A utilização de Unmanned Aerial Systems (UAS) para a aplicação de Fotogrametria Digital e produção de Cartografia para homologação

Trabalho de Projeto de Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica – Tecnologias e Aplicações, 2021, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasA utilização de Unmanned Aerial Systems (UAS) tem ganho popularidade, quer para lazer quer para fins profissionais. Esta tendência tem levado a que cada vez mais empresas utilizem estes sistemas para a produção dos seus próprios produtos cartográficos por serem uma solução de baixo custo, comparado com levantamentos aerofotográficos clássicos por avião, por permitirem voar a altitudes mais baixas, pela sua elevada resolução espacial e pela sua facilidade e flexibilidade de uso. O objetivo principal deste trabalho de projeto é avaliar se a utilização de UAS, como fonte primária de fotografias aéreas, para a produção de Cartografia seguindo as “Normas e Especificações Técnicas para a Cartografia Topográfica Vectorial e de Imagem” de abril de 2020, impostas pela Direção Geral do Território (DGT), é viável para uma empresa de pequena dimensão. Para este trabalho foi adotada a plataforma Phantom 4 Pro V1 da DJI e utilizada a aplicação da DroneDeploy para o plano de voo, planeou-se o apoio topográfico para a missão e, por fim, foram analisados os produtos gerados automaticamente e a cartografia obtida por estereorrestituição de uma área com cerca de 13 ha a partir de uma altitude de voo de 120 m Above Ground Level (AGL). Depois de obtidas as fotografias foi utilizado o software Pix4D Mapper para o processamento inicial das fotografias, a georreferenciação, e para os restantes processos para gerar os produtos automáticos: Nuvem de pontos, Modelo Digital de Superfície (MDS), ortofotomosaico, Modelos Digitais de Terreno (MDT) com resoluções espaciais de 0.5 m e 2 m e as respetivas curvas de nível. A produção de cartografia de traço foi feita em ambiente Photomod 5 Lite da Racurs. O método de restituição utilizado para a produção da cartografia foi a estereorrestituição via anaglifos. Esses dados foram exportados em formato Shapefile (.shp) e editados em ambiente ArcMap. Criou-se uma Geodatabase para armazenar os dados nos seus respetivos temas. Também foi validada a topologia dos objetos de modo a remover os erros topológicos e foram criadas as relações necessárias referidas nas normas da DGT. Para o controlo de qualidade posicional foram utilizados pontos de cota de um levantamento topográfico já existente e levantados 48 pontos com GPS. Depois de calculado o Erro Médio Quadrático (EMQ) de todos os produtos passiveis de controlo de qualidade geométrica, compararam-se os resultados com os valores de referência das normas da DGT. Todos os produtos passaram no critério da exatidão posicional exigida. O MDT de 0.5 m de resolução obteve um EMQ de ±0.126 m e o MDT de 2 m, um EMQ de ±0.168 m; o ortofotomosaico registou um EMQ de ±0.095 m; por fim a estereorrestituição obteve uma exatidão altimétrica de ±0.084 m e uma exatidão planimétrica de ±0.115 m. Embora não estando nas normas, também foi feito um controlo de qualidade às curvas de nível e pontos cotados, ambos restituídos interativamente. De forma a estimar o desvio entre a altimetria restituída e o terreno aplicou-se a lei da propagação dos erros aleatórios. Assim, para as curvas de nível, registou-se um EMQ de aproximadamente ±0.303 m. Por sua vez, para os pontos cotados registou-se um EMQ de ±0.213 m.The use of Unmanned Aerial Systems (UAS) has gained popularity for both leisure and professional purposes. This tendency has led more companies to use these systems to produce their own cartographic produts for being a low-cost solution, compared to classical aerophotographic surveys by planes, capable of flying at lower altitudes, high spatial resolution and for it’s ease and flexibility of use. The main goal of this project is to assess whether the use of UAS, as primary source of aerial imagery, for the production of cartographic products conforming the standarts imposed by Direção Geral do Território (DGT) – “Normas e Especificações Técnicas para a Cartografia Topográfica Vetorial e de Imagem”, since April 2020 – is viable for a small company. For this project the DJI Phantom 4 Pro V1 platform was employed and for the flight plan it was used DroneDeploy App, a toporaphic survey was planned, and finally the automatic-generated produts and the stereo-vectorized cartography were analysed. The study area has approximately 13 ac and the imagery was obtained from 120 m Above Ground Level (AGL). After the aerophotographic survey, the Pix4D Mapper software was used for the initial processing, georeferencing and for the remaining processes to generate the automatic products: Point Cloud, Digital Surface Model (DSM), Orthophotomosaic, Digital Terrain Models (DTM) with 0.5 m and 2 m of spatial resolution and the corresponding contour lines. The map production was done in Racurs Photomod 5 Lite environment. The vectorization method applied to produce cartography was stereo-plotting via anaglyphs. The cartographic products were exported in shapefile (.shp) and edited in ArcMap environment. A Geodatabase was created to store the data in their respective themes. Topology rules were also validated for the objects in order to remove topological errors and relationship classes were created referred in DGT standards. To assess the positional quality, elevation points from an existing topographic survey and 48 points were surveyed with GPS. After calculating the Mean Square Error (MSE) of all liable products to geometric quality control, the results were compared with reference values of the DGT standards. All products have passed the required positional accuracy criterion. The 0.5 m resolution DTM had an MSE of ±0.126 m and the 2 m DTM an MSE of ±0.168 m; the orthophotomosaic registered an MSE of ±0.095 m; finally, the stereo-vectorized cartography obtained an altimetric accuracy of ±0.084 m and a planimetric accuracy of ±0.115 m. Although not within the standards, a positional quality control was also carried out on the contour lines and height points, both obtained interactively. To estimate the deviation between the altimetry objects and the terrain the law of propagation of uncertainty. Thus the contour lines registered an MSE of ±0.303 m. On the other hand, for the height points the MSE registed ±0.213 m