Ainda há grandes demandas em quantificações precisas das variáveis de crescimento de uma floresta, principalmente para grandes áreas, a fim de apoiar as atividades relacionadas aos inventários e manejo florestal.
A quantificação da estrutura da vegetação florestal em diferentes escalas é fundamental para a compreensão e modelagem dos processos vitais que estão presentes no ecossistema, como fotossíntese, alocação de carbono, fluxos de água, balanço de energia, biodiversidade, dinâmica de crescimento e mortalidade.
Por isso, o setor florestal tem buscado novas formas de obter informações das variáveis coletadas em campo com maior velocidade, garantindo a precisão dos dados, de uma forma mais acessível e viável economicamente.
O que é o Sistema LiDAR?
Uma possível alternativa que vem se destacando no mercado é o LiDAR, que surgiu como meio de coleta e caracterização da estrutura das florestas distribuídas verticalmente (estratos florestais) e que é considerado como relevante fonte de dados.
O LiDAR emergiu como uma das mais promissoras tecnologias e amplamente reconhecido para estimar variáveis e parâmetros nas florestas. O LiDAR é um sensor ativo de um sistema a laser que emite feixes ópticos em direção ao solo, que utiliza um espelho de varredura e fornece medições precisas, com base no tempo decorrido entre a emissão de um pulso e a medição do sinal de retorno.
Alguns exemplos de atributos estruturais das florestas coletados a partir do LiDAR podem ser citados: a altura e diâmetro da árvore, bem como as diferenças entre as suas copas, volume e cobertura do dossel, índice de área foliar, topografia do sub-bosque, densidade de indivíduos, área basal, biomassa aérea e estimativas do estoque de carbono.
Sistemas LiDAR utilizadas para mapear florestas
Podem ser citados como principais sistemas para trabalhar no LiDAR:
Airborne Laser Scanning (ALS)
Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Laser scanning (ULS)
Terrestrial Laser Scanning (TLS)
Mobile Laser Scanning (MLS)
Spaceflight lidar (SLS)
Figura 1. Exemplos de dados fornecidos pelos diferentes sistemas lidar, identificando os recursos e a resolução de cada instrumento. Fonte: Beland et al. (2019)
Airborne Laser Scanning (ALS)
Os sistemas ALS são implantados em aeronaves de asa fixa ou rotativa, mais comumente em altitudes de 500 a 3.000 m, mas também há sistemas que operam em altitudes de até 20.000 m. Existem alguns trabalhos que utilizaram dados ALS para obter informações dos estratos da cobertura vegetal, a partir da análise das estimativas de alturas das árvores. Há a possibilidade de se usar esse sistema para identificar árvores individuais, com estratos de dominância e até mesmo para estimar o volume de povoamentos. O ALS pode fornecer estimativas diretas da rugosidade do dossel, fração de cobertura e elevação do terreno. Por outra lado, a análise da descrição da estrutura dentro do dossel ainda é um pouco limitada. O interessante é que esse sistema pode ser usado para monitorar distúrbios nos plantios florestais a partir da realização de medições repetidas.
No entanto, o sistema ALS ainda é de alto custo, sobretudo quando considerado o valor de aquisição dos instrumentos, por isso a coleta de dados é normalmente realizada por prestadores de serviços.
Unmanned Aerial Vehicle (UAV)
As aeronaves UAV geralmente voam em altitudes mais baixas, cerca de 50 a 300 m acima do solo. Os sistemas ULS permitem coletar maiores detalhes da estrutura do dossel das árvores e, dependendo do tamanho da área, os custos de coleta tendem a ser menores, que os do sistemas ALS. Um dos grandes desafios do ULS é que a coleta de dados, na maioria dos casos, precisa ser terceirizada e não há muitas opções e ofertas de prestadores de serviços, o que dificulta a igual disponibilidade para todas as áreas e regiões.
Terrestrial Laser Scanning (TLS)
Já os sistemas TLS são utilizados para coletar dados com uma maior riqueza de detalhes, cujos alvos de campo são de até 100 m. É possível separar a madeira do material da folha dentro dos dados. Tem grande potencial para ser utilizado em estudos de ambiente no interior do dossel, bem como mapas de área basal. O maior desafio é que os métodos de campo são complexos, principalmente para a logística e alinhamento a um sistema de referência de posicionamento comum.
O sistema TLS pode ser usado para mapear a capacidade fotossintética, o teor de umidade e a concentração de pigmentos em 3D, a partir da intensidade da luz laser retornada. Além disso, esse sistema tem se mostrado eficiente para fornecer estimativas precisas na quantificação do volume de madeira a nível individual da árvore utilizando o método chamado Quantitative Structure Modeling (QSM), proposto por Raumonen et al. (2013).
O LiDAR pode ser uma ferramenta útil para resolver a incompatibilidade de escala entre os dados de campo e a escala de pixels das imagens de satélite. E como diz Asner et al. (2012) “…a capacidade do LiDAR em penetrar o dossel e detectar a estrutura tridimensional das florestas, o torna um dos mais importantes componentes a ser utilizado em estratégias internacionais para mensurar e estimar a biomassa e as emissões de carbono das florestas”.