Levantamento topográfico com LiDAR por drone em terreno montanhoso

As zonas montanhosas estão entre os locais mais exigentes para realizar um levantamento topográfico. As equipas passam horas a chegar a cada ponto a pé, a vegetação oculta o solo e as condições meteorológicas podem impedir o acesso ao local durante dias. A fotogrametria aérea ajuda, mas em terrenos íngremes e florestados, uma câmara capta as copas das árvores e não o solo por baixo delas. Este artigo acompanha dois projetos na China: um levantamento topográfico em Guizhou e um levantamento do traçado de uma linha elétrica no planalto de Sichuan, onde o drone CHC Navigation X500 realizou medições LiDAR aéreas sobre terrenos que as equipas no solo e os drones convencionais têm dificuldade em cobrir.

Por que razão os terrenos montanhosos dificultam o mapeamento aéreo

Há quatro problemas que surgem em quase todos os levantamentos topográficos de montanhas:
 

• Grandes diferenças de altitude. Um drone que voa a uma altitude fixa fica demasiado alto em relação aos vales e demasiado perto dos cumes. A densidade de pontos e a escala da imagem variam ao longo do local, e a margem de segurança diminui à medida que a inclinação aumenta.
   
• Vegetação densa. A fotogrametria modela a copa das árvores. Um levantamento que necessite de captar a superfície do solo requer um sensor capaz de ver através dela.
   
• Poucos locais de descolagem. O terreno plano e aberto é escasso. Cada deslocamento entre voos implica tempo a pé.
   
• Condições meteorológicas e altitude. O vento, o frio e o ar rarefeito reduzem o tempo de voo e põem à prova a estabilidade da aeronave.

Guizhou: 1,7 km² de terreno íngreme num único voo

O primeiro projeto abrangeu cerca de 1,7 quilómetros quadrados de montanha na província de Guizhou, com rios, campos em socalcos e vegetação densa e mista. O ponto mais alto situa-se a 1 200 metros e o desnível ao longo do local é de 324 metros. O operador necessitava de um modelo 3D da área para gerir o terreno e de um mapa topográfico à escala de 1:500 para a conceção de um empreendimento turístico.

A equipa utilizou o X500 com o AlphaAir 10, um sistema LiDAR e RGB com uma câmara full-frame integrada de 45 MP. O AlphaAir 10 devolve até 8 ecos por impulso, o que permite que o laser atinja o solo através das aberturas na copa das árvores, e o X500 voa até 50 minutos com este sistema a bordo.
 

A escolha do local de descolagem determinou o ritmo de todo o trabalho. A equipa escolheu um local plano a meio da montanha. Como os dados de posicionamento foram processados posteriormente em comparação com os dados da estação base na nuvem (PPK), o drone não precisou de uma ligação contínua a uma estação base no solo, e um único ponto de descolagem cobriu toda a área. O nosso guia sobre GNSS PPK e RTK para mapeamento com UAV explica a diferença entre os dois métodos.

A função de acompanhamento do terreno mantém o drone a uma altura constante acima do solo, em vez de acima do ponto de descolagem, pelo que a densidade de pontos se mantém uniforme desde o fundo do vale até ao cume. Com ventos de força 4 e uma temperatura média de 10 °C, o X500 captou a totalidade dos 1,7 quilómetros quadrados num único voo de 43 minutos e aterrou com 16 % de bateria restante. O seu sistema de deteção de obstáculos identificou árvores e uma torre de sinalização ao longo do percurso, e a ligação de vídeo de 20 km manteve o piloto em contacto com a aeronave durante todo o voo.

Dos dados brutos a um mapa topográfico à escala de 1:500

O processamento decorreu numa única cadeia de software. No CoPre, foram copiados 12,2 GB de dados em cinco minutos e processados através de um fluxo de trabalho guiado que descarrega automaticamente os dados da estação base na nuvem.

A nuvem de pontos colorida, a ortofotografia verdadeira e o modelo 3D ficaram prontos em meio dia. O CoProcess filtrou então a nuvem de pontos até ao solo e criou o DEM e as curvas de nível, elementos de um mapa topográfico que a fotogrametria aérea convencional não produz automaticamente. Não foram estabelecidos pontos de controlo no solo. Seis pontos de verificação medidos no terreno proporcionaram uma precisão vertical (RMSE) de 1,8 cm, dentro da norma do projeto.

Sichuan: Levantamento do traçado de uma linha elétrica a mais de 4 000 metros de altitude

O segundo projeto apresenta o mesmo fluxo de trabalho numa escala muito maior e em condições mais adversas. No planalto de Ganzi, em Sichuan, um projeto de transmissão de 135 km e 220 kV exigiu um levantamento topográfico para o traçado do percurso, juntamente com uma inspeção das torres e linhas existentes. O traçado atravessa cumes, pastagens, picos cobertos de neve, rios e desfiladeiros, entre 2 985 m e 4 461 m acima do nível do mar. A variação de altitude chega aos 1 476 m, a altitude média situa-se acima dos 4 000 m e, durante o levantamento, a temperatura média foi de -10 °C, com ventos fortes frequentes.

Três decisões tornaram o projeto exequível:
 

• Uma estação base local. A área não tem cobertura de rede RTK, pelo que a equipa instalou uma estação base GNSS num ponto de controlo conhecido nas proximidades.
   
• Seguimento do terreno. Com quase 1 500 metros entre o ponto mais baixo e o mais alto, uma altitude de voo fixa não era segura. As rotas seguiam o terreno e o perfil planeado era verificado em relação ao terreno antes de cada voo.
   
• Alimentação contínua. A equipa levou seis baterias substituíveis em funcionamento e uma estação de carregamento BS10, o suficiente para um dia inteiro no terreno. A BS10 tem capacidade para seis baterias e carrega-as de 20% a 90% em 40 minutos, funcionando também como um carregador portátil para tablets e telemóveis.
   

O X500 transportava um sistema LiDAR aéreo juntamente com uma câmara aérea C5 e concluiu a captura de dados em 26 voos. No CoPre, a equipa produziu a ortofotografia e uma nuvem de pontos a cores reais. As secções transversais através da vegetação mais densa nos desfiladeiros mostram uma superfície do solo contínua e com espaçamento reduzido, e dez pontos de verificação proporcionaram uma precisão vertical de 2,5 cm. O CoProcess construiu então o DEM e as curvas de nível para o desenho do percurso. Abordámos os resultados de campo deste levantamento, incluindo o ganho de eficiência em relação ao drone que o cliente utilizava anteriormente, no nosso artigo de 2025 sobre mapeamento aéreo com tecnologia UAV e LiDAR.

O que os dois projetos têm em comum

Províncias diferentes, altitudes diferentes e utilizações finais diferentes, mas o mesmo fluxo de trabalho manteve-se em ambos os casos:
 

1. Planear em função do terreno. O acompanhamento do terreno mantém a densidade dos pontos uniforme e a aeronave a uma altura segura ao longo de grandes desníveis.
    
2. Reduzir os locais de descolagem. Um tempo de voo prolongado e uma ligação de vídeo de 20 km significam menos mudanças de local, o que é fundamental em locais onde é difícil encontrar terreno plano.
    
3. Veja através da copa das árvores. Vários sinais de retorno por impulso de laser atingem o solo por baixo da vegetação, pelo que o DEM descreve o terreno e não as copas das árvores.
    
4. Processe numa única cadeia. O CoPre e o CoProcess transformam os dados, desde a captura em bruto até aos resultados finais, sem transferências manuais entre programas.

Um inquérito, vários resultados

Como todos os cinco provêm de uma única campanha de voo, as equipas não têm de regressar ao local para recolher dados em falta, o que é moroso e dispendioso em terrenos montanhosos. Nos locais onde não é permitido voar, um fluxo de trabalho baseado em terra pode realizar a mesma tarefa, como no nosso projeto de mapeamento topográfico RS10 numa zona de proibição de voo. Para conhecer a gama completa de sistemas aéreos e terrestres, consulte as nossas soluções de mapeamento móvel 3D.

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Sobre a CHC Navigation

A CHC Navigation (CHCNAV) desenvolve soluções avançadas de cartografia, navegação e posicionamento concebidas para aumentar a produtividade e a eficiência. Atuando em setores como o geoespacial, a agricultura, o controlo de máquinas e a autonomia, a CHCNAV oferece tecnologias inovadoras que capacitam os profissionais e impulsionam o avanço do setor. Com uma presença global que abrange mais de 140 países e uma equipa de mais de 2 200 profissionais, a CHC Navigation é reconhecida como líder no setor geoespacial e não só. Para mais informações sobre a CHC Navigation [300627.SZ], visite: https://geospatial.chcnav.com/about/overview