Utilização de drones na floresta

Transcrição

Utilização de drones na floresta: muito
além do óbvio
Paula Soares
Instituto Superior de Agronomia
1889 - papagaio papel
Arthur Batut (imagem de Labruguiere)
1906 - foguetão
Albert Maul
(Alemanha)
1860 - balão
James Wallace Black
(imagem de Boston)
1903 - pombo
Bavarian Pigeon Corps
http://mentalfloss.com/article/55081/spy-pigeons-and-othergreat-moments-history-aerial-photography
http://www.slideshare.net/SumantDiwakar/history-of-remote-sensing
Utilização de drones na floresta: muito para além do óbvio – 12 de abril 2016
Drone (fins recreativos/comerciais)
UAV – Unmanned Aerial Vehicule
VANT – Veículo Aéreo Não Tripulado
É uma aeronave que voa sem
tripulação a bordo com uma carga
útil embarcada não necessária
para o voo e que pode ser
programada para realizar missões
de forma autónoma
SANT - Sistema Aéreo Não Tripulado
plataforma + catapulta
sensor
estação de solo
operador
video
Plataformas VANT
Asa fixa – tipo avião
Asa rotativa – tipo helicóptero ou multicóptero
https://www.microdrones.com/
Sensores
Tipos:
RGB
CIR (R, G, NIR)
Multiespetral (3-6 canais)
Hiperespetral (300 canais)
Térmico
Laser/Lidar
https://www.microdrones.com/en/products/equipment/
VANT e sensor laser (LIDAR)
Os sensores laser (LIDAR – Light Detection and Ranging), ao permitirem obter
elevadas densidades de pontos (60-1500 pontos/m2), conduzem a resultados
precisos ao nível da árvore.
Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation
VANT e sensor laser (LIDAR)
Os sensores laser (LIDAR – Light Detection and Ranging), ao permitirem obter
elevadas densidades de pontos (60-1500 pontos/m2), conduzem a resultados
precisos ao nível da árvore.
Mas existem fatores que limitam o uso destes sensores:
- só podem ser aplicados a áreas relativamente pequenas por limitações da bateria,
pelo elevado peso do sensor e pela necessidade de voar a baixas altitude
consequência do baixo poder do laser
- elevado custo do equipamento
Especificações do sistema SANT
Exemplos para condições normais, VANT de asa fixa e câmara RGB
Peso máximo à descolagem
Tempo de voo máximo
Velocidade de cruzeiro
Distância máxima avião – estação de solo
Resolução espacial das fotografias aéreas
Altura de voo
Produtividade (área por hora)
2 kg
Função do VANT e do sensor
45 min - 2 h
Função do VANT e do sensor
50 - 60 km/h
15 - 20 km
4 - 5 cm/pixel
Em Espanha limitado a 120 m
100 - 300 m
150 - 200 ha/h
Comparado com as plataformas tradicionais de aquisição de dados de DR (ex.,
satélites e aeronaves tripuladas), os VANT são mais eficientes quando usados para
mapear, com elevadas resoluções espacial e temporal, áreas relativamente pequenas
(entre 1-10 km2 /100-1000 ha).
Floresta
Ecossistema complexo com uma estrutura definida pela organização espacial (vertical e
horizontal) das suas componentes e que é função da composição do(s) povoamento(s) e
das espécies que o(s) caracterizam, do estado de desenvolvimento das árvores, das
práticas de gestão….
Floresta
Floresta
campo
fotografia aérea
Floresta – aplicações
Análise espacial e temporal - cartografia
Quantificação da produção - inventário
Análise espacial e temporal – cartografia
(problemas de classificação de objetos
e tempo de processamento de imagem)
Quantificação da produção - inventário
Floresta – exploração florestal
Otimização do percurso do harvester para extração de madeira derrubada pelo vento
Localização das árvores derrubadas em ortofotomapas
Importação dos ortofotomapas para um SIG
https://issuu.com/trkommunikation/docs/jf_1_2014_pt_issuu - Just Forest nº 1, 2014
Floresta – alterações da floresta
Nomeadamente:
1. alteração do uso
do solo
2. substituição de
espécies florestais
3. desflorestação
4. monitorização da
estrutura da floresta
Drone remote sensing for forestry research and practices. Tang L. e Shao G. 2015. J.
For. Res., 26(4): 791–797.
_________________________________________________________________________________
Small drones for community-based forest monitoring: an assessment of their feasibility and potential in tropical areas.
Paneque-Gálvez et al 2014. Forests, 5: 1481-1507.
Floresta – Biodiversidade
_________________________________________________________________________________
Assessing biodiversity in forests using very high‐resolution images and unmanned aerial vehicles.
Getzin et al 2012. Methods in Ecology and Evolution, 3(2): 397-404.
Floresta – agentes bióticos
Cálculo de índices de vegetação pela
utilização de canais de RGB e
infravermelho
Aplicación de los datos de observación de la Tierra
al seguimiento fitosanitario de masas forestales.
Alonso et al 2015.
Cálculo de índices de vegetação pela
utilização de canais de RGB e
infravermelho
Quantificação automática de
áreas de descoloração
identificação de pontos
nas copas com uma cor
RGB na gama dos
castanhos
desafios do algoritmo:
- excluir troncos e ramos;
- excluir zonas de
fronteira chão-copa para
eliminar
interpolação
entre a cor dos pontos de
chão (de cor mais
acastanhada, sobretudo
no verão) e de copa
Aplicación de los datos de observación de la Tierra
al seguimiento fitosanitario de masas forestales.
Alonso et al 2015.
A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no
inventário florestal – o caso do montado de sobro.
Soares et al 2015.
Floresta – incêndios florestais
Deteção precoce de focos de incêndio, monitorização de fogos em áreas florestais e
mapeamento de áreas ardidas
_________________________________________________________________________________
Automatic forest-fire measuring using ground stations and unmanned aerial systems.
Martinez et al 2011. Sensors 11(6):6328–6353
An Unmanned Aircraft System for automatic forest fire monitoring and measurement.
Merino et al. 2012 Journal of Intelligent & Robotic Systems, 65 (4): 533-548.
Análise espacial e temporal - cartografia
Quantificação da produção – inventário
(problemas de classificação de objetos,
necessidade de validar as estimativas de
produção com dados de campo, diversidade
de situações, problemas com o sub-coberto…
…)
Floresta - inventário
inventário de recursos florestais
implica a caracterização de uma determinada área florestal
monitorização de recursos florestais
tem como objetivo a avaliação das alterações dos recursos
Tradicionalmente, a inventariação e a monitorização de recursos florestais são baseadas
em técnicas de amostragem.
Assim, o resultado do inventário florestal vem afetado do erro de amostragem o qual se
deve ao facto de não se ter medido o povoamento todo mas apenas um conjunto maior
ou menor de parcelas.
+
+
=
Número de parcelas função da variabilidade da população e do erro pretendido
+
+
=
+
=
Fotografia de alta resolução
(pinheiro manso)
(sobreiro)
reconstrução 3D
(sobreiro)
ortofotomapas
(sobreiro)
Exemplo 1 – Pinheiro manso, câmara RGB
Determinação da posição, altura e diâmetro da copa ao nível da árvore em 16 ha de pinhal
Características: pinhal plantado em terreno plano, atualmente com 24 anos; teve um 1º desbaste e a
densidade atual é de 63 arv/ha
Resultados: Modelo Digital de Superfície (MDS), Modelo Digital de Terreno (MDT) e Modelo de Altura do
Copado (MAC); 100% das árvores detetadas, R2 0.81 e 0.95 para a relação valores campo/estimativas
imagens para a altura e o diâmetro da copa, respetivamente
_________________________________________________________________________________
Using high resolution UAV imagery to estimate tree variables in Pinus pinea plantation in Portugal
Guerra-Hernández J. et al., em publicação. Fores Systems.
Exemplo 2 – Sobreiro, câmara RGB e CIR
Determinação da posição, altura, área de copa e estado fitossanitário ao nível da árvore em 100 há de
montado de sobro
Características: montado puro, em terreno plano, com idades e densidades variáveis
Resultados: dificuldade na localização das árvores, dificuldade na identificação de pontos nas copas com
uma cor RGB na gama dos castanhos (testar o uso de imagens multiespectrais), boas estimativas de
altura média e de grau de cobertura do povoamento, boas estimativas de produção de cortiça ao nível
do povoamento
_________________________________________________________________________________
A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no inventário florestal – o caso do montado de sobro
Soares et al., 2015. Conferência Nacional de Cartografia e Geodesia. ISBN: 978-989-8152-10-7
“As imagens obtidas pelos
sensores permitem verificar a
falta de água e de nutrientes
bem como a eficácia de um
tratamento contra uma praga
ou determinar a mortalidade
de plantas recentemente
plantadas, após dias de geada
ou de seca.” Jan Jacob Keizer,
UA, projeto LUNA
Conclusões
Os VANT permitem a recolha de informação geoespacial detalhada em tempo real e a custos
relativamente baixos
Os VANT podem transportar diferentes tipos de sensores tornando mais vasto o campo de aplicação na
área florestal
A interpretação de informação obtida a partir de imagens adquiridas por VANT deve ser
suportada/complementada por conhecimento e informação de campo
A validação, com base em observações de campo, de estimativas efetuadas a partir da análise de
fotografias aéreas é fundamental
Ver a floresta “de cima” obriga a (re)pensar a relação entre as variáveis das árvores e dos povoamentos –
necessidade de ajustar novas equações.
Potential Resin Yield for the Maritime Pine Forest of Castro Daire, Portugal
Agradecimentos:
Juan Guerra (CEF/ISA)
Paulo Firmino (CEF/ISA)
SpinWorks (Francisco Câmara)
TerraDrone (Alexandre Sarmento)
(João Gomes Mota)
Potential Resin Yield for the Maritime Pine Forest of Castro Daire, Portugal
Animação com base em fotografias obtidas com um VANT na
Herdade da Esteveira
Obrigada pela vossa atenção
[email protected]
tel. 21 365 3353
ISA – Edifício Florestal
Tapada da Ajuda
1349 017 Lisboa

Utilização de drones na floresta

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