Geração e análise de produtos cartográficos por fotogrametria com o uso de structure from motion – multi view stereo

Abstract

Devido à importância da execução de levantamentos tridimensionais de superfícies e sua representação cartograficamente, existem diversas metodologias para a realização desse tipo de trabalho. Por isso o valor dos instrumentos ou sensores a serem utilizados, a qualidade e quantidade requeridas dos dados, bem como sua precisão, o rigor necessário durante as atividades de campo e o tempo despendido para realizá-las são os principais fatores que influenciam na escolha do tipo de técnica de ser aplicada conforme a finalidade do levantamento. Nesse sentido, o método de fotogrametria que faz uso do processamento das imagens por algoritmos de Structure from Motion e Multi-View Stereo (SfM-MVS) surgiu como uma alternativa consideravelmente mais acessível financeiramente que a fotogrametria tradicional e que os equipamentos de varredura, uma vez que os sensores utilizados podem ser de câmeras digitais não métricas, permitindo também a versatilidade do uso de plataformas como pipas, balões, veículos aéreos não tripulados (VANTs), bastões telescópicos e até mesmo sem acoplar a câmera em nenhum instrumento. Além disso, por não requerer pontos de controle para solucionar a geometria da superfície, apenas para referenciá-la, o operacional relacionado ao apoio de campo torna-se mais barato e de fácil execução. Portanto, por se tratar de uma metodologia inovadora e com bastante potencial para melhorar cada vez mais a precisão e acurácia dos dados coletados, o uso de SfM-MVS vem sendo amplamente estudado pela comunidade científica internacional. No entanto, é uma temática que ganhou representatividade para aplicações direcionadas as geociências somente na última década. Assim, o referente estudo foi realizado como uma forma de analisar a viabilidade do emprego da técnica SfM-MVS para geração de modelos digitais do terreno e produtos cartográficos planialtimétricos com qualidade posicional a partir de imagens obtidas com fotogrametria terrestre. Para isso, tais modelos foram classificados conforme os parâmetros de exatidão brasileiros estabelecidos pela Comissão Nacional de Cartografia (2011), adaptados para escalas grandes considerando fotos capturadas à curta distância. Para isso, realizou-se uma ampla pesquisa bibliográfica que pudesse nortear a escolha da metodologia a ser aplicada, considerando que a coleta de dados em campo pode ser executada de diversas maneiras, bem como esses algoritmos permitem diferentes implementações e etapas a serem realizados em softwares ou plataformas. Devido à variabilidade de combinações existentes, tais possibilidades foram discutidas brevemente no escopo deste trabalho, recomendando as referências citadas aos leitores que desejam se aprofundar nessa temática. A divisão desta publicação segue, então, com 7 capítulos: o primeiro com uma visão geral sobre o tema associado ao avanço tecnológico; os três seguintes retratam o embasamento teórico que fundamentam este estudo (relativo à fotogrametria, SfM MVS e controle de qualidade cartográfico); o quinto com a explicação minuciosa dos materiais utilizados e métodos aplicados; o sexto com os resultados numéricos obtidos e discussões a respeito do que representam, além da exposição de mapas gerados com os dados coletados; o último com o apontamento das conclusões gerais do trabalho, bem como as contribuições da pesquisa e suas limitações.