Escaneamento LiDAR terrestre em aplicações florestais

Equipamentos de varredura a laser terrestre (ou TLS, Terrestrial Laser Scanning) usam tecnologias LiDAR (Light Detection And Ranging) para medir a distância entre o emissor laser integrado nesses equipamentos e os pontos atingidos pelos pulsos laser emitidos a ângulos predeterminados. Essas distâncias e ângulos são então armazenadas como coordenadas (x,y,z) para criar uma nuvem de pontos LiDAR que revela as superfícies atingidas pelos feixes de luz laser. Se suficientemente densas, essas nuvens podem representar com precisão os contornos de elementos existentes dentro do perímetro de alcance do equipamento escaneador.

Assim, torna-se óbvia a potencial utilidade desses equipamentos para os profissionais florestais, se imaginarmos a sua utilização em rotinas de medição de parcelas amostrais instaladas em povoamentos florestais. De fato, é revolucionária e instigante a ideia de que os profissionais da área florestal não precisarão mais medir o diâmetro e a altura de cada árvore dentro da parcela, pois equipamentos de varredura LiDAR terrestre substituirão os convencionais apontamentos de diâmetro, altura e forma (coletados para cada árvore nos levantamentos de inventário florestal realizados atualmente) por nuvens de pontos 3D para cada parcela de inventário florestal representando os troncos das árvores.

A Forlidar se propôs a trazer essa realidade para o setor florestal brasileiro. Sendo pioneira no Brasil no desenvolvimento de protótipos de escaneadores LiDAR móveis embarcados para uso florestal e de sistemas especialmente desenvolvidos para processar os dados gerados por esses equipamentos.

A tecnologia LiDAR e seus usos no inventário florestal

Os levantamentos que envolvem a medição ou o monitoramento de parâmetros estruturais florestais podem se beneficiar do uso de tecnologias LiDAR. Basicamente, essas tecnologias permitem o escaneamento em diferentes níveis de resolução e dimensão.

Em estudos de pequena dimensão e alta resolução, o mais comum é o uso do escaneamento terrestre, que consiste no mapeamento 3D de árvores realizado com equipamento de varredura LiDAR, acoplado a plataformas fixas (TLS) ou móveis (MLS – Mobile Laser Scanning), no espaço abaixo das copas.

Em estudos que envolvem extensas áreas, a resolução (número de pontos por metro quadrado) é menor, sendo o escaneamento realizado: (i) por aeronaves autopilotadas ou não que mapeiam em 3D as florestas, sobrevoando o espaço acima das copas (ALS – Airborne Laser Scanning); ou por satélites que mapeiam em 3D as florestas a partir de equipamento de varredura LiDAR mantido em rotas orbitais acima da atmosfera terrestre (OLS – Orbital Laser Scanning). Para uma ampla e completa revisão do uso de tecnologias LiDAR ALS, TLS e MLS na área florestal, recomenda-se a leitura de White et al. (2016).

Vale destacar que as tecnologias TLS (fixas ou móveis) já se manifestam viáveis em inventários florestais. Usados isoladamente ou de forma complementar com outras tecnologias, são várias as pesquisas que têm permitido avanços e a transição para usos operacionais. Por exemplo, Pierzchala et al. (2018) e Aicardi et al. (2017) demonstram o uso de TLS embarcado em drones para estimação de biomassa, tanto isolado no caso do primeiro trabalho, como integrado a levantamentos aerofotogramétricos no caso do segundo grupo de autores. Rosca et al. (2018) também usa o TLS para avaliar as estimativas de parâmetros florestais obtidas por métodos fotogramétricos em drones.

Nos casos em que um elevado nível de detalhamento é necessário, o mais comum é encontrar aplicações de equipamentos fixos de escaneamento LiDAR terrestre. Em geral, a utilização dessas plataformas fixas é mais adequada pela alta precisão e detalhada representação de troncos, galhos e ramos das árvores – estruturas comumente exigidas por pesquisadores. Shofield (2017), Wilkes et al. (2017) e Danson et. (2018), por exemplo, dentre os vários trabalhos que discutem o potencial do TLS para os estudos de base florestal, levantam várias questões de pesquisa ecológica que poderão se beneficiar do uso de técnica de varredura laser terrestre. A avaliação de aspectos específicos como a biomassa total acima do solo, e a sua distribuição nos diferentes componentes da árvore, são comuns nesses casos, sendo os trabalhos de Sun et al. (2016), Disney et al. (2018), Malhi et al.(2018), Paynter et al. (2018), Tanago et al. (2018) e Takoudjou et al. (2018) bons exemplos desses casos.

O uso do LiDAR terrestre, entretanto, não se restringe apenas às atividades de investigação científica e pode ser usado regularmente como instrumento de gestão e de monitoramento com fins operacionais de produção e de proteção. Liang et al. (2016) faz uma ampla revisão do uso do TLS para fins de inventário florestal, cobrindo aplicações que envolvem a gestão de grandes e pequenas extensões florestais. Em todos esses casos, o TLS se justifica pelo aumento de eficiência, precisão, segurança e ergonomia.

Certamente, os métodos convencionais de medição direta de certos aspectos físicos das árvores ainda serão necessários em muitos casos. Entretanto, são evidentes os benefícios observados em rotinas de aferição das propriedades estruturais medidas nas árvores em centenas de parcelas amostrais, como diâmetro e altura, que frequentemente precisam ser obtidas em inventários realizados simultaneamente em diferentes regiões do país.

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