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Drones e Satélites: Conheça as Vantagens de cada Plataforma

14/08/2019

          O mundo percorreu um longo caminho desde o Sputnik, o primeiro satélite a orbitar a Terra em 1957. Já estamos vivendo na era dos satélites por mais de meio século, e os modos pelos quais esses olhos no céu estão influenciando (e beneficiando) o dia a dia das pessoas são tão significativos quanto imensuráveis. Tarefas associadas a tudo desde o monitoramento do tempo até a vigilância utilizam como fonte de informação os dados coletados por satélites, e a gama de dados que os satélites podem prover é enorme. Desde o monitoramento de condições climáticas até o uso para vigilância, satélites são capazes de prover uma enorme gama de dados para os mais diversos serviços.

 

       Assim como ocorreu com as aeronaves tripuladas, os drones têm provado ser uma alternativa confiável para coletar de forma mais rápida e com menor custo informações que normalmente seriam providas por satélites. Usualmente, porém, não é de fato uma questão de "apenas um ou outro” a que se tem ao decidir utilizar imagens de drone ou de satélite, porque estas plataformas coletam informações de modos muito diferentes e em escalas totalmente diferentes. No entanto, a escolha sobre utilizar imagens de drones ou satélites não é mutuamente excludente pois estas plataformas coletam informações e possuem escalas muito diferentes. Estas distinções resultaram na criação de propostas de valor muito distintas para cada abordagem.

 

          Para auxiliar a compreensão do valor ofertado por cada tecnologia, separamos alguns dos principais aspectos relativos a elas:

Resolução geométrica das imagens ou GSD:

 

          A Ground Sample Distance, ou GSD, em uma foto digital da superfície tirada a partir do ar (ou do espaço, no caso dos satélites), é a distância, medida no chão, entre o centro de cada pixel da imagem e o centro do próximo pixel adjacente, sendo um pixel o menor elemento que forma uma imagem digital e ao qual se atribui uma cor. Por exemplo, em uma imagem com GSD de um metro, pode-se dizer que cada pixel (ou cada ‘pontinho’) na imagem representa uma área de um metro quadrado. Sendo assim, quanto menor GSD uma imagem tiver, maior o nível de detalhes que será possível observar na mesma. O termo ‘resolução geométrica’ também é comumente utilizado para definir a GSD.

 

 Figura 1: Ilustração da Ground Sample Distance. Nesta imagem é possível reparar que o reboque do veículo é representado na imagem por diversos pixels cujo tamanho corresponde ao GSD.

(fonte: Autor) 

 

          Este é o aspecto tecnológico no qual os drones levam mais vantagem, visto que diferente dos satélites, estes operam a distâncias pequenas do terreno que se deseja imagear. Embora tenham capacidade operacional para voar em alturas muito superiores, por questões normativas (definidas pela ANAC) os drones operam usualmente a 120 m ou menos, o que – dependendo da câmera utilizada – resulta em imagens com GSD de 10 cm, sendo os drones capazes, porém, de obter imagens com GSD de até 2 cm.

 

         Os satélites, por outro lado, apresentam uma limitação nesse aspecto. A melhor opção disponível para o território brasileiro e a constelação RapidEye que conta com cinco satélites fornecendo imagens com GSD de 5 m, ou seja, cada pixel nestas é cinquenta vezes maior do que o tamanho de pixel usual em imagens de drones.

 

 Figura 2: Ilustração da constelação de satélites RapidEye. Pode-se observar que os satélites capturam imagens a partir de uma altitude elevada, diminuindo sua resolução geométrica. 

(fonte: Wikipedia) 

 

      Essa característica por si só faz com que os drones sejam a escolha padrão – e única disponível – em qualquer solução que dependa de imagens com um maior nível de detalhes, como por exemplo na detecção e identificação de plantas invasoras, no monitoramento de parcelas experimentais e na geração de modelos topográficos de alta precisão.

Escalabilidade

 

        É neste aspecto que os satélites apresentam sua maior vantagem: cada uma de suas imagens (ou cenas, em uma linguagem técnica) cobre uma vasta área, de cerca de 10.000 hectares no caso da constelação RapidEye, o que aumenta drasticamente o custo benefício dessas imagens conforme aumenta a escala da área que se deseja imagear.

 

         Para os drones de asa fixa (nome que se dá às aeronaves que possuem geometria e funcionamento equivalentes àquelas de um avião tripulado, a fim de diferir estas dos multirotores), o aumento da escala também aumenta o custo benefício da operação como um todo, visto que usualmente os maiores custos envolvidos nestas operações usualmente são aqueles relacionados à logística necessária. No entanto, esse aumento de custo benefício não chega a ser capaz de competir com o que é proporcionado pelos satélites, propiciando uma produtividade máxima de cerca de 2.000 ha / dia.

 

      Um dos principais fatores que influencia a falta de competitividade dos drones em escala é a legislação vigente, visto que a produtividade por voo aumenta drasticamente com o aumento da altura de voo apesar de que as imagens geradas tenham menor GSD. A legislação limita esta altura a 120 m, assim como limita que a aeronave – embora automática – deva permanecer dentro do campo visual do seu operador. Há a possibilidade de certificar a aeronave para voos além deste campo visual, ou BVLOS (Beyond Visual Line of Sight), mas tal certificação atualmente possui um elevado custo monetário e de tempo, o que a torna proibitiva para a maioria das empresas do setor. Futuramente, porém, a popularização do uso desta tecnologia e consequentes mudanças na legislação devem abrandar e refinar estas restrições, simplificando as operações em áreas vastas e consequentemente aumentando a produtividade diária dos drones.

Disponibilidade de dados sob demanda

 

         No que diz respeito à capacidade de fornecer dados sob demanda, ou seja, no dia exato em que forem necessários (antecedendo uma aplicação de insumo, por exemplo), os drones levam algumas vantagens em relação aos satélites. Por serem operados por uma equipe de campo, os drones possuem efetivamente uma janela de voo de quatro horas diárias (usualmente das 10:00 h às 14:00 h, variando de acordo à região), que representa o intervalo do dia no qual as condições de luminosidade são adequadas ao sensoriamento remoto, dando ao operador uma margem para a realização da operação caso as condições de tempo não estejam adequadas em um primeiro momento. Ademais, por voarem abaixo das nuvens e possuírem um sensor de irradiância solar (apontado para cima), os dados gerados por esses equipamentos são robustos à presença de nuvens, corrigindo as imagens coletadas caso a aeronave se encontre abaixo de uma nuvem (já que a imagem em questão apresentaria valores menores de reflectância se comparada a uma imagem coletada sob céu limpo).

 

Figura 3: Drone de asa fixa AT120, produzido pela Auster Tecnologia 

(fonte: Autor) 

 

          Os satélites, por outro lado, passam sobre as regiões que suas órbitas contemplam apenas um número determinado de vezes ao mês, e sempre em um mesmo horário do dia. O tempo entre uma passagem do satélite sobre determinada região e a passagem seguinte é denominado ‘tempo de revisita’, e no caso da constelação RapidEye é de um dia, embora costume variar de três a dez dias para a maioria das constelações de satélites. Sendo assim, é necessário que o céu sobre a região de interesse na imagem coletada esteja limpo (sem nuvens) no momento da passagem do satélite para que esta possa ser utilizada, condição que é bastante agravada em um país de clima tropical. Isso faz com que mesmo possuindo um tempo de revisita de apenas um dia a constelação RapidEye, em termos práticos, só seja capaz de fornecer uma imagem viável de um mesmo local a cada cinco dias, em média, mas esse tempo pode variar para mais ou para menos dependendo da região que se está avaliando.

          Por estes motivos, todas as aplicações de sensoriamento remoto aplicado à agricultura de precisão que dependam de determinismo temporal na coleta dos dados usualmente têm os drones como escolha de plataforma mais confiável.

         Atualmente, decidir se faz mais sentido utilizar uma plataforma ou outra – ou ambas – depende das tarefas que precisam ser executadas e das características dos dados que devem ser obtidos.  Existem casos nos quais um satélite simplesmente não supre as necessidades do trabalho tão bem quanto um drone, assim como existem casos nos quais seria insensato tentar utilizar um drone se dados de satélite estiverem disponíveis. Tais distinções nos permitem criar algumas regras gerais quanto às utilizações mais adequadas de cada plataforma:

 

  • As aplicações que necessitam de um alto nível de detalhamento no produto final (Ex.: Monitoramento de parcelas experimentais e atividades de topografia destinadas à terraplanagem, terraceamento ou construção de taipas para lavouras de arroz) são casos típicos em que a melhor escolha são os drones.

 

  • O imageamento de grandes áreas para fins gerais e sem um elevado índice de detalhamento no produto final (Ex.: Monitoramento de questões ambientais em geral - como queimadas e desmatamento - ou do vigor vegetativo de lavouras) é um caso típico do uso de imagens de satélite.

 

  • O imageamento de lavouras com a finalidade de prescrever taxas de aplicação variável de insumos pode ser realizado tanto utilizando drones quanto satélites, mas o uso de imagens de satélite para este fim costuma esbarrar em uma limitação: as imagens nem sempre estão disponíveis de forma ágil, o que pode criar a necessidade de aplicar o insumo em uma data diferente da originalmente prevista. 

     

       Esperamos que estas informações tenham sido úteis para auxiliar você a compreender melhor as características destas incríveis plataformas, e ficamos à disposição para sanar dúvidas restantes. Caso queira se inteirar mais sobre a utilização dos drones e do sensoriamento remoto na agricultura, confira nossos cursos de capacitação.

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