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Desbravando novos caminhos na digitalização de cursos de água: Um estudo de caso com o sistema AlphaAir 10 LiDAR+RGB num drone DJI

2023-11-27

 

 

DESBLOQUEAR O POTENCIAL DAS VIAS NAVEGÁVEIS: ALAVANCAR A TECNOLOGIA PARA UMA MELHOR GESTÃO

A digitalização das vias navegáveis interiores traz uma série de benefícios ao aproveitar a tecnologia e os dados para otimizar a gestão, a segurança e a sustentabilidade de infra-estruturas de navegação cruciais. Dados precisos sobre as condições das vias navegáveis melhoram a monitorização das estruturas das infra-estruturas, como eclusas, barragens e pontes. Ao identificar precocemente potenciais problemas, a digitalização permite uma manutenção atempada, garantindo a fiabilidade e a segurança das vias navegáveis para o transporte de mercadorias, passageiros e recursos essenciais.

 

Este artigo descreve a aplicação no mundo real do sistema AlphaAir 10 LiDAR+RGB montado num drone DJI para um projeto de digitalização 3D centrado nas vias navegáveis do rio Yangtze.

 

 

DIGITALIZAÇÃO DOS CURSOS DE ÁGUA DO RIO YANGTZE: UMA NOVA FRONTEIRA NA TOPOGRAFIA

Este projeto assume a difícil tarefa de mapear digitalmente os intrincados cursos de água do rio Yangtze. Sendo o rio mais longo da Eurásia e o terceiro mais longo do mundo, o Yangtze atravessa as principais províncias chinesas, incluindo Sichuan, Yunnan, Hubei e Xangai. A importância do rio é incomensurável, pois é uma fonte vital de água, irrigação e transporte para milhões de pessoas. Nos últimos anos, assistiu-se a um aumento da procura de levantamentos hidrográficos devido a ambiciosos projectos de desenvolvimento ao longo do Yangtze e dos seus afluentes.

 

 

Figura 1. A ponte Hanjiang, rio Yangtze, China.

 

 

As técnicas tradicionais de levantamento topográfico estão a lutar para satisfazer as crescentes exigências de dados atempados e exactos. O sucesso das iniciativas de digitalização depende da afetação adequada de recursos para a recolha e processamento de dados. Para enfrentar este desafio, o Gabinete de Levantamento Hidrográfico local, em colaboração com os peritos técnicos do CHCNAV, utilizou o inovador sistema LiDAR AlphaAir 10 (AA10) para operações de levantamento aéreo em torno da secção da Ponte Hanjiang. Esta metodologia de vanguarda envolveu a recolha e o processamento meticuloso de dados do terreno, edifícios, pontes e cabos de travessia do rio - um esforço que está a impulsionar a transformação digital do rio Yangtze.

 

 

PRECISÃO TORNADA SIMPLES: CARTOGRAFIA 3D COM TECNOLOGIA UAV + LIDAR

Embarcando numa viagem de mapeamento 3D de alta precisão, o nosso projeto utilizou tecnologia de ponta - o UAV DJI M300 emparelhado com o sistema LiDAR AlphaAir 10 (AA10). O AA10 integra na perfeição o LiDAR de alta precisão, o posicionamento GNSS preciso, a orientação IMU e uma câmara ortofotográfica full-frame de nível industrial; esta combinação dinâmica fornece não só nuvens de pontos laser de alta precisão, mas também imagens digitais de alta resolução, lançando as bases para uma precisão de dados sem paralelo.

 

 

Figura 2. O AlphaAir 10 do CHCNAV instalado no drone DJI 300 para o projeto de cartografia aérea.

 

 

O processamento de dados gira em torno das ferramentas de software CoPre e CoProcess da CHCNAV. O CoPre, um software de pré-processamento de digitalização laser 3D avançado e fácil de utilizar, trata os dados em bruto, incluindo trajectórias POS, dados LiDAR e imagens RGB. O CoProcess, por outro lado, oferece uma vasta gama de capacidades de pós-processamento. Este software é uma solução abrangente, desde a geração de DEM/DTM até à extração semi-automática de caraterísticas, classificação automática de dados e módulos dedicados de inspeção de linhas eléctricas e estradas. A sua interface intuitiva e o fluxo de trabalho simplificado não só aumentam a precisão dos projectos de cartografia 3D, como também melhoram significativamente a produtividade, marcando um passo transformador no campo da cartografia aérea.

 

 

EXCELÊNCIA OPTIMIZADA: OPERAÇÃO SEM ESFORÇO E PROCESSAMENTO RÁPIDO DE DADOS

A eficiência assume um papel central na operação de levantamento aéreo, em que a instalação, a recolha e o processamento de uma área de dados de 2 km² foram realizados sem problemas em menos de um dia. A cronologia é a seguinte:

 

I. PREPARAÇÃO.

O AlphaAir 10 foi instalado no UAV DJI M300 em apenas alguns minutos, preparando o terreno para uma operação rápida e eficiente.

 

II. RECOLHA DE DADOS NO TERRENO.

As missões aéreas foram efectuadas com uma rapidez notável, em menos de 1 hora para dois voos. Foram recolhidas informações das zonas terrestres ao longo do rio Yangtze, da ponte Hanjiang e dos cabos transversais ao rio.

 

 

Figura 3. Levantamento aéreo em torno daponte sobreo rio Yangtze Hanjiang .

 

 

Todo o processo de recolha de dados foi concluído em cerca de 50 minutos.

 

 

III.TRATAMENTO E ANÁLISE DOS DADOS.

A fase seguinte consistiu no tratamento e análise pormenorizados dos dados. Esta fase decompõe-se da seguinte forma:

 

1) PROCESSAMENTO DA NUVEM DE PONTOS COLORIDOS.

Foram necessários apenas 19 minutos para processar os dados da nuvem de pontos colorida para duas áreas de levantamento totalizando 1,8 km² usando o software CoPre.

 

 

Figuras 4 e 5. Renderização das nuvens de pontos daPonte Hanjiang eda área do Rio Yangtze.

 

 

Esta etapa incluiu uma análise exaustiva das estruturas de aço, pilares, torres eléctricas e cabos de travessia do rio, gerando resultados de nuvens de pontos e facilitando a criação de perfis com medições diretas da altura da ponte.

 

 

Figura 6. Resultados da nuvem de pontos da Ponte Hanjiang e dos seus cabos transversais.

 

 

Figura 7. Os perfis da nuvem de pontos da ponte de Hanjiang.

 

 

2) TRIANGULAÇÃO AÉREA E GERAÇÃO DO MODELO 3D.

Foram necessários 12 minutos para completar a triangulação aérea e mais 240 minutos para gerar o ortofotomodelo digital (DOM) e o modelo 3D do mundo real utilizando o software CoProcess.

 

 

Figuras 8 e 9. Partes do ortofotomodelo digital(DOM) edo modelo 3D do mundo real obtidos pelo AlphaAir 10 LiDAR, na zona do rio Yangtze.

 

 

3) REFINAMENTO DE DADOS E GERAÇÃO DE DEM

O software CoProcess, utilizado para diminuir o ruído e filtrar as nuvens de pontos, demonstrou a sua eficiência. Foram necessários apenas 30 minutos para gerar um Modelo Digital de Elevação (DEM) altamente preciso e contornos para cada área de 1 km² com uma resolução mais fina do que 1 metro. Este DEM preciso é fundamental para a manutenção de pontes, avaliação do impacto ambiental, avaliação do risco de inundação e conceção de infra-estruturas.

 

 

Figuras 10 e 11. Uma parte do modelo digital de elevação (DEM), a área do rio Yangtze.

 

 

Aproveitando as capacidades avançadas de múltiplos alvos, o AlphaAir 10 destacou-se na penetração de vegetação densa com até 8 ecos de alvos. Esta capacidade permitiu uma aquisição eficaz da superfície do solo, resultando em Modelos Digitais de Elevação (DEMs) e Modelos Digitais de Superfície (DSMs) exactos, mesmo em ambientes difíceis.

 

 

Figura 12. O efeito de penetração da vegetação, na área do rio Yangtze.

 

A espessura média da nuvem de pontos do AA10, medida em 5 cm, associada a um erro de elevação de 3,5 cm, realça a precisão excecional do sistema e confirma a sua posição como um facilitador tecnológico nas aplicações de levantamento aéreo.

 

Figura 13. Medição da espessura da nuvem de pontos, na zona do rio Yangtze.

 

 

 

TRANSFORMANDO O LEVANTAMENTO DE VIAS NAVEGÁVEIS: O PODER DA TECNOLOGIA UAV LIDAR

O impacto do AlphaAir 10 na inspeção de vias navegáveis ao longo do rio Yangtze foi simplesmente transformador. Este avançado sistema LiDAR aerotransportado não só forneceu dados altamente precisos, como também captou intrincados pontos de dados 3D que desafiam os métodos tradicionais. Este salto tecnológico proporcionou aos profissionais de topografia um nível de precisão que melhora significativamente a tomada de decisões e o planeamento de projectos.

 

 

ELEVANDO A TOPOGRAFIA: A INOVAÇÃO LIDAR SOBE AO LONGO DO RIO YANGTZE

A introdução da tecnologia de levantamento LiDAR UAV alterou fundamentalmente o panorama do levantamento de vias navegáveis ao longo do rio Yangtze. A eficiência obtida em relação aos métodos tradicionais de levantamento com estação total é significativa. Equipados com o sistema AA10 LiDAR + RGB, os UAVs recolheram dados rapidamente, reduzindo a necessidade de acesso prolongado ao local. Isto minimiza a perturbação do tráfego e das áreas circundantes e elimina o risco de erro humano na recolha de dados, promovendo um ambiente de maior segurança para os profissionais de levantamento.

 

Na sua essência, a combinação da tecnologia LiDAR e UAV do AlphaAir 10 permitiu uma nova era de precisão e eficiência no levantamento de vias navegáveis. A sua capacidade de recolher dados rapidamente, juntamente com uma precisão incomparável, torna-o uma ferramenta indispensável para os profissionais de topografia ao longo do rio Yangtze, estabelecendo um novo padrão de segurança e eficiência no terreno.

 

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) cria soluções inovadoras de cartografia, navegação e posicionamento para tornar o trabalho dos clientes mais eficiente. Os produtos e soluções da CHCNAV abrangem vários sectores, como o geoespacial, a construção, a agricultura e a marinha. Com uma presença em todo o mundo, distribuidores em mais de 120 países e mais de 1700 funcionários, a CHC Navigation é atualmente reconhecida como uma das empresas de crescimento mais rápido em tecnologias geomáticas.

 

 

 

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