Análise da influência de diferentes estratégias de posicionamento GNSS na modelagem de trajetória de RPA para mapeamento fotogramétrico

Abstract

Resumo: Com o avanço nos estudos do uso de aeronave remotamente pilotada (RPA – do inglês Remotely-Piloted Aircraft) e visando sua utilização em projetos de mapeamento fotogramétrico, fatores inerentes aos processos, métodos e técnicas empregadas merecem a devida atenção, como as relacionadas ao posicionamento geodésico da plataforma e sensor através da tecnologia de Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS – do inglês Global Navigation Satellite System) durante o processo de aquisição das imagens para o voo apoiado. Tal aspecto ganhou aprofundamento com a utilização de métodos de posicionamento como o RTK (do inglês Real Time Kinematic) e o PPK (do inglês Post Processed Kinematic) para a estimativa de trajetórias RPAs, uma vez que estes possibilitam uma redução de tempo e custo. Em um esforço industrial e acadêmico o Centro de Pesquisas Aplicadas em Geoinformação da UFPR (CEPAG-UFPR) vem desenvolvendo estudos nessa área em parceria com a empresa Guandalini Posicionamento. A empresa tem desenvolvido uma solução denominada GPPK (Guandalini Post-Processed Kinematic), a qual faz uso de um receptor coletando dados GNSS em mono ou dupla frequência (L1 ou L1/L2) e um sistema fotosensor para a identificação do exato instante de aquisição das imagens. Neste projeto de pesquisa, utilizando-se o GPPK, analisou-se a influência de diferentes estratégias de processamento do posicionamento GNSS cinemático pós-processado, no provimento das trajetórias e do posicionamento geodésico tridimensional do centro perspectivo da câmera embarcada no contexto de levantamentos aerofotogramétricos. Foram definidos experimentos baseados na utilização do método com a utilização de diferentes portadoras. Também foram analisadas extensões de linha de base longa e curta, e diferentes frequências de aquisição de observáveis. Mediante análises estatísticas observou-se que as trajetórias podem ser consideradas estatisticamente iguais, pois não houve tendência significativa no conjunto amostral de discrepâncias entre as coordenadas dos pares de experimentos e os testes indicam concordância perfeita entre as trajetórias. Foi realizada, também, a calibração em serviço da câmera do RPA para determinação dos parâmetros de orientação interior e avaliação das discrepâncias encontradas em solo. Uma análise dos resultados obtidos nos pontos de verificação implantados em campo, indica que a utilização de linha de base curta apresenta melhores resultados do que linha de base longa, possivelmente devido ao tempo de ocupação e a restrição dos receptores Emlid (que compõe o GPPK) em trabalhar apenas com a observável L2C. A inclusão da portadora L2 em linha de base curta não influenciou de forma significativa a exatidão. Relativo à frequência de aquisição dos dados, o aumento não produz ganho significativo da acurácia, sendo o cenário mais vantajoso o uso de receptor monofrequência em linha de base curta a uma taxa de 0,2 segundos. A avaliação da exatidão geométrica com o uso de sete pontos de controle trouxe melhores resultados se comparado ao uso de apenas um ponto, principalmente para os experimentos em linha de base longa.

Abstract: With the advancement in the studies of the use of remotely piloted aircraft (RPA) and aiming its use in photogrammetric mapping projects, factors inherent to the processes, methods and techniques employed deserve due attention, such as those related to positioning geodesic of the platform and sensor through the Global Navigation Satellite System (GNSS) technology during the image acquisition process for the supported flight. This aspect gained depth with the use of positioning methods such as RTK (Real Time Kinematic) and PPK (Post Processed Kinematic) for the estimation of RPA trajectories, since they allow a reduction in time and cost. In an industrial and academic effort, the Center for Applied Research in Geoinformation at UFPR (CEPAG-UFPR) has been developing studies in this area in partnership with the company Guandalini Positioning. The company has developed a solution called GPPK (Guandalini Post-Processed Kinematic), which makes use of a receiver collecting GNSS data in mono or dual frequency (L1 or L1/L2) and a photosensor system to identify the exact moment of acquisition. of the images. In this research project, using GPPK, the influence of different post-processed kinematic GNSS positioning processing strategies was analyzed in the provision of trajectories and three-dimensional geodetic positioning of the perspective center of the embedded camera in the context of aerophotogrammetric surveys. Experiments were defined based on the use of the method with the use of different carriers. Long and short baseline lengths and different frequencies of acquisition of observables were also analyzed. Through statistical analysis, it was observed that the trajectories can be considered statistically equal, as there was no significant trend in the sample set of discrepancies between the coordinates of the pairs of experiments and the tests indicate perfect agreement between the trajectories. In-service calibration of the RPA camera was also carried out to determine the parameters of interior orientation and evaluation of discrepancies found on the ground. An analysis of the results obtained in the checkpoints deployed in the field, indicates that the use of a short baseline presents better results than a long baseline, possibly due to the occupation time and the restriction of Emlid receivers (which make up the GPPK) in working only with the observable L2C. The inclusion of the L2 carrier in a short baseline did not significantly influence the accuracy. Regarding the frequency of data acquisition, the increase did not propose a significant gain in accuracy, the most advantageous scenario being the use of a monofrequency receiver in a short baseline at a rate of 0.2 seconds. The evaluation of geometric accuracy with the use of seven control points brought better results compared to the use of only one point, mainly for experiments with a long baseline.