Oportunidades de aplicação do uso de drone na Gestão da Qualidade Florestal

Um dos principais gargalos nas operações de qualidade florestal atualmente é a dificuldade e custo elevado da coleta de dados em campo. Dessa forma o surgimento de novas tecnologias que permitem a obtenção de informações de forma remota é muito relevante para o setor. Uma das alternativas para obter dados remotamente é com a utilização de Drones.

Foto obtida com Drone na Duratex

O que são Drones?

DJI Phantom 3 SE. Fonte: https://www.dji.com/br/phantom-3-se

Os drones são veículos aéreos não tripulados – VANT que podem ser usados para fins recreativos e profissionais. A associação mais simples para entende-los é com brinquedos de controle remoto: com um controle via rádio, você pode manobrar um drone e registrar imagens. Eles têm sido muito adotados por fotógrafos e cinegrafistas como suporte para câmeras com o objetivo de fazer imagens aéreas de casamentos, atividades esportivas e outras festividades. Além disso eles são ferramentas de baixo custo, no Brasil, alguns modelos adequados às necessidades do setor florestal saem por volta de 6 mil reais (como, por exemplo, o DJI Phantom 3).

 

 

 

Usos atuais dos Drones

Explorando os casos relacionados ao setor de base florestal, a tecnologia atualmente é amplamente empregada na coleta de dados topográficos, inventário florestal, avaliação de sobrevivência do plantio, uso e cobertura do solo.

Topografia

Uso do Drone na topografia – Fonte: Borges (2017)

Borges et al. (2017) fizeram um estudo sobre o uso de drones na topografia. Nele os autores afirmaram que é possível mapear grandes áreas sem necessidade de mobilização de muitos profissionais, reduzir tempo de aquisição e facilitar a obtenção de informações em regiões de difícil acesso. No entanto, em projetos pontuais de escala local, os aeroledroneamentos tradicionais são inviabilizados em função da grande mobilização de recursos, sem um bom custo-benefício. Dessa forma os autores consideram drones como uma alternativa para a topografia e avaliaram a geração, via aerofotogrametria com drones de baixo custo, de modelos de terreno e mosaico de imagens ortorretificadas.

Os equipamentos utilizados para aquisição das imagens nestes trabalhos foram: DJI Phantom 3 Advanced e DJI Phantom 4 PRO. Para execução as etapas de planejamento e realização (controle) do voo e posterior processamento dos dados, foram utilizados os seguintes aplicativos:

  • Drone Deploy: Aplicativo para planejamento de voo e aquisição das imagens. Permite a parametrização do plano de voo em função da resolução desejada para as imagens originais: sobreposição das imagens, linhas de voo e resolução resultante. Possui um módulo de controle do voo em formato de aplicativo, compatível com o dispositivo de controle do RPAS, no caso, um Tablet conectado ao rádio controlador do RPAS.
  • Agisoft Photoscan: Programa para processamento fotogramétrico das imagens obtidas no aeroledroneamento. Integra os dados obtidos de pontos de controle e de imagens para gerar modelos ajustados de terreno, superfície e o ortomosaico.
  • Topcon Tools: Programa de pós-processamento e ajuste de dados GNSS.
  • ArcGIS Desktop: Software versátil para integração e processamento de dados geográficos.
  • GeoPEC: Desenvolvido na Universidade Federal de Viçosa para aferição da qualidade posicional de produtos cartográficos, de acordo com legislação em vigor.

Em dados gerais, o resultado indicou uma ótima relação de custo-benefício, mesmo tendo baixo investimento, baixo tempo de processamento, equipe enxuta para a execução, além dos resultados extremamente consistentes para as áreas de planejamento, monitoramento, execução e manutenção de obras viárias no DNIT.

Inventário Florestal

Soares et al. (2015) avaliaram o uso de drone no inventário florestal.

No trabalho desenvolveram e validaram funcionalidades e algoritmos de processamento de fotografia aérea (p.e., a reconstrução da cena original, modelo 3D georreferenciado, classificação sobre a nuvem de pontos para identificação do chão, matos, copas e árvores) obtida com veículo aéreo não tripulado de modo a estimar as variáveis anteriormente referidas. Para tal utilizaram-se fotografias aéreas de alta resolução recolhidas com o drone S20 (desenvolvido e operado pela Spin.Works).

Foram estudadas áreas com povoamentos de sobreiro, pinheiro manso e eucalipto. Marcaram-se e mediram-se 19 parcelas de inventário de 2000 m² de área cada, na proporção de 1 parcela por cada 10 ha. Foram efetuados voos nestas áreas com uma câmara no espectro do visível (CAM-RGB) e com uma câmara no espectro do infravermelho próximo (CAM-CIR).

Zoom em fotografia de alta resolução feita por drone – Fonte: Soares et al (2015)

As estimativas obtidas, resultantes do processamento das fotografias aéreas, foram comparadas com valores recolhidos diretamente no campo ou estimados com base de inventário florestal. Os resultados mostraram que as estimativas de grau de cobertura e de altura média dos povoamentos obtidas pelo processamento das fotografias aéreas eram próximas das calculadas com base no trabalho de campo. Desvios maiores foram obtidos na contabilização de árvores por unidade de superfície sendo difícil a individualização das árvores. As descolorações na copa das árvores eram visíveis nas fotografias áreas tendo sido, no entanto, difícil quantificar a área de descoloração em relação à área total correspondente à projeção horizontal das copas por limitações do algoritmo de classificação desenvolvido que é atualmente objeto de estudo e de melhoramentos. Os resultados são muito promissores e apontam-se como linhas próximas de trabalho a melhoria dos algoritmos de classificação e a otimização do software para redução do tempo de processamento.

 

Avaliação de sobrevivência do plantio

Andrade (2019) avaliou a eficiência das imagens aéreas obtidas por sensores a bordo de drone para a detecção e a estimativa da sobrevivência de rebrotas em povoamento de Eucalyptus spp e verificou a viabilidade do uso de DRONE para obter a estimativa de rebrotas em povoamento de eucalipto, tendo como parâmetros as técnicas tradicionais para a avaliação de sobrevivência de 90 até 110 dias após a colheita, quantificando o número de regenerações presentes nos talhões observados.

Foi estudada a correlação entre o censo tradicional e os dados obtidos por drone, usando a técnica máxima verossimilhança implementado no Sistema de Informação Geográfica (SIG). O coeficiente de determinação (R²) apresentou como resultado 0,99, muito próximo da correlação positiva perfeita (1).

Assim o estudo conclui que os dados, apresentam precisão satisfatória, dessa forma o uso de drone é adequado para avaliação do nível de sobrevivência, devido ao seu pequeno número de erros. Também foi destacado que a aplicação dessa técnica acarretará em diminuição de custos, visto a substitui a mão de obra em campo.

Ortofotos após processamento – Fonte: Andrade (2019)

 

Uso e cobertura do solo

A pesquisa de Silva (2018) avaliou a utilização do Drone Phantom 4 Advanced para o mapeamento do uso e ocupação do solo. Foram realizados dois voos, sendo um voo principal para cobertura total da propriedade (9,5 ha) e um voo secundário exclusivamente para o mapeamento do fragmento de Eucalyptus spp (0,17 ha). O aerolevantamento foi realizado e processado pelo software DroneDeploy, de forma a gerar um ortomosaico georreferenciado da área total com GSD (Ground Sample Distance) de 4,43 cm/pixel, e no voo secundário obteve-se GSD de 3,71 cm/pixel.

As resoluções obtidas em ambos ortomosaicos, foram satisfatórias para a vetorização e quantificação das classes de uso e ocupação do solo criadas para este mapeamento aéreo. Também foram adequadas para a identificação, quantificação e representação gráfica de pastagens degradadas e trilhas de bovinos. O trabalho apresenta ainda que o uso do Drone permitiu estimar a altura média do fragmento de Eucalyptus spp.

Ortomosaico após processamento. Fonte: Silva (2018)

Quais as vantagens do uso de Drone?

Imagens de alta qualidade

Os drones são muito utilizados para a captação de imagens e informações topográficas, uma vez que podem ser equipados com câmeras e sensores especiais capazes de coletar imagens de alta definição de uma grande área, em poucos minutos.

Exemplo de imagem obtida com Drone – Duratex

Menor prazo

Algumas áreas apresentam difícil acesso ou são muito extensas. Por isso, na maioria das situações, se uma mesma área fosse ledroneada por outros métodos, poderia levar dias ou até semanas. Porém, ao usar drones, o mesmo ledroneamento leva horas ou dias.

Menor custo

Além de proporcionar informações rápidas e de fácil uso, o drone não exigem grandes equipes, já que podem ser lançados e controlados por uma equipe enxuta, reduzindo os custos e aumentando a produtividade.

Alcance a lugares de difícil acesso

Os drones são excelentes para locais de difícil acesso e áreas grandes e com muitos elementos. Por esse motivo, os drones têm sido muito utilizados para mapeamento de cidades, acompanhamento da evolução de obras, monitoramento de fronteiras, rastreamento de áreas que sofreram catástrofes, entre outras.

Alta precisão

Dependendo do uso e do orçamento podem trabalhar com equipamentos de alta precisão.

 

Utilização e desafios dos trabalhos com drone na Gestão da Qualidade Florestal

Exemplo de imagem de Drone usada na Gestão da Qualidade da Duratex

 

O uso de Drones na área de Qualidade da CMPC

Na CMPC, a utilização do drone de forma operacional é destinada à atualização cadastral, onde todas as áreas, após decorridos seis meses da data do plantio, são mapeadas.  As imagens são obtidas com uso de drone, e devem garantir a resolução espacial mínima de 15 centímetros (tamanho do pixel) em combinação RGB. A correção ortogonal das fotografias é feita com apoio de campo e software fotogramétrico adequado ao método de obtenção das fotografias, garantindo a eliminação de distorções na imagem e a correta proporcionalidade das feições fotografadas.

Atualmente estamos utilizando o Drone DJI Phantom4 Advanced com câmera de 20 mpx e resolução espacial resultante: 2,60 cm/px. Mas essas características podem mudar em decorrência dos contratos com as empresas que prestam o serviço topográfico.

Dessas imagens, já foram extraídas informações qualitativas visando destinar melhor os recursos previstos para Qualidade Florestal, reduzir o gasto com a coleta de dados em campo, e obter um ganho tempo na obtenção de informações. Além disso o uso da tecnologia proporciona facilidade em alterar a intensidade amostral de monitoramentos em atividades mais críticas nos aspectos econômicos e operacionais, e também permite o mapeamento de áreas de difícil acesso para as equipes de monitoramento. Dentre as variáveis coletadas já foram realizados testes para obter, por exemplo, a sobrevivência dos plantios, o nível de matocompetição e o volume de madeira desperdiçado em campo após as operações de colheita.

A quantificação da sobrevivência do plantio aos 6 meses com base nas imagens, é realizada por meio de contagem das mudas manualmente, onde são utilizadas duas metodologias, por parcela (usando o mesmo tamanho de parcela utilizado pelo inventário) e por censo. Foi possível realizar comparativos entre os resultados das duas metodologias, e também comparar os resultados obtidos por imagens com os resultados do inventário. A operacionalização desta quantificação tem potencial para substituir a atual medição em campo permitindo diminuir o custo da operação para a empresa.

Dentre os desafios relevantes para a qualidade cabe destacar a avaliação do nível de matocompetição dos plantios, que hoje é realizado por meio de medições em campo, utilizando parcelas alocadas aleatoriamente nos talhões. Com uso do drone, esse monitoramento poderia ser realizado em 100% das áreas de plantio comercial, informação que facilitaria a gestão operacional das atividades, permitindo a melhor destinação dos insumos e otimização do trabalho da mão de obra utilizada para as atividades de capina química.

Por último, outra demanda importante da empresa, é diminuir o volume de madeira perdida nas operações de colheita. Resíduos como ponteiras, madeira não processada, madeira não baldeada e cepas com altura fora do padrão já são alvo de estudo e quantificação pela equipe de qualidade florestal.

Um teste utilizando as imagens já realizadas mostrou-se bastante eficiente, embora não seja possível mensurar a altura de cepas por meio das imagens, o levantamento dos demais resíduos, em comparação às mesmas parcelas do monitoramento não tiveram diferenças significativas, o que indica que a metodologia por imagem pode ser uma ferramenta aliada da qualidade florestal, o que permitiria a expansão da avaliação, podendo gerar um banco de dados importante, para identificar possíveis diferenças entre volumes perdidos de florestas com manejos, idade e materiais genéticos distintos.

Diante do cenário atual, o que temos buscado são alternativas que visem a obtenção de todos esses produtos citados, de forma automatizada, sempre buscando aumentar a eficiência na entrega das informações.

O uso de Drones na área de Qualidade da Duratex

O uso de drones na área de qualidade da Duratex iniciou-se com o objetivo de ter uma melhor amostragem e análise nas avaliações de florestas. O emprego dessa tecnologia possibilita termos uma análise mais ampla das plantações, auxilia na descoberta das causas raízes e consequentemente na elaboração de planos de ação mais efetivos.

Podemos destacar como exemplos de resultados do monitoramento com drones:

  • A detecção das principais causas de desvio que incidem tanto na primeira quanto na segunda rotação;
  • Tolerância de materiais genéticos a geadas;
  • Performance dos clones quanto ao vigor de brotação;
  • Danos causados pela colheita, etc.

O mapeamento desses desvios e a sua tratativa refletiram na melhoria da qualidade florestal como um todo.

Quanto aos desafios, os mesmos incidem na melhoria da aquisição das imagens pelos drones e seu processamento, de forma que a coleta pelo VANT seja mais automatizada e que o seu processamento em escritório complemente as análises, a fim de gerar cada vez mais informações para avaliação de qualidade, possibilitando a identificação de causas raízes e tornando as tomadas de decisão mais assertivas.

Fontes usadas:

  • ANDRADE, J. M. A. Estimativa da sobrevivência de rebrotas em povoamento de Eucalyptus spp com uso de veículo aéreo não tripulado (VANT). 2019.
  • BORGES, R. O. et al. Utilização de Drones de Pequeno Porte como Alternativa de Baixo Custo para Caracterização Topográfica da Infraestrutura de Transportes no Brasil. 2017.
  • Drone DJI Phantom 3 Professional. Disponível em: <https://www.amazon.com.br/dp/B00VSITBJO/ref=olp_product_details?_encoding=UTF8&me=>. Acesso em: 21 agosto 2020.
  • Garrett, Filipe. O que é drone e para que serve? Tecnologia invade o espaço aéreo. Disponível em: <https://www.techtudo.com.br/noticias/noticia/2013/10/o-que-sao-e-para-que-servem-os-drones-tecnologia-invade-o-espaco-aereo.html>. Acesso em: 21 agosto 2020.
  • CPE Tecnologia. Saiba como funciona o uso de Drones na coleta de dados topográficos. Disponível em: <https://bityli.com/USi4l.>. Acesso em: 21 agosto 2020.
  • SILVA, Henrique da. Utilização de drone em mapeamentos florestais para classificação do uso e ocupação do solo. 2018.
  • SOARES, P. et al. A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados no inventário florestal–o caso do montado de sobro. In: Conferência Nacional de Cartografia e Geodesia-CNCG. 2015. p. 1-8.

 

 

 

João Victor Ribeiro Santos

Engenheiro de Produção

Coordenador do GT Qualidade Florestal

 

 

 

      Jennifer Caldas

Analista de Controle Florestal | Qualidade Operacional

CMPC Brasil

 

 

           Mário Piazon Neto

Engenheiro Sênior Qualidade Florestal

Duratex