Modelagem de atributos florestais a partir de dados de aerofotogrametria digital em plantios comerciais de eucalipto

Abstract

No ano de 2021 o setor florestal gerou R$ 97,4 bilhões de reais, sendo responsável por 1,2% do PIB nacional. Dentre as etapas fundamentais da indústria florestal destaca-se o inventário florestal (IF). Essa atividade tem sido alvo de pesquisas para que seja preciso, de baixo custo e de rápida execução. Dentre os avanços recentes, os Remotely Piloted Aircraft System (RPAS), cuja execução de voo, com localização em datas/horas a gosto do usuário, superou as desvantagens de dados orbitais de alta resolução. Assim, este estudo objetivou avaliar a eficiência da aerofotogrametria digital para estimar a altura total (Ht) e, indiretamente, o diâmetro a 1,30 m de altura (dap) e volume de árvores, em um povoamento comercial de eucalipto. A altura das árvores foi estimada a partir de um Canopy Height Model (CHM) derivado da subtração de um Digital Surface Model (DSM) por um Digital Terrain Model (DTM) provindos de uma nuvem de pontos gerada a partir de dados de aerofotogrametria digital e Light Detection and Ranging (LiDAR), respectivamente. A partir das alturas estimadas pelo CHM, foram ajustados modelos sigmoides para a obtenção das estimativas de diâmetro a 1,30 m (dap). Uma equação volumétrica ajustada para a área de estudo foi utilizada para estimar os volumes das árvores. As variáveis estimadas a partir da metodologia proposta foram comparadas com os valores de Ht e dap mensurados no IF. As estimativas dos Canopy Height Model (CHM), originado a partir do aerolevantamento com RPA, resultaram nos respectivos valores de média, máximo e mínimo: 26,8; 32,6 e 8,8 m para Ht, enquanto os dados de campo apontavam o seguinte resultado: 25,0; 32,3 e 9,6 m, respectivamente, gerando um erro médio absoluto e relativo de 1,84 m e 7,35%, respectivamente. As estimativas do dap obtidas através do modelo sigmóide selecionado originou nos respectivos valores de média, máximo e mínimo: 17,2; 20,2 e 4,8 cm. Os valores de dap mensurados no IF para média, máximo e mínimo foram:15,9; 24,5 e 5,3 cm, o que resultou em EMA 1,29 cm e EMR % de 8,12 %, respectivamente. O valor do volume total observado no IF foi de 176,59 m³, enquanto o volume total estimado pela metodologia proposta, foi de 171,85 m³. Esses valores resultaram em EMA de 4,71 m³ e EMR % de 2,66 %. Assim, o emprego da aerofotogrametria digital para estimação de altura, dap e volume de florestas plantadas com eucalipto pode ser eficiente, mas ainda requer investigação, especialmente em relação a distribuição de pontos de controle, modelagem e algoritmos de segmentação. Palavras-chave: Drone. Mensuração Florestal. Aerofotogrametria digital

In 2021, the forest sector generated R$ 97.4 billion reais, accounting for 1.2% of the national GDP. Among the fundamental steps of the forest industry, the forest inventory (FI) stands out. This activity has been the subject of research so that it is accurate, low cost and quick to carry out. Among the recent advances, the Remotely Piloted Aircraft System (RPAS), whose flight execution, with location in dates/times at the user's taste, has overcome the disadvantages of high-resolution orbital data. Thus, this study aimed to evaluate the efficiency of digital aerophotogrammetry to estimate total height (Ht), diameter at 1.30 m height (dap) and tree volume in a commercial eucalyptus stand. The height of the trees was estimated from a Canopy Height Model (CHM) derived from the subtraction of a Digital Surface Model (DSM) by a Digital Terrain Model (DTM) from a point cloud generated from digital aerophotogrammetry data and Light Detection and Ranging (LiDAR), respectively. From the heights estimated by the CHM, sigmoid models were adjusted to obtain diameter estimates at 1.30 m (dap). A volumetric equation adjusted for the study area was used to estimate tree volumes. The variables estimated from the proposed methodology were compared with the values of Ht and dap measured in the FI. The estimates of the Canopy Height Model (CHM), originated from the aerial survey with RPA, resulted in the respective mean, maximum and minimum values: 26.8; 32.6 and 8.8 m for Ht, while field data indicated the following result: 25.0; 32.3 and 9.6 m, respectively, generating a mean absolute and relative error of 1.84 m and 7.35%, respectively. The estimates of the dap obtained through the selected sigmoid model originated in the respective mean, maximum and minimum values: 17.2; 20.2 and 4.8 cm. The values of dap measured in the FI for mean, maximum and minimum were: 15.9; 24.5 and 5.3 cm, which resulted in 1.29 cm and 8.12%, respectively. The value of the total volume observed in the FI was 176.59 m³, while the total volume estimated by the proposed methodology was 171.85 m³. These values resulted in 4.71 m³ and 2.66 %. Thus, the use of digital aerophotogrammetry to estimate height, dap and volume of forests planted with eucalyptus can be efficient, but it still requires investigation, especially in relation to control point distribution, modeling, and segmentation algorithms. Keywords: RPA. Forest Measurement. Digital Aerial Photogrammetry