Como o Arboreal Forest recolhe dados de posição — do GPS do telemóvel a coordenadas AR de precisão

1. Ponto de partida: o GNSS integrado do telemóvel

Todos os smartphones modernos têm um chip GNSS (a maioria chama-lhe GPS, mas na verdade recebe sinais de vários sistemas de satélites em simultâneo). Ao medir uma árvore no Arboreal, a aplicação regista quatro valores:

• A sua posição — a coordenada GPS do telemóvel.
• O rumo — a direção da bússola do telemóvel até à árvore.
• A distância — medida até ao bordo do tronco.
• O diâmetro — medido com a suta em AR do Arboreal.

A partir destes quatro valores calculamos a posição do centro do tronco. É essa a coordenada que guardamos para a árvore.

Que precisão se pode esperar?

O GNSS do telemóvel tem normalmente uma precisão de alguns metros em terreno aberto, e bastante pior sob um coberto denso, onde os sinais são bloqueados ou refletidos. Para a maior parte da gestão florestal operacional isso é suficiente — mas para voltar a encontrar árvores individuais, ou cruzar os dados do Arboreal com deteção remota de alta resolução, é preciso mais.

2. Precisão centimétrica com o Emlid Reach RX

O Arboreal suporta o Emlid Reach RX e o Reach RX2 — pequenos recetores RTK-GNSS de bolso que se ligam ao telemóvel por Bluetooth. Com um fluxo de correções RTK (NTRIP ou uma base local), o Reach RX fornece posições fixas com 1–2 cm de precisão.

Quando há um Reach RX ligado, o Arboreal usa a respetiva coordenada como posição de referência em vez do GPS integrado do telemóvel. A geometria é exatamente a mesma da secção 1 — rumo, distância, diâmetro —, mas o ponto de partida passa a ter precisão centimétrica e, por isso, os centros das árvores também.

Para ver os números reais de um ensaio de campo, publicámos uma avaliação completa aqui: Avaliação da precisão GNSS — Emlid Reach RX / RX2.

3. Coordenadas locais a partir de AR — boa precisão relativa

É aqui que fica interessante. Além da posição GPS, o Arboreal regista cada árvore num sistema de coordenadas AR local.

O ARKit da Apple usa a câmara em conjunto com os sensores de movimento do telemóvel para acompanhar a posição e a orientação do telemóvel no espaço 3D. A origem fica no local onde a sessão foi iniciada — normalmente a estaca central. Estas coordenadas locais estão em metros, e as posições das árvores entre si são extremamente precisas — normalmente com um erro de apenas alguns centímetros, mesmo onde o GPS tem muito ruído sob o coberto.

Por predefinição, o ARKit usa um mundo alinhado com a gravidade e o rumo:

• X aponta para leste
• Y é a altitude (para cima)
• –Z aponta para norte (ou seja, Z aponta para sul)

Assim, a orientação do sistema local deve coincidir com o norte geográfico, com a ajuda da bússola do telemóvel.

4. Quando a bússola falha — rodar o sistema de coordenadas local

A bússola do telemóvel nem sempre é fiável. Interferências magnéticas, um telemóvel acabado de mover ou agitar, ou simplesmente trabalhar perto de metal podem rodar o mundo AR alguns graus — por vezes muitos. Quando isso acontece, toda a parcela aparece ligeiramente torcida no mapa.

Há duas formas de resolver isto no Arboreal:

1. Verificar antes de começar. Antes de colocar a estaca central, observe a seta azul do norte no ecrã. Se não estiver a apontar para onde se sabe que é o norte, toque nela e rode-a até que esteja. A sessão AR arranca então corretamente orientada.
2. Corrigir depois. Se o desalinhamento só for notado depois da medição, a rotação pode ser corrigida no pós-processamento — todo o sistema de coordenadas local (e com ele a posição de cada árvore) é simplesmente rodado em torno da estaca central pelo ângulo de desvio. Esta não é hoje uma funcionalidade integrada no Arboreal, mas como as coordenadas locais em bruto são exportadas com a parcela, a correção pode ser aplicada em qualquer SIG ou ferramenta de análise à escolha.

5. Do local ao global — ancorar na estaca central

Este passo é relevante sobretudo quando se trabalha com o GNSS integrado do telemóvel. Com um Reach RX, cada árvore já fica com uma coordenada global de precisão centimétrica, pelo que não há mais nada a fazer. Com o GNSS do telemóvel, porém, cada leitura GPS por árvore traz consigo o ruído do telemóvel — alguns metros em terreno aberto, mais sob o coberto — e as árvores podem acabar dispersas umas em relação às outras, mesmo quando a AR conhece as suas posições ao centímetro.

A solução é ignorar por completo as leituras GPS de cada árvore e reconstruir a posição global de todas a partir da estaca central. A estaca central é a origem do mundo AR, pelo que a sua coordenada local é (0, y, 0). O (X, Z) local de qualquer outra árvore é apenas um deslocamento este/norte em metros a partir desse ponto. A conversão desses deslocamentos numa coordenada global fica ao critério do utilizador — cada utilizador prefere um sistema de coordenadas diferente (WGS84, SWEREF 99 TM, UTM, uma quadrícula nacional…), e a escolha certa depende da forma como os dados vão ser usados.

Um exemplo prático — conversão para WGS84 (latitude / longitude)

O WGS84 é o sistema de coordenadas usado pela maioria dos dispositivos GPS e mapas web. Exprime a posição como latitude e longitude em graus. Para passar de metros locais a graus é preciso saber a quantos metros corresponde um grau no local:

Onde lat₀ é a latitude da estaca central (em radianos dentro do cos), Δnorte é o deslocamento local –Z em metros e Δeste é o deslocamento local X em metros. 111 320 m é uma aproximação útil para um grau de latitude no elipsoide WGS84 — o valor real varia menos de 1 % entre o equador e o polo, o que é suficiente para distâncias à escala de uma parcela.

Quando a parcela está corretamente orientada (ver secção 4 — de modo que +X local aponte de facto para leste e –Z local aponte de facto para norte), a coordenada global de cada árvore é:

Passo a passo

1. Leia a coordenada GPS da estaca central (lat₀, lon₀) na exportação do Arboreal.
2. Para cada árvore, obtenha o respetivo (X, Z) local a partir da exportação.
3. Converta os deslocamentos em graus com as fórmulas acima (lembre-se de converter lat₀ em radianos dentro do cos).
4. Some-os a (lat₀, lon₀) para obter a coordenada WGS84 global da árvore.

Para quem prefere trabalhar num sistema projetado como o SWEREF 99 TM ou o UTM, o processo é ainda mais simples — os deslocamentos podem manter-se em metros e ser somados diretamente à coordenada projetada da estaca central (sem correção de cos), reprojetando para WGS84 apenas quando for preciso mostrar os dados num mapa web.

O resultado é que cada árvore fica com a precisão relativa da AR — normalmente centímetros entre árvores —, ancorada a uma única leitura GPS na estaca central. A parcela mantém a sua forma real, e o conjunto só é deslocado pelo ruído dessa única leitura, e não por ruído independente em cada árvore.

Porque é que isto importa — dois casos de utilização

1. Cruzar os dados do Arboreal com outras fontes. Quando as árvores têm coordenadas globais precisas, podem ser sobrepostas a imagens de drone, fotografia aérea ou varrimentos LiDAR móveis e emparelhadas árvore a árvore. Isso permite juntar os diâmetros medidos com o Arboreal às alturas obtidas por deteção remota — obtendo um par completo de DAP (diâmetro à altura do peito) e altura para cada árvore individual, em vez de médias ao nível da parcela.

2. Revisitar a mesma parcela. Ao regressar na época seguinte, as posições precisas de cada árvore permitem voltar a identificar os mesmos indivíduos. O crescimento, a mortalidade e os efeitos da gestão podem então ser acompanhados ao nível da árvore — e não apenas ao nível do povoamento.

Em resumo

Três camadas de posicionamento a trabalhar em conjunto:

• GNSS do telemóvel — sempre disponível, precisão métrica, suficiente para a maioria das operações.
• Emlid Reach RX — precisão centimétrica quando é necessária.
• Coordenadas locais AR — alguns centímetros de precisão relativa, ancoráveis a uma única leitura GPS.

É esta combinação que torna os dados do Arboreal fáceis de comparar, fáceis de revisitar e fáceis de integrar com o resto da floresta digital.