras opções.
Satélite: É possível comprar imagens captadas 
por satélites para fins de fotogrametria. Essas 
imagens, geralmente, não têm qualidade 
satisfatória por não terem uma boa resolução, GSD 
médio de 30 cm/pixel. Outra desvantagem é a 
defasagem das imagens porque um satélite passa 
por uma mesma região em um intervalo muito 
grande de tempo (mais de meses) e as imagens 
podem ser comprometidas por nuvens ou má 
condição climática no momento da captura.
2.2. Os meios para captação de Imagens 07
VANT/DRONES – O termo “drone” é originário do Inglês, 
que significa zangão/zumbido, é utilizado no Brasil para 
referir-se aos VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados). Esses 
equipamentos estão sendo cada vez mais utilizados na 
captação de imagens aéreas. São orientados via GPS e 
realizam sobrevoos na área a ser mapeada. Posteriormente as 
imagens captadas são processadas em software específico e 
geram os materiais cartográficos para os mais diferentes tipos 
de análise. Atualmente é o método com melhor 
custo-benefício e com maior qualidade final.
Dentro dessa categoria, vale destacar dois tipos de drones, 
os de asa fixa e os multirotores.
2.2. Os meios para captação de Imagens 08
VANT/DRONES Multirotores – É a categoria mais popular 
desses equipamentos e são amplamente utilizados em 
produções cinematográficas, publicitárias e até em atividades 
recreativas. Os multirotores são como mini helicópteros, têm 
decolagem e pouso na vertical. Realizam voos de 25 minutos, 
em média, e podem ser programados para voo automático ou 
manual, dependendo do objetivo da operação.
VANT/DRONES Asa Fixa – Os drones de asa fixa são como 
mini aviões. O sistema de lançamento, em geral, dá-se com 
auxilio de uma catapulta e o pouso pode ser feito “de barriga” 
ou com auxílio de um paraquedas. Esse tipo de equipamento 
geralmente tem maior autonomia de voo do que os 
multirotores, ou seja, cerca 50 minutos de operação 
dependendo do modelo e são mais indicados para áreas mais 
extensas.
Imagens ilustrativas
Imagens ilustrativas
Imagens ilustrativas
3. Conceitos da aerofotogrametria com drones 09
Resolução - É a limitação operacional de um sistema de 
sensoriamento remoto para produzir uma imagem nítida e 
bem definida.
Resolução Espacial – Tradicionalmente conhecida como a 
mínima distância entre dois objetos que um sensor pode 
distinguir no terreno.
Precisão – Quando se fala em aerolevantamento existem 
dois tipos de precisão: a geográfica e a precisão de medições.
Geográfica/Espacial - Baseada em coordenadas geográficas 
de GPS, representa o espaço e os fenômenos que nele 
ocorrem. A precisão geográfica em VANTs (sem uso de RTK ou 
pontos de controle) costuma considerar uma margem de 1 a 3 
metros de erro de posicionamento. Vale ressaltar que 
utilizando-se de pontos de controle ou de RTK, consegue-se 
precisão centimétrica.
Exemplo de erro: posicionamento geográfico
3. Conceitos da aerofotogrametria com drones 10
Precisão em medições - Essa precisão 
refere-se aos cálculos feitos em cima dos 
materiais gerados. Por exemplo, dentro 
de uma ortofoto você pode medir o 
comprimento de uma pista de pouso. Ao 
realizar tal medição, a margem de erro é 
centimétrica, variando conforme o GSD 
do mapa.
Imagens ilustrativas
GSD – O GSD (Ground Sampling Distance) é a distância 
entre os centros de dois pixels consecutivos medidos no solo. 
Quanto menor o GSD, maior é a resolução espacial e maior é a 
qualidade de imagem, ou seja, haverá mais detalhes visíveis na 
imagem. Por exemplo, um GSD de 5 cm significa que um pixel 
representa 5cm no chão (25cm²). Mesmo em um voo com 
altitude constante, o projeto talvez apresente áreas com GSD 
diferentes, isso devido ao relevo do terreno mapeado e 
pequenas variações no ângulo de captura de imagem da 
câmera. Porém os softwares de processamento de dados 
compensam essas variantes e aplica um GSD médio de todo o 
mapeamento. O GSD está diretamente ligado à resolução da 
câmera utilizada e também altura do voo.
3. Conceitos da aerofotogrametria com drones 11
Sobreposição – As imagens realizadas durante o 
aerolevantamento são sequenciais, dessa forma, é 
possível ajustar o índice de sobreposição dessas 
imagens, ou seja, você pode indicar o quanto de uma 
foto irá incidir/sobrepor na imagem seguinte. Esse 
índice de sobreposição interfere na qualidade do 
mapa gerado. O índice ideal de sobreposição costuma 
ser de 70% lateral e 80% frontal.
Ortorretificação -A ortorretificação tem como finalidade corrigir 
geometricamente a imagem. Representa o processo de correção da imagem, 
pixel por pixel, das distorções decorrentes do relevo, transformando a 
imagem de uma projeção cônica para uma perspectiva ortogonal, mantendo 
a constância da escala em toda a imagem ortorretificada.
Escala – A escala é a característica mais informativa da imagem. Uma vezconhecida a escala de uma fotografia pode-se descobrir diversas outras 
informações relevantes como a área total coberta na imagem. Calcular a 
escala de uma imagem é simples, desde que seja conhecida a altura do voo 
(durante a captura das imagens) e a distância focal da câmera utilizada. 
Outra maneira de obter a escala de uma fotografia aérea é a comparação de 
distância entre pontos escolhidos na foto e identificados em um mapa de 
escala conhecida.
Imagens ilustrativas
4. Precisão dos dados
Acurácia - A Acurácia define o posicionamento geográfico 
do mapa. Por exemplo, um mapa pode ter alta precisão, mas ser 
inútil para a utilização em cadastramento urbano, pois suas 
coordenadas de latitude e longitude estão distorcidas do seu 
real valor.
Então para atingir a acurácia desejada é necessária a 
utilização de métodos mais precisos para o 
geoposicionamento da aeronave. Em muitos casos as fotos são 
georreferenciadas segundo o GPS de navegação do VANT, que 
possui um erro médio em geral de 5 metros. Desse modo é 
possível concluir que um drone com alta precisão pode ter 
baixa acurácia.
“Os métodos mais comuns para aumentar a acurácia da área 
processada são a utilização de pontos de controle em solo, ou a 
adição da tecnologia de RTK dentro das aeronaves.”
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Imagens ilustrativas
4. Precisão dos dados 13
Pontos de controle – São pontos de referência em solo, 
realizados com GPS de alta precisão com intuito de tomar as 
coordenadas exatas do ponto. Deve ser algo identificável e 
visível nas fotos. O objetivo da utilização dessa ferramenta é 
aumentar a acurácia do mapeamento gerado pela aeronave no 
momento do voo, podendo diminuir para até três centímetros 
a margem de erro. Pode-se tomar como referência alvos 
naturais (identificáveis na foto) ou artificiais como uma 
marcação a tinta no chão.
Ponto de Controle Natural
Ponto de Controle Artificial
Imagens ilustrativas
4. Precisão dos dados 14
GPS – Global positioning system, é um sistema de 
posicionamento que fornece informações a um aparelho 
receptor móvel. Esse sistema funciona via satélite e dá o 
posicionamento de determinado elemento em qualquer lugar 
do planeta.
RTK – Real Time Kinematic, significa Posicionamento 
Cinemático em Tempo Real e é uma forma de posicionamento 
que está cada vez mais presente nas atividades que envolvem 
levantamentos cadastrais, mineração, controle de maquinário 
e outros. Utiliza a tecnologia de navegação por satélites 
através de um rádio modem ou telefone GSM para realizar 
correções instantâneas. Ou seja, os dados já são altamente 
precisos durante a realização do voo e não somente após o 
processamento das imagens.
Imagens ilustrativas
5. Câmeras e Sensores 15
Principais câmeras utilizadas - RGB, NIR e Multiespectral
Câmera RGB – O sistema de cores RGB (Red, Green and 
Blue) está presente em todas as câmeras fotográficas 
convencionais e, inclusive, na câmera do seu celular. Resultam 
em fotografias como as que estamos acostumados a ver todos 
os dias, mostrando um determinado objeto ou cena com suas 
cores reais, reproduzindo o que se vê a olho nu.
Imagens ilustrativasOrtofoto RGB
Imagens ilustrativas
5. Câmeras e Sensores 16
Câmera NIR - Esta câmera utiliza sensores que captam 
imagens com ondas verde, vermelho e infravermelho próximo 
(Near Infra Red), o que possibilita a verificação do estado 
nutricional da cultura. A clorofila produzida pelas plantas e 
outros tecidos vegetais refletem pigmentos verdes que, 
durante o estado de fotossíntese, atuam como 
fotorreceptores (recebem e emitem luz não visível a olho nu).
As imagens geradas por esta câmera permitem a aplicação 
do índice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), que 
em português significa Índice de Vegetação por Diferença 
Normalizada, e é este índice que permite as análises de taxas 
de fotossíntese das plantas. A utilização deste índice nas 
imagens da câmera NIR proporciona a verificação da saúde e 
desenvolvimento através da verificação das colorações na 
imagem. Normalmente são imagens em tons de verde, amarelo 
e vermelho, onde:
Tons de verde são plantas em processo de fotossíntese 
(possivelmente saudáveis), tons de amarelo indicam algum 
problema (indicadores de estresses) e tons de vermelho são 
áreas com plantas mortas ou sem vegetação.
Ortofoto NIR
Imagens ilustrativas
5. Câmeras e Sensores 17
 Multiespectral - Uma câmera multiespectral 
conta com múltiplos sensores e filtros de alta 
qualidade que interagem com a luminosidade 
gerada pelas plantas (invisível a olho nu) para 
captar diferentes bandas com largura estreita, 
permitindo assim mais precisão e qualidade na 
imagem captada. Pode-se dizer que é similar a 
câmeras convertidas para NIR, porém é uma 
câmera com mais de um sensor em um só 
equipamento, que permite também a utilização 
de outros índices e consegue analisar problemas 
mais específicos. As imagens multiespectrais 
podem ver o que a olho nu não é detectável, isso 
nos permite avaliar problemas em um estágio 
muito mais cedo e tomar a decisão corretiva no 
momento mais adequado.
Imagens ilustrativas
Múltiplas camadas de uma mesma Ortofoto
6. Boas Práticas de voo com Drones 18
Segurança
A utilização de drones pode gerar riscos a quem opera ou 
está próximo da aeronave, como ocorre em qualquer atividade 
que envolva equipamentos mecânicos. Os drones também 
exigem cuidados e devem ser operados seguindo as 
recomendações contidas no manual de instruções do 
fabricante.
É de vital importância que o equipamento seja operado em 
condições climáticas favoráveis e também exista uma área de 
pouso e decolagem afastada de edificações e pessoas. Por 
conter bateria, os cuidados devem ser ainda maiores, e deve-se 
ter atenção para qualquer variação na textura ou forma da 
mesma, e em caso de variação, ela tem que ser isolada para 
observação, pois baterias sempre oferecem risco de explosão 
quando estão com algum defeito. Cuidados ao armazenar e 
carregar as baterias são essenciais.
6. Boas Práticas de voo com Drones 19
Como funciona
Os veículos aéreos não tripulados, chamados VANTs, são 
equipamentos orientados por GPS para fins profissionais, mais 
especificamente para obtenção de fotografias aéreas. 
Funcionam de forma automática sem a necessidade de um 
operador pilotando a aeronave.
O processo se inicia com a definição da área a ser mapeada 
no planejador de missões e é armazenada no piloto 
automático, gerando um plano de voo que vai orientar o VANT 
durante a operação.
O lançamento da aeronave é feito, geralmente, com o 
auxílio de uma catapulta e, já durante o lançamento, o piloto 
automático assume o controle do VANT e o direciona para o 
primeiro ponto programado. A partir daí realiza toda a missão 
e volta para a área determinada para o pouso no plano de voo.
A aeronave é embarcada com câmera que durante o voo 
realiza fotografias em alta definição da área pré-estabelecida 
para, posteriormente, gerar os mapas e ortofotos.
6. Boas Práticas de voo com Drones 20
Planejamento de Voo
A operação é planejada através de software de 
planejamento de missões. Com base em mapas satelitais, o 
operador escolhe a área onde será realizado o mapeamento e 
indica no software. O operador deve indicar um local de 
decolagem e pouso, além definir altura de voo e os índices de 
sobreposição de imagem. O mais importante nesse 
planejamento é verificar a região com muita atenção e montar 
as orientações para pouso com extrema cautela. Os problemas 
com esses equipamentos são raros, mas quando acontecem 
geralmentesão relacionados à má construção do plano de voo 
e, principalmente, as graduações de descida durante o pouso 
da aeronave. No curso oferecido pela Horus, o cliente aprende 
todos os passos da construção do plano e também todos os 
detalhes a se observar para que seja realizada a operação com 
segurança.
6. Boas Práticas de voo com Drones 21
Condições Climáticas
Um fator chave para realizar voos com drones, é verificar a 
previsão do tempo para o local e data do voo e também 
confirmar as condições climáticas no momento da operação, 
isso para garantir uma boa captação de imagens. Basicamente 
consiste em identificar a direção e checar a intensidade do 
vento, verificar nebulosidade e a possibilidade de chuva.
O principal fator limitante, sem dúvida, é a chuva. Ainda não 
há um equipamento totalmente a prova d’água que permita a 
operação em dias de chuva. Outro fator é a nebulosidade ou 
presença de nuvens baixas, já que quando o dia está chuvoso 
ou com nuvens muito carregadas há pouca iluminação natural, 
o que certamente compromete as imagens obtidas. Quando 
houver nuvens baixas, não recomendamos o voo porque o 
drone pode entrar numa dessas nuvens e perder comunicação 
com a base.
Em relação ao vento existem algumas controvérsias, os 
fabricantes costumam indicar nas especificações a velocidade 
máxima do vento em que o drone consegue operar. Porém para 
a captação de imagens é recomendado que o vento não esteja 
acima de 30 km/h. Ventos acima dessa velocidade podem 
comprometer a captação de imagens. Na realidade, uma 
aeronave pode voar e resistir a ventos de ate 60 km/h, mas 
nessas condições o voo não é recomendado porque o material 
levantado não será satisfatório.