Sistema GNSS-RTK de baixo custo em veículos aéreos não tripulados para aplicações na agricultura

Abstract

O mercado da tecnologia fotogramétrica e de posicionamento oferece modelos de câmeras e receptores com variações na precificação de forma a atender diferentes públicos e demandas. Atualmente, testes de equipamentos de baixo custo estão sendo realizados com o intuito de ampliar a utilização da tecnologia, tornando-a acessível. Os receptores GNSS de simples frequência, presentes nos VANTs (veículos aéreos não tripulados) de menor precificação, estão sendo submetidos a testes estáticos e cinemáticos para a verificação da qualidade da precisão do posicionamento. Receptores capazes de estimar coordenadas por meio do método de posicionamento relativo com correção em tempo real (Real Time Kinematic - RTK) apresentam alta precisão nas observações e também estão disponíveis em versões de baixo custo. Também podem obter resolução competitiva de ambiguidade e desempenho de posicionamento para os receptores de frequência dupla de alto custo. Os VANTs comercializados com receptores RTK já embarcados possuem alto valor aquisitivo. Estes oferecem ao usuário a possibilidade do georreferenciamento das imagens coletadas com o menor número possível de pontos de controle. O rastreio dos pontos de controle no terreno é um fator que inibe as vantagens da utilização de VANTs em regiões de difícil acesso, como em áreas florestais, densas vegetações ou com processos erosivos. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho dos receptores GNSS-RTK de baixo custo no modo estático, cinemático e também sua precisão para o georreferenciamento de ortoimagens. Para atender o primeiro objetivo, foi inserido no VANT modelo Matrice 100 o GNSS-RTK.Na área experimental foram alocadas 24 estacadas e um ponto foi escolhido como base para que a correção via rádio fosse possível. O posicionamento estático foi avaliado por meio da comparação da coordenada obtida com o sistema GNSS-RTK e da coordenada coletada com o receptor geodésico Topmap TPS T10. O posicionamento cinemático foi avaliado por meio da comparação dos valores das coordenadas dos pixels centrais das imagens coletadas a 60 metros de altura. Os dados estáticos apresentaram, em sua maioria, precisão centimétrica e os dados cinemáticos precisão métrica. Para atender ao segundo objetivo, pontos de controle e de validação foram escolhidos ao longo da área experimental. Foram realizados voos a 40, 60 e 80 metros de altura. Com o auxílio de softwares de planejamento e processamento, as imagens foram georreferenciadas com diferentes números de pontos de controle e a precisão de cada resultado foi avaliada por meio dos pontos de validação. Os resultados demonstram que quanto maior a altura de voo, menor a precisão. Portanto, quanto maior o número de pontos de controle no georreferenciamento, melhor a qualidade da interpolação e, assim, os pontos analisados se aproximam dos valores ideais. Palavras-chave: Sensoriamento remoto. Global Navigation Satellite System. Real Time Kinematic.

Currently, tests of low-cost equipment are being carried out in order to expand the use of technology, making it accessible. The GNSS receivers of simple frequency, present in the UAVs (unmanned aerial vehicles) of lower pricing, are being subjected to static and kinematic tests to verify the quality of the positioning accuracy. Receivers capable of estimating coordinates using the relative positioning method with real-time correction (Real Time Kinematic - RTK) have high precision in the observations. These receivers with real-time correction capability are also available in the low-cost version. They can also achieve competitive resolution of ambiguity and positioning performance for high-cost dual frequency receivers. UAVs sold with RTK receivers already shipped have a high acquisition value. These offer the user the possibility of geo-referencing the images collected with the fewest possible control points. The tracking of control points on the ground is a factor that inhibits the advantages of using UAVs in regions of difficult access, such as in forest areas, dense vegetation or with erosion processes. Thus, this work aimed to evaluate the performance of low-cost GNSS-RTK receivers in static, kinematic mode and also their accuracy for the georeferencing of orthoimages. In order to meet the first objective, the GNSS-RTK UAV model was inserted in the UAV model Matrix. In the experimental area, 24 stakes were allocated and a point was chosen as the basis for radio correction to be possible. Static positioning was assessed by comparing the coordinate obtained with the GNSS-RTK system and the coordinate collected with the Topmap TPS T10 geodetic receiver. The kinematic positioning was evaluated by comparing the coordinate values of the central pixels of the images collected at 60 meters. The static data presented, in their majority, centimetric precision and the kinematic data metric precision. To meet the second objective, control and validation points were chosen throughout the experimental area. Flights were performed at 40, 60 and 80 meters in height. With the aid of planning and processing software, the images were georeferenced with different numbers of control points and the accuracy of each result was assessed using the validation points. The results demonstrate that the higher the flight height, the lower the accuracy. Therefore, the greater the number of control points in the georeferencing, the better the quality of the interpolation and, thus, the analyzed points approach the ideal values. Keywords: Remote sensing. Global Navigation Satellite System. Real Time Kinematic.