Sistemas de mapeamento móvel: fluxos de trabalho baseados em terra vs. baseados em drones

O mapeamento móvel consiste na captura de dados 3D precisos enquanto uma plataforma de sensores se encontra em movimento, em vez de se limitar a medições a partir de pontos de levantamento fixos. Atualmente, são utilizadas duas abordagens: sistemas de mapeamento móvel terrestres, montados num veículo, num carrinho ou numa mochila, e sistemas de mapeamento com drones que sobrevoam o local. Ambos podem produzir conjuntos de dados 3D georreferenciados, mas adaptam-se a diferentes ambientes, resultados esperados e restrições operacionais. Este guia explica como funciona cada fluxo de trabalho e como escolher entre eles.

O que é um sistema de mapeamento móvel?

Um sistema de mapeamento móvel transporta uma carga útil de posicionamento e deteção que regista o ambiente de forma contínua à medida que a plataforma se desloca. Na maioria dos sistemas profissionais, esta carga útil combina um recetor GNSS, uma unidade de medição inercial, um sensor LiDAR ou uma câmara e software que sincroniza e processa os dados, transformando-os num conjunto de dados georreferenciados. Em ambientes com cobertura GNSS limitada ou em espaços interiores, também podem ser utilizados métodos adicionais, como SLAM, odometria ou pontos de controlo, para garantir a precisão da trajetória. Enquanto uma estação total ou um scanner a laser estático efetua medições a partir de uma única posição de configuração, um sistema móvel mapeia um corredor ou uma área numa única passagem contínua, o que o torna eficiente para locais de grandes dimensões, lineares ou com acesso restrito. O AU20 MMS é um exemplo de um sistema montado em veículo concebido para levantamentos rodoviários, mapeamento de infraestruturas e captura de dados 3D de alta densidade.

Como é que um sistema de mapeamento móvel mantém a sua precisão

A precisão num levantamento em movimento resulta da combinação de várias fontes de posicionamento, em vez de depender de um único sensor. Um recetor GNSS situa a plataforma num sistema de coordenadas global, enquanto correções em tempo real ou pós-processadas, como RTK ou PPK, melhoram a solução de posicionamento. A unidade de medição inercial monitoriza a inclinação longitudinal, a inclinação lateral, o rumo e a aceleração várias vezes por segundo, ajudando a manter a trajetória quando a visibilidade do GNSS é brevemente reduzida. Em alguns sistemas terrestres, especialmente em fluxos de trabalho com mochilas, em interiores, em túneis ou em ambientes urbanos, o SLAM pode acrescentar outra camada de informação, comparando as varreduras LiDAR com a geometria circundante. Isto ajuda a estimar o movimento onde o GNSS é fraco ou indisponível, mas não elimina a necessidade de boas práticas de levantamento: a calibração dos sensores, a sincronização temporal, o fecho do ciclo, os pontos de controlo e as verificações da qualidade da trajetória continuam a ser importantes. O software de levantamento reúne estes elementos numa trajetória, e cada ponto ou imagem do LiDAR é então associado a essa trajetória, transformando os dados do sensor em movimento num conjunto de dados mensurável e georreferenciado.

Mapeamento móvel a partir do solo

Os sistemas terrestres captam o mundo ao nível da rua. Montados num automóvel, veículo de levantamento, carrinho ou mochila, registam o que uma pessoa ou um veículo consegue ver: pavimentos, lancis, fachadas, sinalização, infraestruturas de serviços públicos, infraestruturas ferroviárias, túneis e estruturas verticais. Como o sensor passa frequentemente muito próximo destas características, a nuvem de pontos resultante pode ser densa e detalhada, o que torna o mapeamento móvel terrestre particularmente adequado para corredores rodoviários e ferroviários, levantamentos urbanos, inventários de infraestruturas, túneis e espaços interiores.
 

As plataformas terrestres também podem ser eficazes em locais onde o acesso aéreo é limitado ou onde os detalhes verticais são a prioridade. Em canyons urbanos, sob a copa das árvores ou no interior de túneis, o GNSS pode apresentar degradação do sinal ou estar indisponível, pelo que o sistema tem de depender mais fortemente da IMU, do SLAM, da odometria e dos controlos de pós-processamento. Estes métodos podem garantir a continuidade, mas o seu desempenho depende do ambiente, do comprimento da trajetória, da geometria dos elementos e do fluxo de trabalho de processamento. A desvantagem reside na linha de visão e no acesso: um sistema terrestre mapeia aquilo por onde consegue passar de veículo ou a pé, pelo que telhados, terrenos inacessíveis, terrenos abertos afastados do percurso e locais fechados podem ser mais difíceis de capturar apenas a partir do solo.

Cartografia com recurso a drones

O mapeamento com drones altera a perspetiva, captando o local a partir de cima. Um drone de levantamento voa numa missão planeada sobre a área e recolhe imagens, dados LiDAR ou ambos. Isto torna-o uma excelente opção para grandes áreas, terrenos abertos, pedreiras, pilhas de material, terrenos agrícolas, trabalhos de terraplenagem e locais que são inseguros ou de difícil acesso a pé. Uma plataforma como o drone X500 consegue cobrir áreas cujo acesso direto levaria muito mais tempo a uma equipa no terreno.
 

A escolha da carga útil determina o tipo de dados produzidos. Uma câmara permite a realização de fotogrametria, ortofotografias, modelos texturizados e nuvens de pontos derivadas de imagens. Uma carga útil LiDAR para UAV, como o LiDAR AlphaAir 10 para UAV, mede a distância diretamente e pode captar múltiplos sinais de retorno da vegetação e das superfícies do solo, ajudando as equipas a modelar terrenos com solo descoberto de forma mais eficaz do que apenas com imagens. O mapeamento por drone é mais eficaz quando o levantamento requer uma cobertura de área ampla e uma visão de cima para baixo. É menos eficaz para superfícies ocultas quando vistas de cima, tais como fachadas de edifícios, estruturas inferiores, ativos verticais densos ou áreas sob uma copa de árvores densa, onde poucos sinais de laser chegam ao solo.

O que um levantamento de mapeamento móvel proporciona

Independentemente da plataforma utilizada para a recolha dos dados, o resultado é um conjunto de dados 3D georreferenciado que pode ser transformado em vários produtos finais. O produto principal é, frequentemente, uma nuvem de pontos, um conjunto denso de pontos medidos ou calculados que representam superfícies visíveis. A partir daí, as equipas podem obter ortofotos, mapas à escala, modelos digitais de elevação, modelos digitais de terreno, curvas de nível, secções transversais, inventários de ativos e modelos 3D para conceção ou inspeção.
 

Como os dados estão ligados a um sistema de referência de coordenadas, os conjuntos de dados terrestres e aéreos podem, muitas vezes, ser combinados num modelo mais completo. Os levantamentos repetidos também podem ser comparados para detetar alterações, medir volumes, monitorizar o progresso da construção ou atualizar registos de infraestruturas. A plataforma determina o que é mais fácil de extrair: um sistema terrestre é mais eficaz em detalhes verticais de curta distância, tais como fachadas, túneis, infraestruturas rodoviárias e corredores ferroviários, enquanto um levantamento aéreo é mais eficaz em terrenos de grande extensão, superfícies abertas, telhados, pilhas de material e áreas de difícil ou inseguro acesso a pé.

Comparação rápida entre sistemas terrestres e sistemas com drones

Escolher o fluxo de trabalho adequado

A decisão depende geralmente da configuração do local, dos resultados pretendidos e dos pontos em que é necessário um maior nível de detalhe. Opte por um sistema de mapeamento móvel terrestre quando o alvo for um corredor ou um ambiente construído, quando as fachadas e os elementos à beira da estrada forem importantes, ou quando o levantamento tiver de captar detalhes ao nível da rua. É também uma excelente opção para túneis, espaços interiores e percursos onde seja necessário o mapeamento repetido de elementos.
 

Opte por um fluxo de trabalho baseado em drones quando o local for extenso ou aberto, quando o acesso for difícil ou inseguro, ou quando for necessária uma ampla cobertura do terreno a partir do ar. O LiDAR por drone também pode ser útil em locais com vegetação e onde o projeto exija a modelação do terreno sob uma cobertura parcial da copa das árvores.
 

Em muitos projetos, os dois fluxos de trabalho são complementares, em vez de concorrentes. Um drone pode capturar o terreno mais amplo, telhados e áreas abertas, enquanto um sistema terrestre preenche ruas, fachadas, túneis e detalhes por baixo de saliências ou coberturas. Quando ambos os conjuntos de dados são processados no mesmo sistema de coordenadas, podem ser combinados num modelo 3D mais completo. É na escolha da combinação certa que uma equipa de levantamento experiente acrescenta mais valor.

Perguntas frequentes sobre mapeamento móvel

Qual é a diferença entre o mapeamento móvel e o mapeamento com drones?

O mapeamento móvel é a prática geral de recolher dados geoespaciais enquanto a plataforma sensorial se encontra em movimento. O mapeamento móvel terrestre é realizado por um veículo, um carrinho ou uma mochila. O mapeamento por drone é um fluxo de trabalho aéreo que utiliza imagens de UAV, LiDAR ou ambos. Ambos podem produzir dados 3D georreferenciados, mas captam o local a partir de diferentes pontos de vista.

O mapeamento com drones é mais preciso do que o mapeamento a partir do solo?

Nenhum dos dois fluxos de trabalho é, por si só, mais preciso. A precisão depende da carga útil do sensor, do método de correção GNSS, da qualidade da IMU, da calibração, dos pontos de controlo, do fluxo de trabalho de processamento, das condições de voo ou de condução e do resultado final pretendido. Os sistemas terrestres captam frequentemente detalhes de curta distância em ruas e estruturas, enquanto os drones cobrem áreas amplas ou de difícil acesso a partir do ar. Muitos projetos utilizam ambos.

O mapeamento móvel pode funcionar sem um sinal GNSS?

O mapeamento móvel a partir do solo pode prosseguir durante interrupções curtas ou controladas do GNSS, recorrendo à IMU, ao SLAM, à odometria e aos pontos de controlo, dependendo do sistema e do ambiente. No entanto, a precisão deve continuar a ser verificada através de um processamento adequado e de um controlo de qualidade. O mapeamento profissional com drones requer, geralmente, condições adequadas do GNSS para a navegação em voo e para uma georreferenciação precisa.
 

Para conhecer as plataformas e as cargas úteis subjacentes a ambas as abordagens, explore as soluções de mapeamento móvel e captura da realidade da CHC Navigation 3D.

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Sobre a CHC Navigation

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