Share | 11/14/2019
Sentámo-nos com Jenny Williams, especialista em análises espaciais baseadas na conservação e na pilotagem de levantamentos de áreas remotas por UAV. Ela explica a investigação que conseguiu realizar com a tecnologia de drones de asa fixa eBee, como os drones transformaram o seu fluxo de trabalho e porque escolheu o eBee para a ajudar a realizar a sua investigação baseada na conservação.
Hi, Jenny! Obrigado por conversar connosco hoje. Vamos lá começar.
O Royal Botanic Gardens, Kew é um dos maiores jardins botânicos do mundo e de renome internacional, com mais de 350 investigadores dedicados a documentar e compreender a diversidade de plantas e fungos do globo. Nas instalações de Kew, temos jardins botânicos físicos, um herbário (material vegetal seco, incluindo colecções de Darwin) e um laboratório de genética. Temos outro local, Wakehurst Place, que alberga o Banco de Sementes do Milénio.
Trabalho no departamento de Informática da Biodiversidade e Análise Espacial, pelo que o meu papel é ser um cientista em tudo o que é geoespacial. Isto vai desde a descoberta do impacto das alterações climáticas em espécies individuais, como o café arábica, até à identificação e cartografia de habitats ameaçados para as Zonas Importantes para as Plantas Tropicais.
A maior parte do nosso trabalho com drones tem lugar nos trópicos, que é onde os interesses de investigação de Kew têm estado historicamente centrados. No entanto, passamos algum tempo nas instalações de Wakehurst Place para verificar e testar o equipamento devido às suas grandes áreas abertas. Estes testes de voo ajudam-nos a garantir a segurança e o sucesso das missões dos drones quando estamos em áreas remotas, como Madagáscar.
Para o nosso levantamento cartográfico em grande escala por drone, utilizamos sempre o drone de asa fixa eBee. É o mais leve e portátil que encontrámos, o que nos permite voar mais longe e durante mais tempo com a resolução que pretendemos.
Antes de partir numa missão com um drone, verificamos o nosso kit cuidadosamente e certificamo-nos de que temos muitas baterias carregadas para o drone e o computador portátil. Assim que chegamos ao local, efectuamos as nossas verificações pré-voo e determinamos se é necessário restringir o acesso ao público durante os nossos voos, lançamentos e aterragens de levantamentos aéreos. Trabalhamos em pares para que haja pelo menos um piloto de drone com um observador. Precisamos sempre de um par de olhos no drone e outro a vigiar o tráfego aéreo a baixa altitude, as aves de rapina e os sistemas meteorológicos desfavoráveis – tudo o que possa ameaçar o voo do drone.
Utilizámos predominantemente o Landsat Thematic Mapper, que tem uma resolução de 30 metros, porque é gratuito e tem um arquivo de imagens de longo alcance. Também utilizámos dados Sentinel e, à medida que os projectos o permitiam e quando tínhamos financiamento, comprávamos uma pequena área de imagens WorldView, Quickbird ou IKONOS para fazer uma recolha de dados de nível semelhante. Não é certamente a mesma resolução, mas não é possível obter a mesma resolução com outra coisa que não seja um drone. Além disso, muitas das áreas em que trabalhamos são tropicais, pelo que tentar obter imagens de satélite num céu sem nuvens é quase sempre problemático.
Vista do pôr do sol a partir do acampamento após um dia bem sucedido de missões com drones na floresta de Ambohimahamasina, Madagáscar.
Tive um projeto em Sumatra em que precisava de imagens precisas. Apesar de termos o raro orçamento para a recolha de imagens do WorldView2, mais um ano para trabalhar neste projeto, nunca conseguimos obter as imagens do arquivo ou realizar a tarefa de recolha devido à cobertura de nuvens. Acabei por utilizar a imagem mais atual e de alta resolução que conseguimos encontrar, que era uma imagem de satélite SPOT de 10 metros com três anos. Obviamente, isto não foi ideal nem oportuno.
Com as imagens de drones, podemos efetivamente contar o número de árvores que caíram ou foram cortadas para descobrir potencialmente a densidade de uma floresta ou estimar perdas futuras.
Há cerca de seis anos, pensámos em adquirir um drone para podermos inspecionar áreas específicas em alturas específicas e nas estações específicas que nos convinham. Para alguns projectos, queríamos conhecer a saúde de uma árvore durante a sua época do ano mais saudável e a mais stressada. Para outros, quisemos analisar a vegetação sazonalmente para determinar as variações das espécies durante as épocas de folhagem. Precisávamos de ter a melhor hipótese de obter imagens de prospeção sem nuvens!
A nossa decisão de comprar um drone teve muito a ver com a elevada resolução espacial das imagens obtidas por drone. Precisávamos de ter a capacidade de identificar copas de árvores individuais, medir e contar árvores ou cepos abatidos, mapear com precisão cicatrizes de queimaduras e monitorizar o crescimento de vegetação em pequena escala. Simplesmente não é possível obter imagens de alta resolução e sem nuvens de outra forma. No que diz respeito à inspeção por drone, não há outra opção para nós. Para obtermos o nível de pormenor de que necessitamos, onde e quando o queremos, temos de ser nós a recolher as imagens. As filmagens com drones proporcionam algo que nada mais consegue, não há outra forma de obter essas imagens.
Começámos por pilotar o eBee Classic com os sensores RGB, Near-Infra-Red (NIR) e RedEdge. Atualmente, voamos com dois drones eBee Plus e utilizamo-los principalmente com a câmara S.O.D.A., mas fazemos frequentemente voos duplos com o Sequoia para obter uma resolução multiespectral. A informação espetral fornecida em diferentes comprimentos de onda é necessária para extrair características específicas da vegetação. Uma vez que a vegetação é distintamente alta no NIR, é aqui que podemos extrair as informações mais interessantes e indicar as diferenças de reflectância entre espécies, saúde e estruturas.
Para nós, a principal vantagem do eBee é o facto de podermos examinar grandes áreas com diferentes câmaras. Não há mais nada, para além do drone de asa fixa superleve eBee, que tenhamos encontrado capaz de o fazer.
Tentei extrair troncos de árvores abatidas de imagens de drones que obtive em Madagáscar. Havia uma grande sombra sobre a área cortada causada por árvores intactas. Com as imagens S.O.D.A., esta área aparecia cinzenta escura e preta devido à sombra. Quando olhei para as mesmas imagens das bandas NIR e Red-Edge da câmara Sequoia, consegui identificar claramente os troncos das árvores abatidas. É exatamente por isso que a capacidade de utilizar e alternar entre diferentes câmaras tem sido tão importante para nós.
A maior parte das imagens que precisamos de recolher situa-se em zonas remotas. Na maioria dos países em desenvolvimento em que trabalhamos, temos de levar o kit do drone e o pessoal num único SUV 4×4 para a área de investigação. Depois, conduzimos ou transportamos o kit para o local da base. Quando analisámos os potenciais drones, colocámos questões como: “qual é o mais leve?”, “o mais portátil?”, “oferece a melhor relação qualidade/preço?”, “consegue voar mais tempo?”, “consegue tirar fotografias de qualidade?” e “permite-nos colocar diferentes câmaras?”.
Jenny liga um computador portátil ao software de planeamento de voo eMotion para uma missão de drone com o eBee Classic sobre a floresta remanescente em Ankafobe, Madagáscar.
O eBee é leve, voa longe e é facilmente transportável. Mesmo as peças sobressalentes que transportamos são asas leves, hélices, acessórios de banda. A maior parte do peso provém das baterias extra. Levamos 10 connosco para permitir um dia inteiro de drones. No entanto, também são extremamente portáteis, apesar dos seus sacos de armazenamento especiais LiPo ignífugos.
Em primeiro lugar, definimos a área em que queremos voar. Por exemplo, quando estive em Madagáscar, a Feedback Madagáscar, a organização sem fins lucrativos com que trabalhávamos, que tinha equipas no terreno, deu-me zonas prioritárias. Depois, utilizei o software eMotion para planear potenciais voos e calcular a altura, a resolução e a distância de voo necessárias para cobrir a área. Tinha de me certificar de que podíamos voar com uma resolução espacial suficiente para obter o pormenor das árvores e dos cortes de que necessitávamos e, ao mesmo tempo, voar suficientemente alto para cobrir grandes áreas e maximizar o curto período de tempo de voo disponível. Assim que descobrimos isso, criei planos de voo que cobriam as zonas prioritárias de alto risco de desflorestação.
Fazemos muito menos levantamentos exaustivos em terra porque podemos obter muitas informações com o drone.
Em seguida, determinámos qual seria o melhor local para os lançamentos e as aterragens. Com o eBee, as zonas de lançamento e de aterragem são a parte mais crítica de qualquer missão. Procuramos áreas grandes e planas que sejam suficientemente abertas para nos darem autorização para aterragens seguras e adequadas. Em Madagáscar, estes locais foram previamente verificados e apenas ligeiramente alterados para garantir que havia espaço para acampar.
Tínhamos quatro equipas – uma das quais era constituída pelo piloto do drone e pelos observadores. As outras três eram “equipas itinerantes” em locais geográficos específicos. As equipas itinerantes eram responsáveis por manter uma visão consistente do drone, observar os padrões meteorológicos e estar atentas à nossa maior ameaça: as aves de rapina. Na qualidade de piloto, monitorizei constantemente o estado do drone, o sinal, a bateria, bem como os relatórios de rádio das equipas de roaming para garantir a segurança do drone.
Em seguida, examinamos o drone, trocamos a bateria e iniciamos um novo plano de voo. É um processo rápido antes de podermos fazer tudo de novo.
Um eBee Plus desliza suavemente sobre a terra em Ambohimahamasina, Madagáscar, enquanto utiliza a informação que Jenny recolheu para garantir uma aterragem segura após uma missão bem sucedida.
Utilizamos o eMotion para associar as fotos aos registos de voo e para o pós-processamento inicial, e depois passamo-las para o Pix4D. Utilizámos outras coisas, como o Agisoft, que um dos meus colegas utiliza. Também temos estado a experimentar o produto de ligação Pix4D, Drone2Map, no ArcGIS, mas eu utilizo sobretudo o Pix4D. Têm imensos tutoriais em vídeo sobre opções de processamento específicas que nos ajudaram com blocos de fotografias mais complicados. Respondem sempre bem às nossas perguntas e contactam-nos. A sua equipa tem sido sempre prestável.
Com as imagens de drones, estamos a olhar para um nível de detalhe completamente diferente. Permite-nos desenvolver uma nova forma de trabalhar para podermos explorar plenamente a informação contida nestas imagens.
Para o nosso levantamento cartográfico em grande escala por drone, utilizamos sempre o drone de asa fixa eBee. É o mais leve e portátil que encontrámos, o que nos permite voar mais longe e durante mais tempo com a resolução que pretendemos. Usamos quadricópteros aqui e ali, mas não conseguem igualar o tempo de voo. A sua bateria é apenas cerca de metade da do eBee. Quase nada do nosso levantamento em Madagáscar teria sido possível se tivéssemos utilizado um quadricóptero.
O eBee Classic sobrevoa a base do drone, o parque de campismo e a primeira casa de banho suspensa (em baixo à esquerda) na comunidade de Ambohimahamasina, Madagáscar.
Não dispomos de qualquer comparação a este nível de pormenor. Por vezes, conseguíamos comprar imagens de satélite de alta resolução, mas o tamanho dos píxeis era sempre superior a um metro. Com as imagens multiespectrais, era ainda mais do que isso. Para extrair características das imagens de satélite, teríamos de contornar as características ou reduzir a resolução das imagens para algo um pouco mais grosseiro, de modo a podermos utilizar eficazmente várias técnicas de extração automatizadas, como a classificação de imagens. Com as imagens de drones, estamos a olhar para um nível de detalhe completamente diferente. Permite-nos desenvolver uma nova forma de trabalho para podermos explorar plenamente a informação contida nestas imagens.
Não é possível obter a mesma resolução com outra coisa que não seja um drone.
O que estamos a fazer com drones é completamente diferente da nossa interpretação tradicional de imagens de satélite. Atualmente, procuramos coisas com uma resolução muito mais fina em áreas maiores. Por exemplo, com as imagens de drones, podemos efetivamente contar o número de árvores que caíram ou foram cortadas para descobrir potencialmente a densidade de uma floresta ou estimar perdas futuras. Podemos identificar o estado de saúde de uma árvore ou de uma espécie específica, quer estejam stressadas ou doentes. Nunca tínhamos sido capazes de o fazer antes de termos drones. Só foi possível extrair pequenas quantidades desta informação a partir de inquéritos no terreno ou de trabalhos de parcelas em combinação com uma análise de imagens de satélite.
Desflorestação recente da floresta primária em Ambohimahamasina, Madagáscar. As imagens pormenorizadas mostram troncos de árvores cortados individualmente.
Há alguns anos, passei algum tempo em Sumatra a fazer um extenso trabalho de campo. Com dados de satélite SPOT com uma resolução de 10 metros e três equipas, completámos 330 parcelas com um raio de 12,6 m (500m2) em três semanas. As parcelas foram rápidas, pelo que não foram levantamentos completos e não foi possível identificar todas as espécies. O nosso principal objetivo era analisar o número e a quantidade de espécies de árvores e de plântulas para determinar o potencial de regeneração da floresta após anos de abate seletivo. Com base nos dados de campo, consegui classificar a imagem de satélite da floresta tropical de Harapan em diferentes tipos de floresta e estimar o armazenamento de carbono como base para monitorizar e avaliar a futura rebrota ou a desflorestação ilegal.
Atualmente, fazemos muito menos levantamentos exaustivos em terra porque podemos obter muita informação através do drone. As equipas no terreno também podem confirmar as fotografias aéreas com muito menos levantamentos.
Uma vez que voamos principalmente sobre florestas densas com áreas limpas apenas esporadicamente, o principal desafio que temos com o eBee é encontrar áreas de lançamento e aterragem adequadas. Felizmente, como pode voar longe, podemos muitas vezes posicionar-nos fora da floresta e voar sobre as partes que queremos mapear.
O que estamos a fazer com drones é completamente diferente da nossa interpretação tradicional de imagens de satélite. Atualmente, procuramos coisas com uma resolução muito mais fina em áreas maiores.
Um desafio maior é obter autorização da Autoridade de Aviação Civil do país para pilotar os nossos drones. Há muitos países com regulamentos rigorosos que restringem onde se pode voar, se se pode voar e se se pode sequer trazer um drone para o país. Alguns exigem que se obtenha uma autorização para voar, que foi o que tive de fazer para Madagáscar. Apresentei a minha certificação de piloto de drones, todas as informações sobre o plano de voo e a rota, os pormenores do drone e o nosso manual de operações. Tudo isto tinha de ser assinado antes de podermos voar no país.
O colega de Jenny, Tim Wilkinson, mostra às crianças da aldeia onde estão as zonas seguras de lançamento e aterragem durante a sua missão em Ambohimahamasina, Madagáscar.
Quando os meus colegas trabalhavam no Peru, tinham de dar um grande adiantamento como garantia para assegurar que não venderiam o drone que tinham trazido. Tinham de o fazer à chegada e voltar a recuperar o dinheiro antes de partirem. O processo foi muito moroso e extremamente stressante.
Em Madagáscar, o fascínio do drone foi também um pequeno desafio. Durante uma demonstração de voo de drones para os anciãos da aldeia local, um grande grupo de crianças da escola bombardeou o local. É muito provável que houvesse 100 ou mais crianças. Foram libertados das suas aulas depois de ouvirem o drone a descolar – tudo ao mesmo tempo. Todo o pessoal malgaxe do Centro de Conservação de Kew Madagáscar, que estava a trabalhar connosco no local, ficou subitamente encarregue de controlar a multidão para garantir que o drone aterrava em segurança!
Para obtermos o nível de pormenor de que necessitamos, onde e quando o queremos, temos de ser nós a recolher as imagens. As filmagens com drones proporcionam algo que mais nada pode proporcionar, não há outra forma de obter essas imagens
Embora tivéssemos a adesão do lado da investigação, não foi fácil obter o financiamento para a mesma. Trabalhando para uma organização sem fins lucrativos, tudo o que é uma despesa financeira é bastante complicado e tem de ser totalmente justificado. Tivemos de fazer um concurso separado para a aquisição deste kit de investigação, uma vez que não o podemos comprar através de fontes de financiamento normais, como as bolsas de investigação.
Ainda tenho 38 voos de dados de imagens multiespectrais da floresta de Madagáscar para trabalhar – o mapa do mosaico da floresta foi apenas a ponta do icebergue!
Estou também a candidatar-me à obtenção da minha licença de piloto da CAA do Reino Unido, que não é atualmente um requisito legal. Atualmente, parece ser mais difícil, na maioria dos locais, pilotar drones devido aos regulamentos de segurança necessários. Penso que quase toda a gente já experimentou pelo menos um voo de drone perigoso ou incómodo nos dias de hoje.
Estamos a começar a confiar nas nossas imagens de drones para grande parte da investigação inovadora com os nossos parceiros e colaboradores internacionais. Há muitos conhecimentos científicos a adquirir com toda esta nova informação recolhida nestes habitats únicos e ameaçados. É altura de começar a processar!
Sam Cameron da Feedback Madagascar (centro-esquerda) e Jenny Williams (centro-direita) informam as comunidades da aldeia sobre os próximos voos de drones em Ambohimahamasina, Madagáscar.
Muito obrigado pelo seu tempo, Jenny.
Foi bom falar consigo. Saúde!
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