Comparison of optical airborne imaging systems and LiDAR for biomass quantification in native Cerrado areas

Na atualidade, plataformas aéreas remotamente tripuladas (RPAS) embarcadas com sensores imageadores formam um dos conjuntos tecnológicos mais desejados e eficientes da ciência do sensoriamento remoto. Dentre todas as aplicações possíveis, o mapeamento do uso do solo é o carro-chefe, com destaque para a análise da cobertura vegetal nativa e suas relações com o ambiente. Esta pesquisa teve como objetivo analisar a biomassa aérea lenhosa contida em parcelas de vegetação nativa do bioma Cerrado, localizadas na bacia hidrográfica do Rio Vermelho, estado de Goiás, com base em instrumentos avançados (sensores LiDAR e ópticos) a bordo de veículos aéreos tripulados (avião) e não tripulados (RPAS asa-fixa, modelo eBee Plus RTK/PPK). A pesquisa também incluiu estimativas da cobertura vegetal nativa obtidas em campo, tais como altura do dossel, número de indivíduos, porcentagem de cobertura e biomassa aérea lenhosa, visando avaliar a eficiência dos sistemas de imageamento e sensores. Os modelos digitais de superfície (MDS) e ortomosaicos resultantes foram analisados em função da acurácia e precisão, combinando pontos de apoio e sistema PPK (Post Processed Kinematic). Comparando-se os ortomosaicos gerados com pontos de apoio e sem sistema PPK, com os ortomosaicos gerados apenas com sistema PPK, ambos apresentaram a mesma precisão planimétrica, porém com precisão altimétrica melhorada quando empregados os pontos de apoio. Para o Cerradão, o modelo que melhor estimou a biomassa foi aquele gerado com dados LiDAR aerotransportado com voo tripulado, estatisticamente significativo com [(F(9,50) = 33,17; p < 0,001; R² = 0,856; EP da estimativa = 0,17 Mg/ha]. Para o Cerrado Denso e de Cerradão/Mata Densa, os modelos foram estatisticamente significativos com [(F(12,27) = 121,264; p < 0,001; R² = 0,982; EP da estimativa = 0,049 Mg/ha] e [(F(7,42) = 23,360; p < 0,001; R² = 0,796; EP da estimativa = 0,329 Mg/ha], respectivamente, ambos utilizando dados obtidos com LiDAR aerotransportado com voo não tripulado. Conclui-se que a utilização de dados obtidos com LiDAR e por aerofotogrametria, oriundos de aeronave tripulada e remotamente tripulada, não podem substituir e sim complementar o método convencional de levantamento de campo, em se tratando de vegetação nativa de Cerrado Denso e Cerradão. Sendo a eficiência na predição da biomassa, indo do melhor para o pior conjunto, a nuvem de pontos obtida com LiDAR aerotransportado com voo não tripulado, LiDAR aerotransportado com voo tripulado, e com levantamento aerofotogramétrico em voo não tripulado. Para o Cerrado Denso e Cerradão pode-se concluir que todas as tecnologias utilizadas nesta pesquisa apresentaram resultados eficazes, podendo, portanto, serem aplicadas de acordo com a disponibilidade de equipamentos e recursos financeiros. Currently, remotely manned aerial platforms (RPAS) embedded with imaging sensors form one of the most desirable and efficient technological sets in the science of remote sensing. Among all possible applications, land use mapping is the flagship, with emphasis on the analysis of native vegetation cover and its relationship with the environment. This research aimed to analyze the woody aerial biomass contained in parcels of native vegetation of the Cerrado biome, located in the Red River basin, state of Goiás, based on advanced instruments (LiDAR and optical sensors) aboard manned aerial vehicles (airplane) and unmanned (RPAS fixedwing, eBee Plus RTK/PPK model). The research also included estimates of native vegetation cover obtained in the field, such as canopy height, number of individuals, percentage of cover and woody aerial biomass, in order to evaluate the efficiency of imaging systems and sensors. The resulting digital surface (MDS) and orthomosaic models were analyzed as a function of accuracy and precision, combining support points and the PPK (Post Processed Kinematic) system. Comparing the orthorosaics generated with support points and without the PPK system, with the orthorosaics generated only with the PPK system, both presented the same planimetric precision, but with improved altimetric precision when the support points were used. For the Cerradão, the model that best estimated the biomass was the one generated with airborne LiDAR data with manned flight, statistically significant with [(F(9.50) = 33.17; p < 0.001; R² = 0.856; SE of the estimate = 0.17 Mg/ha]. For the Dense Cerrado and Cerradão/Dense Forest, the models were statistically significant with [(F(12.27) = 121.264; p < 0.001; R² = 0.982; SE estimate = 0.049 Mg/ha] and [(F(7.42) = 23.360; p < 0.001; R² = 0.796; SE estimate = 0.329 Mg/ha], respectively, both using data obtained with LiDAR Airborne with unmanned flight It is concluded that the use of data obtained with LiDAR and by aerophotogrammetry, from manned and remotely manned aircraft, cannot replace but complement the conventional method of field survey, in the case of native vegetation of Cerrado Denso and Cerradão. As the efficiency in predicting biomass, going from the best to the worst nt, the point cloud obtained with airborne LiDAR with unmanned flight, airborne LiDAR with manned flight, and with aerophotogrammetric survey in unmanned flight. For Cerrado Denso and Cerradão, it can be concluded that all technologies used in this research showed effective results and can therefore be applied according to the availability of equipment and financial resources. Outro