| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 12.89 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
Abstract
Cave topography plays a fundamental role in supporting various fields that require the exploration of underground environments by specialists. However, speleologists rely on traditional techniques which remain labor-intensive and prone to errors. While LiDAR and photogrammetry boast advanced mapping accuracy, high costs, bulk, laborous preparation and operational complexity limit widespread adoption. This study aims to investigate the use of a portable, cost-effective alternative surveying method by leveraging stereoscopy and established tools from the robotics ecosystem consisting on the ZED 2 3D camera and OctoMap framework. Field experiments compared stereoscopic mapping against a traditional compass-and-laser workflow, evaluating accuracy, efficiency and usability. Results demonstrate that stereo-SLAM pipelines produce metrically accurate 3D models in real time, offering an interesting development path to bridge the gap between manual surveys and high-end LiDAR scans. Limitations in portability, environmental conditions and robustness were identified along with future directions to address them. Despite these limitations in the method, it shows promising results by reducing cost and effort in obtaining structured and machine-readable cave representations with applications beyond speleology. These findings may support the development of tools to assist adjacent fields such as archaeology, geology, biology and environmental monitoring. The work establishes a foundation fieldready stereoscopic systems supporting semantic mapping, advanced spatial analysis, and integration with robotic exploration.
A topografia de cavernas desempenha um papel fundamental no apoio a diversas áreas que exigem a exploração de ambientes subterrâneos por especialistas. Em espeleologia, continua a recorrer-se a técnicas tradicionais de levantamento, caracterizadas por serem morosas e suscetíveis a erro humano e imprecisões. Apesar de tecnologias como o LiDAR e a fotogrametria oferecerem elevada precisão de mapeamento, o seu custo elevado, a dimensão e peso do equipamento, a preparação exigente e a complexidade operacional revelam-se um entrave à sua adoção generalizada. O presente estudo tem como objetivo investigar a utilização de um método alternativo para o levantamento da topografia, portátil e economicamente viável, através da aplicação de estereoscopia e ferramentas estabelecidas no ecossistema da robótica, nomeadamente a câmara ZED 2 e a framework OctoMap. Para tal efeito, foram realizados ensaios de campo que compararam o mapeamento estereoscópico com o fluxo de trabalho tradicional baseado em bússola e laser, avaliando-se a precisão, a eficiência e a usabilidade. Os resultados obtidos demonstram que pipelines de stereo-SLAM permitem a geração de modelos tridimensionais metricamente precisos em tempo real, constituindo uma via promissora para preencher a lacuna existente entre levantamentos manuais e varrimentos LiDAR de elevada resolução. Identificaram-se, contudo, limitações relacionadas com a portabilidade, as condições ambientais e a robustez do sistema, apontando-se igualmente direções futuras para melhorar o seu desempenho e os seus resultados. Apesar destas limitações, a abordagem proposta evidencia resultados encorajadores ao reduzir custos e esforços na obtenção de representações estruturadas e legíveis de ambientes subterrâneos, com potencial de aplicação para além da espeleologia. As conclusões alcançadas poderão contribuir para o desenvolvimento de ferramentas de apoio a áreas adjacentes, como a arqueologia, a geologia, a biologia e a monitorização ambiental. Este trabalho estabelece ainda as bases para a evolução de sistemas estereoscópicos operacionais em campo, capazes de suportar mapeamento semântico, análises espaciais avançadas e integração com plataformas de exploração robótica.
A topografia de cavernas desempenha um papel fundamental no apoio a diversas áreas que exigem a exploração de ambientes subterrâneos por especialistas. Em espeleologia, continua a recorrer-se a técnicas tradicionais de levantamento, caracterizadas por serem morosas e suscetíveis a erro humano e imprecisões. Apesar de tecnologias como o LiDAR e a fotogrametria oferecerem elevada precisão de mapeamento, o seu custo elevado, a dimensão e peso do equipamento, a preparação exigente e a complexidade operacional revelam-se um entrave à sua adoção generalizada. O presente estudo tem como objetivo investigar a utilização de um método alternativo para o levantamento da topografia, portátil e economicamente viável, através da aplicação de estereoscopia e ferramentas estabelecidas no ecossistema da robótica, nomeadamente a câmara ZED 2 e a framework OctoMap. Para tal efeito, foram realizados ensaios de campo que compararam o mapeamento estereoscópico com o fluxo de trabalho tradicional baseado em bússola e laser, avaliando-se a precisão, a eficiência e a usabilidade. Os resultados obtidos demonstram que pipelines de stereo-SLAM permitem a geração de modelos tridimensionais metricamente precisos em tempo real, constituindo uma via promissora para preencher a lacuna existente entre levantamentos manuais e varrimentos LiDAR de elevada resolução. Identificaram-se, contudo, limitações relacionadas com a portabilidade, as condições ambientais e a robustez do sistema, apontando-se igualmente direções futuras para melhorar o seu desempenho e os seus resultados. Apesar destas limitações, a abordagem proposta evidencia resultados encorajadores ao reduzir custos e esforços na obtenção de representações estruturadas e legíveis de ambientes subterrâneos, com potencial de aplicação para além da espeleologia. As conclusões alcançadas poderão contribuir para o desenvolvimento de ferramentas de apoio a áreas adjacentes, como a arqueologia, a geologia, a biologia e a monitorização ambiental. Este trabalho estabelece ainda as bases para a evolução de sistemas estereoscópicos operacionais em campo, capazes de suportar mapeamento semântico, análises espaciais avançadas e integração com plataformas de exploração robótica.
Descrição
Palavras-chave
Speleology Cave mapping Stereoscopy Stereo-SLAM Topographic survey Espeleologia Mapeamento de grutas Estereoscopia Levantamento topográfico