Share | 10/12/2022
Para criar mapas multiespectrais de alta qualidade para uma empresa agrícola numa área com condições meteorológicas dinâmicas, a Drone Imagery & Data Expert (DIDEX) recorreu ao novo sensor multiespectral MicaSense RedEdge-P utilizado em combinação com o software Measure Ground Control para o planeamento da missão de voo. O sensor pancromático do sensor permite o pansharpening que aumenta a resolução das suas cinco bandas multiespectrais para permitir o mapeamento multiespectral 3D, que foi crucial para este projeto.
Sediada na Bélgica, Drone Imagery & Data Expert (DIDEX) oferece dados multiespectrais e térmicos e serviços de processamento a institutos de investigação, empresas de floricultura e empreiteiros paisagistas.
Em maio de 2022, Proefcentrum Fruitteelt npo (pcfruit), um centro de investigação científica aplicada à fruticultura, encomendou à DIDEX a produção de mapas do Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) e do Índice de Borda Vermelha por Diferença Normalizada (NDRE) da sua área de experimentação de pereiras.
A pcfruit utilizou estes dados para desenvolver um modelo de previsão de rendimento que irá apoiar o recrutamento de trabalhadores para a colheita, de modo a adequar a mão de obra às necessidades de produção. O pcfruit também investigou se os mapas poderiam ser utilizados para aplicações de agricultura de precisão, como a poda variável de raízes. As raízes das árvores que crescem demasiado depressa são podadas com base num mapa de tarefas, para garantir que uma quantidade suficiente da energia da árvore é canalizada para os seus frutos e não apenas para o seu crescimento.
Embora os pomares sejam geralmente pequenos (±15 acres), o terreno pode variar muito entre áreas planas e encostas. A DIDEX utilizava anteriormente o software de planeamento de voo Ground Station Pro da DJI, mas mudou recentemente para o planeamento de voo Measure Ground Control devido às capacidades de seguimento do terreno da aplicação que garantem uma captura e resolução de dados consistentes.
As condições climatéricas representam outro desafio, explica Yves Lantin, Diretor Executivo da DIDEX. Esta região frutícola é intermitentemente nublada e ventosa. Para além dos desafios habituais que estas condições colocam aos voos de drones, colocam desafios únicos à captura de dados multiespectrais: As nuvens variáveis produzem sombras variáveis, que distorcem os valores NDVI e NDRE nos dados. O vento cria objectos desalinhados (como folhas) na captura de dados multi-sensor típica de fluxos de trabalho multi-espectrais que requerem imagens RGB separadas para criar DSMs e DTMs. O desalinhamento ocorre porque os sensores captam dados a taxas diferentes.
DSMs e DTMs bem alinhados são importantes para o trabalho da DIDEX na produção de produtos de dados multiespectrais 3D de alta qualidade. Os dados multiespectrais tridimensionais permitem análises mais precisas e detalhadas das copas das culturas e permitem uma melhor diferenciação entre terrenos homogéneos, como árvores e relva de cor semelhante. Em projectos como este, os dados multiespectrais 3D podem ser utilizados para filtrar as pereiras da sua envolvente.
A Lantin escolheu o sensor RedEdge-P da MicaSense da MicaSense para as suas cinco bandas multiespectrais estreitas e a banda pancromática de alta resolução para uma resolução de saída pan-sharpened de 2 cm/px a 60 m (0,8 polegadas a 200 pés).
Os sensores de banda estreita permitem análises altamente pormenorizadas, mas têm normalmente uma resolução demasiado baixa para criar DSMs e DTMs a partir das bandas RGB. É por isso que as câmaras multiespectrais são normalmente acompanhadas por câmaras RGB: para criar DSMs e DTMs. No entanto, a banda pancromática do sensor RedEdge-P ajuda a melhorar consideravelmente a resolução das cinco bandas estreitas de menor resolução.
Esta resolução melhorada elimina a necessidade de uma câmara RGB separada para criar os modelos 3D, DSMs e DTMs necessários para a vectorização de árvores e outros dados de culturas. Além disso, com o RedEdge-P, todos os dados de saída estão agora geograficamente alinhados, uma vez que todas as imagens são captadas no mesmo sensor com um obturador global.
O RedEdge-P optimiza assim as operações dos drones e o tempo de voo, eliminando a necessidade de cargas úteis adicionais, e simplifica também o fluxo de trabalho de pós-processamento.
Velocidade e a facilidade de utilização foram as principais considerações da DIDEX relativamente ao processamento de dados na escolha do RedEdge-P. “É inacreditável como os algoritmos de costura evoluem de forma a que os grandes projectos possam ser processados num computador de secretária barato com 16 GB de RAM. Gostaríamos de continuar a processar os dados nós próprios em vez de utilizar plataformas em linha.”
“Com o RedEdge-P, podemos criar mapas ortogonais e DSM/DTMs com nitidez panorâmica. Isto poupa-nos tempo porque podemos fazer tudo numa única execução de pós-processamento.”
As bandas estreitas do sensor com filtros de qualidade científica tornam-no útil para calcular vários índices de vegetação e compósitos. Também o torna adequado para projectos que exijam elevada precisão.
Para garantir dados consistentes mesmo em condições de iluminação variáveis, a DIDEX utiliza o sensor de luz incidente DLS 2. O sensor mede a luz ambiente e o ângulo do sol para cada uma das cinco bandas multiespectrais da câmara, informação que é depois utilizada para a calibração radiométrica no pós-processamento. (Os utilizadores do MicaSense também têm a opção de melhorar a calibração radiométrica utilizando o Painel de Reflectância CRP2, um painel de controlo de solo compacto).
Até agora, a empresa assegurava a precisão dos dados utilizando pontos de controlo no solo. No entanto, o PPK integrado no RedEdge-P reduz o número de GCPs para 2 em vez de 5 ou mais que precisam de ser distribuídos pelo pomar. A DIDEX utiliza agora o sensor com o seu Emlid Reach RS2 e Emlid Reach M2 para correcções PPK.
Para este projeto, os mapas NDVI e NDRE foram criados com o fundo (relva e faixas de solo) filtrado, de modo a que apenas ficassem as linhas de árvores – algo para o qual os dados de altura nos modelos 3D eram importantes.
A banda pancromática do sensor torna possível a vectorização dos dados (pansharpened). Capturar todos os dados com o mesmo sensor e gerar todos os modelos 2D e 3D a partir deles é a caraterística favorita de Lantin do sensor.
O processamento inicial dos dados foi efectuado com o PIX4Dfields, e o QGIS foi utilizado para a poligonização e cálculo das estatísticas zonais.
Por um lado, o pcfruit estava principalmente interessado nas estatísticas zonais, que eram apresentadas em formato de tabela. O pcfruit comparou os índices com uma série de parâmetros subjacentes, como as condições climatéricas e os sistemas de irrigação. Por outro lado, o pcfruit desenvolve aplicações baseadas nos índices derivados ao nível das árvores, tais como modelos de previsão de rendimento e a geração de mapas de tarefas para aplicações de agricultura de precisão.
O RedEdge-P tornou-se uma ferramenta regular no arsenal da empresa, e a DIDEX já o utilizou em projectos sobre fruta, milho, beterraba, legumes como espargos e floricultura para institutos de investigação e agrónomos. Na floricultura, as medidas de altura, diâmetro e saúde das plantas são igualmente importantes, o que torna o sensor RedEdge-P ideal para a captura de dados, uma vez que torna redundante a necessidade de um sensor RGB.
Quando receberam o sensor RedEdge-P no início desta época frutícola e o utilizaram no estudo da pereira, a equipa da DIDEX não teve tempo suficiente para descobrir todas as suas características e vantagens. Atualmente, cada caraterística do sensor tornou-se uma caraterística mais utilizada, diz Lantin. Para a próxima época frutícola, a DIDEX vai otimizar todo o seu fluxo de trabalho em torno da utilização do RedEdge-P.
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