Uso de RPAS no monitoramento de restauração florestal: acurácia posicional de produtos RGB e LiDAR
| dc.contributor.advisor1 | Molin, Paulo Guilherme | |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1529819650942373 | |
| dc.contributor.advisor1orcid | https://orcid.org/0000-0002-4587-935X | |
| dc.contributor.author | Dorth, Melodie Kern Sarubo | |
| dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/7754469716618696 | |
| dc.contributor.authororcid | https://orcid.org/0000-0002-8804-4870 | |
| dc.date.accessioned | 2025-04-09T20:04:53Z | |
| dc.date.issued | 2025-03-10 | |
| dc.description.abstract | Due to global changes driven by greenhouse gas emissions and land use alterations, the conservation and restoration of forest ecosystems are essential to mitigate these impacts through carbon sequestration, biodiversity protection, and the provision of ecosystem services. In this context, accessible and cost-effective monitoring technologies—such as the use of drones and sensors—emerge as promising alternatives to complement field data collection and reduce associated costs. However, several challenges remain, particularly regarding the positional quality of geospatial data, which necessitates strategies such as optimizing data acquisition timing, selecting appropriate techniques, sensors, and flight parameters, as well as implementing control points to correct geometric distortions and enhance spatial accuracy. Additionally, limitations of the GNSS (Global Navigation Satellite System) and the lack of accuracy information underscore the need for complementary measures to improve the reliability of geospatial surveys. This thesis aimed to evaluate the positional accuracy of RGB (Red-Green-Blue) and LiDAR (Light Detection and Ranging) products, considering the integration of ground control points (GCPs) during data processing. To meet this objective, the first stage involved the establishment of the Cepegeo Network, comprising fifteen geodetic control points across diverse environments, surveyed using conventional topographic and geodetic methods. The collected data were adjusted and compiled into descriptive reports. In the second stage, GNSS methodologies were evaluated based on tracking duration and environmental scenarios, including areas adjacent to forests and more challenging environments, such as near water bodies or buildings. The analysis revealed that the relative static and Precise Point Positioning (PPP) techniques (with a minimum tracking time of 30 minutes) achieved accuracies ranging from 10.1 to 30 cm in open areas and low-density forests. In dense forests, accuracy decreased, ranging from 50.1 to 80 cm, highlighting the canopy's impact on signal quality. Regarding vertical accuracy, none of the GNSS methodologies achieved results compatible with geodetic adjustments. Among them, the relative static technique delivered the best performance in terms of positional precision and reliability, establishing itself as the most effective for surveys under varied conditions. The third stage focused on assessing the accuracy of products generated by RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems) equipped with RGB and LiDAR sensors over a forest restoration site. A total of 90 control points, both horizontal and vertical, were established using dual-frequency GNSS receivers, total stations, and differential leveling. Subsequent drone flights were conducted using RGB and LiDAR-equipped systems, and the data were processed in commercial software platforms utilizing their open-access tools. For the RGB-derived data, orthomosaics and digital elevation models were generated with varying numbers of GCPs. Results indicated that RGB product accuracy was rated as “optimal” when four GCPs were used, while the inclusion of more than 50 GCPs led to overfitting, resulting in reduced accuracy in certain areas. Regarding the LiDAR products, point cloud classification and canopy height model generation were performed. Planimetric analysis revealed an average horizontal displacement of 1.2 meters when data were processed without RTK base station corrections, along with minor deformations in the central area of the model. The evaluation of vertical accuracy suggested that the positional quality of LiDAR data cannot be considered absolute, given the variations introduced by sensor-software interactions, particularly in geotag correction processes. This research presents an innovative approach by evaluating the accuracy of products generated by RGB and LiDAR sensors, as well as analyzing the accuracy of the control points themselves used to enhance product precision. The integration of RPAS with these sensors, in conjunction with geodetic GCPs and advanced processing techniques, proved to be an effective strategy for mapping and analyzing forest restoration areas. The careful selection and balanced distribution of GCPs, along with RTK-based corrections, are critical to ensuring high positional quality. Although challenges such as GCP oversaturation and LiDAR data adjustments require meticulous planning, the combined use of these technologies enhances the efficiency and robustness of environmental surveys. Further research is recommended, including varying flight altitudes and the deployment of more advanced sensors—particularly for LiDAR—as well as the use of premium software versions to further improve the outcomes. | eng |
| dc.description.resumo | Devido às mudanças globais impulsionadas por emissões de gases de efeito estufa e alterações no uso da terra, é crucial conservar e restaurar ecossistemas florestais para mitigar esses impactos por meio do sequestro de carbono, proteção da biodiversidade e oferta de serviços ambientais. Nesse cenário, tecnologias acessíveis e econômicas de monitoramento, como o uso de drones e sensores, surgem como alternativas promissoras para complementar a coleta de dados em campo e reduzir custos. Contudo, desafios permanecem, especialmente relacionados à qualidade posicional das coordenadas, o que demanda estratégias como otimização do tempo de coleta, escolha adequada de técnicas, sensores e parâmetros de voo, além da implantação de pontos de controle para corrigir distorções geométricas e melhorar a precisão espacial. Adicionalmente, limitações do sistema GNSS (Sistema de Navegação Global por Satélites, do inglês, “Global Navigation Satellite System”) e a ausência de informações sobre a acurácia dos dados ressaltam a necessidade de medidas complementares para aprimorar a confiabilidade dos levantamentos. Esta tese teve como objetivo avaliar a acurácia posicional de produtos RGB (Vermelho-Verde-Azul, do inglês “Red-Green-Blue”) e LiDAR (Detecção e Medição por pulsos de Luz, do inglês, “Light Detection And Ranging”), considerando a inserção de pontos de controle no processamento. Visando atender os abjetivos, na etapa 1 foi implantada a Rede Cepegeo, composta por quinze vértices em ambientes variados, com levantamentos realizados por técnicas convencionais de topografia e geodésia. Os dados obtidos foram ajustados e organizados em memoriais descritivos. Em seguida, na 2 etapa, foi realizada uma avaliação das metodologias GNSS, considerando tempos de rastreio e diferentes cenários, incluindo áreas adjacentes a florestas e ambientes mais desafiadores como próximos à corpos d´água ou edificações. A análise das metodologias GNSS mostrou que as técnicas relativo estático e PPP (mínimo de 30 minutos) alcançaram acurácia de 10,1 a 30 cm em áreas abertas e florestas de baixa densidade. Em florestas densas, a acurácia variou entre 50,1 e 80 cm, evidenciando o impacto do dossel na qualidade do sinal. No componente altimétrico, nenhuma metodologia GNSS obteve acurácia compatível com os ajustes. A metodologia relativo estático apresentou os melhores resultados em precisão e qualidade posicional, destacando-se como a mais eficiente para levantamentos em diferentes cenários. Na 3 etapa, visando avaliar a acurácia dos produtos gerados por RPAS equipados com sensores RGB e LiDAR em uma área de restauração florestal, foram implantados 90 pontos de controle, tanto horizontais quanto verticais, cujas coordenadas foram obtidas por GNSS de dupla frequência, estação total e nível geométrico. Em seguida, foram realizados voos com drones equipados com sensores RGB e LiDAR, e os dados foram processados em softwares comerciais, utilizando as ferramentas de livre acesso disponibilizadas pelos mesmos. No que diz respeito aos dados oriundos do sensor RGB, foram gerados ortomosaicos e modelos digitais de elevação considerando diferentes números de pontos de controle no processamento. Os resultados mostraram que a precisão dos produtos RGB apresentou qualidade “ótima” com 4 pontos de controle, enquanto a inclusão de mais de 50 pontos ocasionou overfitting, reduzindo a acurácia em algumas áreas. No caso dos produtos LiDAR, foi efetuada a classificação das nuvens de pontos LiDAR bem como a geração de modelos de altura do dossel. A análise planimétrica evidenciou um deslocamento médio de 1,2 m quando os dados foram processados sem correção por base RTK, além de pequenas deformações na região central do modelo. Já a avaliação do componente altimétrico indicou que a qualidade posicional dos dados LiDAR não pode ser considerada de forma absoluta, devido às variações introduzidas pela combinação de sensor e software, especialmente nas correções das geotags. Este trabalho apresenta uma abordagem inovadora ao avaliar a acurácia dos produtos gerados por sensores RGB e LiDAR, além de analisar a acurácia dos próprios pontos de controle empregados para aprimorar a qualidade posicional dos produtos. A integração de RPAS equipados com esses sensores, combinada ao uso de pontos de controle geodésicos e técnicas avançadas de processamento, revelou-se uma estratégia eficaz para o mapeamento e a análise de áreas em restauração florestal. A escolha criteriosa e o equilíbrio na distribuição dos GCPs, aliados às correções via RTK, são fundamentais para garantir a alta qualidade posicional dos produtos. Embora desafios como o excesso de pontos e a necessidade de ajustes nos dados LiDAR exijam um planejamento meticuloso, a combinação dessas tecnologias potencializa a eficiência e a robustez dos levantamentos ambientais. Recomenda-se a realização de novos estudos com variações nas alturas de voo e a utilização de sensores mais avançados, especialmente no que diz respeito ao LiDAR, bem como a adoção de versões premium dos softwares de processamento para aprimorar ainda mais os resultados. | |
| dc.description.sponsorship | Não recebi financiamento | |
| dc.identifier.citation | DORTH, Melodie Kern Sarubo. Uso de RPAS no monitoramento de restauração florestal: acurácia posicional de produtos RGB e LiDAR. 2025. Tese (Doutorado em Planejamento e Uso de Recursos Renováveis) – Universidade Federal de São Carlos, Sorocaba, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/21860. | por |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/20.500.14289/21860 | |
| dc.language.iso | por | |
| dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | |
| dc.publisher.address | Campus Sorocaba | |
| dc.publisher.initials | UFSCar | |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Planejamento e Uso de Recursos Renováveis - PPGPUR-So | |
| dc.rights | Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ | |
| dc.subject | Aerofotogrametria | por |
| dc.subject | Drone | por |
| dc.subject | Restauração Ecológica | por |
| dc.subject | Qualidade Posicional | por |
| dc.subject | Sensoriamento remoto | por |
| dc.subject | UAS | por |
| dc.subject | UAV | por |
| dc.subject | Pontos de controle | por |
| dc.subject | Aerial Photogrammetry | eng |
| dc.subject | Ecological Restoration | eng |
| dc.subject | Positional Quality | eng |
| dc.subject | Remote Sensing | eng |
| dc.subject | Control Points | eng |
| dc.subject.cnpq | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA | |
| dc.title | Uso de RPAS no monitoramento de restauração florestal: acurácia posicional de produtos RGB e LiDAR | por |
| dc.title.alternative | Application of RPAS in forest restoration monitoring: positional accuracy assessment of RGB and LiDAR-derived products | eng |
| dc.type | Tese |
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