Uso de veículos aéreos não tripulados (RPAS/Drones) para identificação do padrão de fraturação em pedreiras

Dissertação de Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica em Ciências Agronómicas e Florestais

O trabalho desenvolvido nesta dissertação tem como principal objetivo a identificação do padrão de fracturação em pedreiras localizadas no Núcleo de Pedreiras das Pedras Finas, município de Ponte de Lima, Concelho de Viana do Castelo, a partir do uso de veículos aéreos não tripulados (RPAS/Drones). As metodologias utilizadas para a concretização do objetivo proposto foram oriundas das pesquisas na literatura académica relacionada com a referida temática. Baseiam-se em métodos tradicionais de levantamentos estruturais, aliados aos métodos automáticos com o recurso a levantamentos aerofotogramétricos. A comparação dos dados obtidos por estas metodologias de trabalho foi também um dos objetivos da presente dissertação, de maneira a validar o modelo adotado. Os trabalhos iniciaram-se no campo com a captura das imagens e a medição dos dados estruturais necessários para a caracterização dos perfis de estudos. As etapas seguintes dizem respeito ao processamento e pós-processamento dos dados. Nestas fases, a partir das aplicações Agisoft Metashape® e do CloudCompare®, obtêm-se os meios necessários para a extração das medidas dos planos de fracturação. Na área de estudo foram considerados 6 perfis em sítios distintos do núcleo de pedreiras, e para cada perfil realizou-se uma respetiva missão (voo) para captura de imagens. As modelações desses dados aerofotográficos em Agisoft Metashape® geraram, para além das nuvens densas de pontos, os Modelos Digitais de Elevação (MDE) e ortomosaicos, com resoluções que variaram de 3.64 a 7.03 cm/pixel e entre 1.82 e 3.51 cm/pixel, respetivamente. Das nuvens de pontos densas, já no CloudCompare®, procedeu-se à identificação dos planos relativos às fraturas em cada perfil. No levantamento sistemático in situ foram caracterizadas 301 fraturas nos 6 perfis. Dos dados comparativos entres o valores medidos em campo e os valores adquiridos no CloudCompare® evidenciaram-se similares para os perfis 1, 2, 3 e 5; já para os perfis 4 e 6 estes dados apresentaram leves diferenças, que apesar disso não invalidam a metodologia aplicada. As principais famílias identificadas nos respetivos perfis condizem com os valores apontados no Relatório de Fundamentação para o PIER-NPFF, ou seja, as famílias com as direções NE-SW e NW-SE subverticais constituem as principais direções de fracturação do maciço, de modo que coincidem frequentemente com a orientação das fraturas observadas nas frentes de exploração. No perfil 4 foi identificada uma zona de falha com orientação N24E,85SE com aproximadamente 1,6 m de comprimento, com planos de fracturação próximos preenchidos por material aplítico argilizado, sendo que a existência dessa zona de falha também foi considerada no Relatório de Fundamentação. Como conclusão, tem-se que a utilização de RPAS nos levantamentos aerofotogramétricos é um contributo indispensável para a caracterização geológico-estrutural de áreas potenciais para a indústria extrativa de rochas ornamentais. São considerações para os trabalhos futuros a utilização exaustiva dos dados adquiridos com o intuito de aprimorar essa técnica, assim como melhorar o fluxo de trabalho dos métodos de extração automática disponibilizados no CloudCompare® ou outras aplicações, de maneira a que venham a ser empregues nos trabalhos subsequentes.

The work developed in this dissertation has as main objective: the identification of the fracturing pattern in quarries located in the Núcleo de Pedreiras das Pedras Finas, municipality of Ponte de Lima, Viana do Castelo, using Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS or more commonly Drones). The methodologies used to achieve the proposed objective came from research in the academic literature with the aforementioned theme. Those are based on traditional methods of structural surveys, allied to automatic methods through resources of aerophotogrammetric surveys. The comparison of the data obtained by these work methodologies was also one of the objectives of this dissertation, in order to validate the adopted model. The work begins in the field with the capture of images, measurement of the structural data necessary for the characterization of the study profiles. The following steps concern the processing and post-processing of the data, using the applications Agisoft Metashape® and CloudCompare®, in order to achieve the necessary means to extract measurements from the fracture planes. In the study area, 6 profiles were considered at different places of the quarry core, so that for each profile a respective mission (flight) was carried out to capture images. The modelling of these aerophotographic data in Agisoft Metashape®, generated, in addition to dense point clouds, Digital Elevation Models (DEM) and orthomosaics, with resolutions ranging from 3.64 to 7.03 cm/pixel and between 1.82 and 3.51 cm/pixel, respectively. From the dense point clouds, already in CloudCompare®, the planes related to the fracture in each profile were identified. In the systematic survey in situ, 301 fracturing measurements were characterized in the 6 profiles. The comparative data between the values measured in the field and the values acquired in CloudCompare® proved to be similar for profiles 1, 2, 3 and 5; for profiles 4 and 6, these data showed slight differences, that nevertheless do not invalidate the methodology applied. The main families identified in the respective profiles match the values indicated in the Fundamentation Report for the PIER-NPFF, that is, the families with the sub-vertical NE-SW and NW-SE directions constitute the main fracture directions of the massif, so that they often coincide with the orientation of the fractures observed on the exploration fronts. In profile 4, a fault zone with orientation N24E,85SE was identified with approximately 1.6 m in length, with nearby fracture planes filled with clay-based material, the existence of this fault zone was also considered in the Fundamentation Report. In conclusion, it appears that the use of RPAS and aerophotogrammetric surveys is an indispensable contribution to the geological-structural characterization of potential areas for the ornamental rock extractive industry. Considerations for future work are the exhaustive use of the acquired data in order to improve this technique, as well as improving the workflow of automatic extraction methods available in CloudCompare® or other applications, so they will also be used in subsequent work.