Utilização de drones na floresta: muito além do óbvio · altura média e de grau de cobertura do povoamento, boas estimativas de produção de cortiça ao nível do povoamento

Utilização de drones na floresta: muito além do óbvio

Paula SoaresInstituto Superior de Agronomia

Utilização de drones na floresta: muito para além do óbvio – 12 de abril 2016

http://www.slideshare.net/SumantDiwakar/history-of-remote-sensing

1860 - balão James Wallace Black(imagem de Boston)

http://mentalfloss.com/article/55081/spy-pigeons-and-other-

great-moments-history-aerial-photography

1889 - papagaio papelArthur Batut (imagem de Labruguiere)

1903 - pomboBavarian Pigeon Corps

1906 - foguetãoAlbert Maul(Alemanha)


Drone (fins recreativos/comerciais)UAV – Unmanned Aerial VehiculeVANT – Veículo Aéreo Não Tripulado





SANT - Sistema Aéreo Não Tripulado

plataforma + catapulta

sensor

estação de solo

operador

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

video


Plataformas VANT

Asa fixa – tipo avião Asa rotativa – tipo helicóptero ou multicóptero

https://www.microdrones.com/


Sensores

Tipos:

RGBCIR (R, G, NIR)Multiespetral (3-6 canais)Hiperespetral (300 canais)TérmicoLaser/Lidar

https://www.microdrones.com/en/products/equipment/


VANT e sensor laser (LIDAR)

Os sensores laser (LIDAR – Light Detection and Ranging), ao permitirem obterelevadas densidades de pontos (60-1500 pontos/m2), conduzem a resultadosprecisos ao nível da árvore.

Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation


VANT e sensor laser (LIDAR)

Os sensores laser (LIDAR – Light Detection and Ranging), ao permitirem obterelevadas densidades de pontos (60-1500 pontos/m2), conduzem a resultadosprecisos 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 altitudeconsequência do baixo poder do laser

- elevado custo do equipamento

Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation


Especificações do sistema SANT

Exemplos para condições normais, VANT de asa fixa e câmara RGB

Função do VANT e do sensor

Peso máximo à descolagem 2 kg

Tempo de voo máximo 45 min - 2 h

Velocidade de cruzeiro 50 - 60 km/h

Distância máxima avião – estação de solo 15 - 20 km

Resolução espacial das fotografias aéreas 4 - 5 cm/pixel

Altura de voo 100 - 300 m

Produtividade (área por hora) 150 - 200 ha/h

Função do VANT e do sensor

Em Espanha limitado a 120 m


Comparado com as plataformas tradicionais de aquisição de dados de DR (ex.,satélites e aeronaves tripuladas), os VANT são mais eficientes quando usados paramapear, 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 ehorizontal) das suas componentes e que é função da composição do(s) povoamento(s) edas espécies que o(s) caracterizam, do estado de desenvolvimento das árvores, daspráticas 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 objetose tempo de processamento de imagem)

Quantificação da produção - inventário


Floresta – exploração florestal

Otimização do percurso do harvester para extração de madeira derrubada pelo vento

https://issuu.com/trkommunikation/docs/jf_1_2014_pt_issuu - Just Forest nº 1, 2014

Localização das árvores derrubadas em ortofotomapas

Importação dos ortofotomapas para um SIG


Floresta – alterações da floresta

_________________________________________________________________________________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.

Nomeadamente:1. alteração do uso do solo2. substituição de espécies florestais3. desflorestação4. 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.


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 pelautilização de canais de RGB einfravermelho

Aplicación de los datos de observación de la Tierraal seguimiento fitosanitario de masas forestales.Alonso et al 2015.



Cálculo de índices de vegetação pelautilização de canais de RGB einfravermelho

Aplicación de los datos de observación de la Tierraal seguimiento fitosanitario de masas forestales.Alonso et al 2015.

identificação de pontosnas copas com uma corRGB na gama doscastanhos

desafios do algoritmo:- excluir troncos e ramos;- excluir zonas defronteira chão-copa paraeliminar interpolaçãoentre a cor dos pontos dechão (de cor maisacastanhada, sobretudono verão) e de copa

Quantificação automática deáreas de descoloração

A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados noinventário 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 emapeamento de áreas ardidas

_________________________________________________________________________________Automatic forest-fire measuring using ground stations and unmanned aerial systems. Martinez et al 2011. Sensors 11(6):6328–6353An 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, diversidadede situações, problemas com o sub-coberto……)


Floresta - inventário

inventário de recursos florestaisimplica a caracterização de uma determinada área florestal

monitorização de recursos florestaistem como objetivo a avaliação das alterações dos recursos

Tradicionalmente, a inventariação e a monitorização de recursos florestais são baseadasem técnicas de amostragem.Assim, o resultado do inventário florestal vem afetado do erro de amostragem o qual sedeve ao facto de não se ter medido o povoamento todo mas apenas um conjunto maiorou menor de parcelas.



+ + =



+ + =

Número de parcelas função da variabilidade da população e do erro pretendido





+ =



Fotografia de alta resolução(sobreiro)

ortofotomapas(sobreiro)

reconstrução 3D

(pinheiro manso)

(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 adensidade atual é de 63 arv/ha

Resultados: Modelo Digital de Superfície (MDS), Modelo Digital de Terreno (MDT) e Modelo de Altura doCopado (MAC); 100% das árvores detetadas, R2 0.81 e 0.95 para a relação valores campo/estimativasimagens para a altura e o diâmetro da copa, respetivamente

_________________________________________________________________________________Using high resolution UAV imagery to estimate tree variables in Pinus pinea plantation in PortugalGuerra-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 demontado 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 comuma cor RGB na gama dos castanhos (testar o uso de imagens multiespectrais), boas estimativas dealtura média e de grau de cobertura do povoamento, boas estimativas de produção de cortiça ao níveldo povoamento_________________________________________________________________________________A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no inventário florestal – o caso do montado de sobroSoares et al., 2015. Conferência Nacional de Cartografia e Geodesia. ISBN: 978-989-8152-10-7







“As imagens obtidas pelossensores permitem verificar afalta de água e de nutrientesbem como a eficácia de umtratamento contra uma pragaou determinar a mortalidadede plantas recentementeplantadas, após dias de geadaou de seca.” Jan Jacob Keizer,UA, projeto LUNA


Conclusões

Os VANT permitem a recolha de informação geoespacial detalhada em tempo real e a custosrelativamente baixos

Os VANT podem transportar diferentes tipos de sensores tornando mais vasto o campo de aplicação naárea florestal

A interpretação de informação obtida a partir de imagens adquiridas por VANT deve sersuportada/complementada por conhecimento e informação de campo

A validação, com base em observações de campo, de estimativas efetuadas a partir da análise defotografias 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.


Agradecimentos:

Juan Guerra (CEF/ISA)Paulo Firmino (CEF/ISA)SpinWorks (Francisco Câmara)TerraDrone (Alexandre Sarmento)Albatroz Engineering, Research, Development, Innovation (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

Potential Resin Yield for the Maritime Pine Forest of Castro Daire, Portugal


Obrigada pela vossa atenção

[email protected]

tel. 21 365 3353ISA – Edifício Florestal

Tapada da Ajuda1349 017 Lisboa

mailto:[email protected]

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