Tudo o que você precisa saber sobre como o drone LiDAR está revolucionando o mapeamento e os dados geoespaciais
Por DJI Empresarial DJI Enterprise
Drones equipados com câmeras dão às empresas um par extra de olhos no céu, fornecendouma nova perspectiva sobre as operações que acontecem no solo. Em setores tão variados quanto construção, serviços de emergência, agricultura e serviços públicos, os drones estão agregando valor.
A tecnologia de sensores em veículos aéreos não tripulados (UAVs) está em constante evolução, o que significa que essas aeronaves não estão apenas tirando fotos e vídeos padrão. Um dos últimos desenvolvimentos em carregamentos de UAV envolve o uso de sistemas de detecção e alcance de luz (LiDAR) cada vez mais avançados.
Ao implementar um drone equipado com um sensor LiDAR, as empresas podem fazer leituras aéreas mais precisas, criando modelos 3D com precisão centimétrica e detectando características que seriam invisíveis para métodos menos sofisticados.
Longe de ser uma área de tecnologia de nicho, o LiDAR está alcançando todos os tipos de indústrias que precisam de serviços de mapeamento e coleta de dados geoespaciais. Ao rastrear os usos mais recentes de drones com sensor LiDAR, você pode determinar se esses UAVs úteis se encaixam nos planos do seu negócio.
Sopreco – Dados de Nuvem de Pontos L1
O que é LiDAR?
LiDAR é uma forma de tecnologia de sensoriamento remoto. Em vez de empregar câmeras fotográficas convencionais, os sensores LiDAR enviam pulsos de laser rápidos e capturam as respostas — usando esses pontos de dados para mapear uma área com grande precisão e exatidão.
O sistema LiDAR cria uma nuvem de pontos com os dados pingando de volta dos objetos no chão. Esses pontos são a matéria-prima para modelos 3D. Embora a montagem desses modelos exija software especializado — e especialistas que saibam como usá-lo — o processo é relativamente rápido e gera mapas de alta qualidade com tamanhos de arquivo pequenos.
Deve-se notar, no entanto, que essas imagens 3D não têm detalhes fotográficos. Por exemplo, os pulsos de laser em si não darão a você as cores dos itens no chão. Esses dados terão que vir de uma fonte alternativa, como um sensor adicional.
A tecnologia LiDAR viu alguns desenvolvimentos nos últimos anos — a saber, os módulos de sensores estão se tornando mais acessíveis e significativamente mais leves. Isso permitiu a rápida evolução dos sistemas de drones LiDAR, com novos modelos surgindo e permitindo que as empresas apliquem a tecnologia a mais casos de uso.
Em vez de ser o trabalho de uma única empresa, os sistemas LiDAR estão em desenvolvimento por vários provedores, incluindo Livox e Velodyne . Integradores de sistemas como GreenValley , YellowScan , Emescent e LiDARUSA são responsáveis por transformar os componentes de tecnologia em módulos comercialmente utilizáveis.
Com essas opções diante delas, algumas organizações podem considerar adotar o LiDAR para funções que antes eram atendidas por outros métodos de levantamento, como fotogrametria. Em outros casos, empresas que já empregaram levantamentos LiDAR baseados em solo podem voar com drones.
Onde quer que haja necessidade de levantamento e modelagem com precisão de nível centimétrico, o LiDAR pode ser a nova tecnologia de escolha. Nos próximos anos, impulsionada pela maior disponibilidade dos sistemas, a adoção pode se expandir para novos setores e casos de uso.
Nuvem de Pontos – Inspeção de Linhas de Energia
LiDAR vs. Fotogrametria: qual é a diferença?
Organizações que já usam fotogrametria aérea como seu método de escolha de levantamento e mapeamento podem se perguntar se ganhariam valor com uma mudança para LiDAR. Primeiro, é importante definir fotogrametria e explicar seus usos e limitações potenciais.
Fotogrametria é o processo de usar inúmeras fotografias para determinar a distância. Drones de fotogrametria voam sobre uma paisagem ou estrutura e tiram fotos, que são montadas em modelos 2D ou 3D via software. Esses modelos são usados em construção, agricultura, mineração e qualquer indústria com necessidade de mapeamento frequente.
Comparados ao LiDAR, os sistemas de fotogrametria podem ter dificuldade para captar objetos muito pequenos e finamente detalhados — por exemplo, enquanto os pulsos do LiDAR podem captar linhas de energia, as fotos tiradas pelos módulos de fotogrametria podem não detectar os fios. O LiDAR também é capaz de penetrar na vegetação para capturar o formato do terreno subjacente, e pode até mesmo funcionar no escuro.
O principal motivo para escolher a fotogrametria tem sido sua relativa acessibilidade. Com módulos mais leves e acessíveis, é uma opção para empresas que não precisaram do nível extra de precisão habilitado pelos dados LiDAR. Além disso, o software para montar nuvens de pontos a partir de dados brutos de fotogrametria é mais comum e frequentemente usado do que a alternativa LiDAR.
À medida que os custos e o peso do LiDAR diminuem, a matemática pode mudar para alguns desses negócios, incentivando uma maior adoção do LiDAR. Além disso, é possível usar o LiDAR de drones junto com outros métodos de mapeamento para criar modelos mais detalhados no geral. Isso é importante em casos em que o produto final deve ser fotorrealista, porque, como observado, os pulsos do LiDAR não capturam as cores dos objetos.
Por que usar um drone LiDAR?
Voar um drone LiDAR é uma maneira de coletar informações de forma rápida e segura sobre qualquer tipo de local ou recurso terrestre. Isso abrange uma variedade de usos — desde realizar inspeções de segurança até inspecionar o progresso da mineração ou agricultura ou até mesmo estimar o tamanho de um estoque de recursos do ar.
Criar modelos 3D precisos de paisagens e estruturas é moleza para empresas que operam frotas de drones LiDAR. Eles também podem receber atualizações ao longo do tempo, por exemplo, para rastrear o progresso de um edifício em construção e medi-lo em relação a planos e esquemas.
O LiDAR permite cenários que podem ter exigido muita precisão para sistemas de fotogrametria. Por exemplo, os operadores agora podem mapear linhas de energia e reconstruir cenas de acidentes com nuvens de pontos 3D altamente detalhadas geradas por módulos LiDAR.
Também há situações em que as empresas não escolherão se afastar da fotogrametria em favor do LiDAR. Em vez disso, elas usarão ambos os tipos de soluções, para que sempre tenham o tipo certo de sensor para o trabalho em questão. Isso está se tornando mais fácil à medida que as organizações investem em opções de chassis de drone versáteis e capazes que podem suportar vários módulos de sensor.
Drones LiDAR vs. LiDAR terrestre
Uma questão adicional que os líderes de empresas devem se perguntar ao decidir se devem usar sistemas de drones LiDAR é se eles seriam mais bem atendidos com módulos LiDAR baseados no solo. Essas opções baseadas em terra, de provedores como Faro e Trimble, são altamente precisas, fornecendo varredura em nível de milímetro.
A desvantagem de usar LiDAR no solo é a falta de eficiência. Voar um drone sobre um local permite que os pesquisadores realizem mais trabalho em menos tempo, ao mesmo tempo em que alcançam áreas de difícil acesso, em comparação ao processo às vezes tedioso de operar scanners a laser baseados no solo.
Desde que uma organização possa tolerar uma precisão de +/- 5 cm ao criar modelos 3D a partir de nuvens de pontos, sensores aéreos montados em um drone LiDAR fornecem uma abordagem muito mais eficiente para mapeamento e levantamento topográfico.
Antes da demolição de uma torre de resfriamento de reator na França, a empresa de demolição precisava criar modelos 3D precisos para que o processo pudesse ser realizado de forma precisa e exata. Os métodos tradicionais de inspeção seriam inseguros devido à presença de amianto na tinta das torres. Além disso, o cronograma do trabalho era apertado, o que significava que o levantamento topográfico teria que ser realizado à noite.
Diante dessas condições desafiadoras, a equipe usou drones de fotogrametria e LiDAR para criar modelos 3D das torres. Enquanto boa parte do trabalho diurno foi realizado com fotogrametria, o LiDAR foi trazido para o trabalho noturno e crepuscular, produzindo nuvens de pontos 3D que rapidamente se tornaram modelos 3D detalhados.
Leia o estudo completo para saber mais sobre como o UAV LiDAR funciona no local de trabalho.
Drones LiDAR em ação: principais casos de uso
Adicionar UAVs LiDAR é uma ótima maneira para empresas de todos os setores mapearem e pesquisarem de forma mais eficaz. É impressionante quantos cenários de implantação exclusivos suportam a tecnologia LiDAR de drones. Alguns desses casos também podem incorporar fotogrametria, enquanto outros são totalmente novos e impulsionados pelo advento de drones LiDAR acessíveis.
Topografia para pequenos lotes
Sempre que houver necessidade de realizar um levantamento aéreo preciso de um lote de terra, um drone LiDAR pode ser a ferramenta ideal. Enquanto um grande lote de terra pode ser mais adequado para um sobrevoo com um avião ou um helicóptero tripulado, a tecnologia de drones é ideal para lotes pequenos.
Usar um drone como ferramenta de topografia é mais acessível do que comissionar, equipar e abastecer uma aeronave padrão. Além disso, os drones usam um pequeno UAV, que não exige que os pilotos voem sobre o local, tornando-o uma opção mais segura. Alguns operadores posicionados no solo podem mapear a área de forma rápida e metódica e seguir em frente.
Levantamento topográfico e batimétrico
Além de levantamentos menores, drones LiDAR podem usar sensores para capturar grandes áreas topográficas, assumindo o trabalho que tradicionalmente seria realizado por aviões ou helicópteros. No caso de um levantamento terrestre, o drone usa um laser quase infravermelho.
Ao voar sobre a água e usar uma luz verde penetrante na água, os drones LiDAR também podem coletar leituras sobre a profundidade do fundo do mar ou do leito do rio em uma determinada área. Ao criar mapas que incorporam dados batimétricos, os drones LiDAR podem cobrir tanto a terra quanto o mar.
Modelagem digital do terreno antes do trabalho
Quando as empresas estão em processo de preparação para grandes trabalhos de movimentação de terra, é importante ter um mapa do local em 3D. É aqui que um modelo digital de terreno (DTM) preciso — criado por meio de uma nuvem de pontos 3D LiDAR — pode ser essencial.
A movimentação de terra geralmente é paga por metro de terra escavada, o que significa que, para fins de planejamento orçamentário, as empresas precisam saber exatamente com o que estão lidando em uma determinada área, usando imagens 3D. O LiDAR pode penetrar na vegetação e em outras características para fornecer leituras precisas sobre a topografia de um determinado local.
Mapeamento e reconstrução de cenas de acidentes
Drones de todos os tipos estão se tornando mais populares na segurança pública — por exemplo, drones térmicos podem procurar pessoas desaparecidas, mesmo à noite. No caso de drones LiDAR, a tecnologia é ideal para reconstruções complexas de cenas de acidentes. As equipes podem realizar esse trabalho a qualquer hora do dia, porque o LiDAR não requer luz para funcionar.
Reconstrução de colisões em condições de pouca luz com LiDAR
Após a captura do modelo 3D altamente preciso, as equipes podem limpar a cena do acidente. Essa pontualidade é especialmente importante quando o local do acidente está obstruindo o tráfego. Os dados do drone LiDAR podem então servir como evidência em quaisquer processos judiciais decorrentes do acidente. Observe que a fotogrametria também é uma excelente opção para reconstrução de cena de acidente e mapeamento de emergência, sobre os quais você pode aprender mais em nosso Guia de Mapeamento de Emergência abaixo.
Silvicultura
Medir o inventário de uma floresta usada para produção de xarope, pape ou madeira pode ser difícil ou demorado devido às grandes áreas envolvidas. Empresas que não usam drones LiDAR podem ter que confiar em estimativas baseadas em palpites dos trabalhadores.
O LiDAR pode medir a altura das copas e a densidade das árvores
Um drone LiDAR não só pode dar leituras precisas de métricas como altura do dossel e densidade de árvores, os sensores envolvidos são precisos o suficiente para dar leituras sobre árvores individuais. Os drones LiDAR podem até funcionar com pouca luz quando a visibilidade é limitada.
Agricultura de precisão
Basear práticas agrícolas em dados precisos se tornou mais popular nos últimos anos, com drones fotográficos ajudando em tudo, desde o planejamento de safras até o rastreamento de rebanhos. Drones LiDAR podem adicionar um novo nível de precisão às projeções, permitindo que os fazendeiros respondam às condições em seus campos.
Um dos principais usos dos drones LiDAR na agricultura é fornecer dados de terreno 3D, o que permite que os operadores construam diques em seus campos de arroz. Outro uso é medir o progresso das plantações, permitindo que os fazendeiros usem fertilizantes de forma mais direcionada.
Inspeção de linhas de energia
Embora os operadores de serviços públicos possam ter lutado para medir pequenos componentes de infraestrutura (incluindo linhas de energia) antes do advento dos sistemas UAV LiDAR acessíveis, agora eles podem realizar inspeções aéreas. A varredura de linhas de energia do ar permite que os pesquisadores meçam fatores de risco, como a invasão de vegetação.
Cabos de energia LiDAR com medição GIF
Seja fazendo leituras sobre o status atual da infraestrutura da rede elétrica ou planejando construir novas linhas de energia, os provedores de serviços públicos podem contar com modelos 3D de drones LiDAR. O fato de os veículos voarem significa que eles podem cruzar terrenos acidentados com mais facilidade e segurança.
Mineração
As empresas de mineração podem medir o espaço de extração de minério com minas. Ao calcular dados de superfície e comparar leituras atuais com as passadas, os mineradores podem determinar o progresso de suas operações. Os drones fornecem uma opção mais econômica em comparação com o levantamento de aviões e são mais seguros e eficientes do que a varredura terrestre.
Enviar drones para minas é outra maneira valiosa de coletar dados enquanto coloca a segurança em primeiro plano. O SLAM LiDAR pode servir como uma ferramenta de detecção de colisão, ao mesmo tempo em que permite que o drone mapeie o interior de uma mina. Após uma detonação planejada, um drone pode entrar em um poço primeiro, certificando-se de que a estrutura esteja sólida o suficiente para que humanos entrem.
Matrice 300 RTK com um Hovermap Emesent
Arqueologia
Drones LiDAR são bons em mapear os contornos exatos de estruturas — e essas construções não precisam ser novas. Ao usar UAVs em um sítio arqueológico, os pesquisadores podem obter uma imagem clara do tamanho e da localização relativa de todas as características relevantes do terreno, bem como quaisquer remanescentes criados pelo homem.
Mapear um sítio arqueológico com um UAV LiDAR é rápido e eficiente em comparação com métodos de mapeamento e escaneamento baseados em terra. Como os drones podem cobrir grandes áreas, os arqueólogos podem redescobrir áreas “perdidas” inteiras em um curto espaço de tempo, mesmo que esses sítios compreendam cidades antigas inteiras.
Medições de volume de estoque
As empresas de construção estão indo além do levantamento topográfico e usando os sistemas para outras funções, como medição de estoque. Escanear repetidamente um estoque de materiais permite que uma empresa determine a taxa de uso, permitindo que os líderes reordenem no momento certo.
Entender cada aspecto de um local de trabalho permite operações mais eficientes no geral. Observar o quanto um estoque muda em volume ao longo do tempo é possível com sensores precisos, como LiDAR, e montá-los em drones é uma maneira eficiente de colocar essas soluções em ação.
Principais opções de drones LiDAR
Com os drones LiDAR se tornando mais amplamente disponíveis, os compradores de tecnologia podem começar a comparar opções de hardware para encontrar o UAV e o carregamento de sensores perfeitos para seus propósitos. O Zenmuse L1 , um modelo de sensor LiDAR disponível da DJI, é uma opção valiosa para empresas devido ao seu amplo conjunto de recursos , incluindo:
Uma unidade de medição inercial integrada, capaz de fornecer precisão de nível de levantamento de 5 cm e precisão absoluta de 10 cm, tudo a uma altitude de 50 metros.
Um gimbal estabilizado de 3 eixos, que permite controle de montagem totalmente automático por meio da integração com o sistema de gerenciamento de voo da DJI.
Um sensor CMOS de 1 polegada e 20MP, que registra dados de foto e vídeo. Isso permite que os usuários apliquem dados de cor a nuvens de pontos LiDAR, junto com outras funcionalidades.
Suporte para três retornos por disparo de laser, proporcionando maior grau de precisão ao penetrar em folhagens densas e medir a topografia do terreno abaixo.
Um modo de varredura não repetitivo que oferece um maior grau de resolução para dados em comparação a uma linha de varredura regular quando um drone registra uma única área por um longo período. Certificação IP54, atestando que o L1 pode funcionar em condições climáticas adversas, como neblina, fumaça e neve.
Zenmuse L1 em um gimbal estabilizado de 3 eixos
O L1 foi projetado para ser implantado com o versátil e poderoso Matrice 300 RTK . que é montado com vários gimbals para permitir que os operadores usem várias cargas úteis de sensores ao mesmo tempo. Os dados da nuvem de pontos do drone podem então ser montados em modelos 3D com o software DJI Terra . Com este UAV LiDAR em ação, empresas de construção a segurança pública, agricultura, mineração e muito mais podem transformar seus fluxos de trabalho diários.
Proprietários de L1 podem otimizar suas operações com L1 consultando o L1 Operation Guidebook V1.1. Este recurso abrange em profundidade tudo o que você precisa saber sobre seu L1, desde especificações e configurações, até quais parâmetros usar para quais cenários, calibração de carga útil, planejamento de missão e processamento de dados com DJI Terra.
Publicado originalmente em https://enterprise-insights.dji.com/blog/lidar-equipped-uavs – DJI Enterprise
https://enterprise-insights.dji.com/learning-center/drones-in-construction-guidebook
https://enterprise-insights.dji.com/blog/lidar-vs-photogrammetry
https://enterprise-insights.dji.com/learning-center/creating-maps-and-models-for-emergency-response
