Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/33637
metadata.teses.dc.title: Use of ground and air-based photogrammetry for soil erosion assessment
metadata.teses.dc.title.alternative: Uso de fotogrametria aérea e terrestre para avaliação da erosão do solo
metadata.teses.dc.creator: Cândido, Bernardo Moreira
metadata.teses.dc.creator.Lattes: http://lattes.cnpq.br/3077302995460306
metadata.teses.dc.contributor.advisor1: Silva, Marx L. N.
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co1: Quinton, John N.
metadata.teses.dc.contributor.advisor-co2: James, Michael R.
metadata.teses.dc.contributor.referee1: Surridge, Ben
metadata.teses.dc.contributor.referee2: Marques, João José G. S. M.
metadata.teses.dc.contributor.referee3: Avanzi, Junior C.
metadata.teses.dc.contributor.referee4: Teixeira, Wenceslau G.
metadata.teses.dc.subject: Structure-from-motion
Unmanned aerial vehicle
Digital close-range photogrammetry
Erosion plot
Sheet erosion
Rill erosion
Gully erosion
Veículo aéreo não-tripulado
Fotogrametria digital de curto alcance
Parcela de erosão
Erosão laminar
Erosão em sulcos
Voçoroca
metadata.teses.dc.date.issued: 22-Apr-2019
metadata.teses.dc.description.sponsorship: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
metadata.teses.dc.identifier.citation: CÂNDIDO, B. M. Use of ground and air-based photogrammetry for soil erosion assessment. 2019. 123 p. Tese (Doutorado em Ciência do Solo)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
metadata.teses.dc.description.resumo: A erosão hídrica afeta todos os tipos de solos em todo o mundo em diferentes intensidades. No entanto, nos trópicos, a erosão hídrica é a forma mais importante de erosão do solo e tem recebido muita atenção nas últimas décadas. Assim, a compreensão dos processos envolvidos em cada tipo de erosão hídrica (erosão laminar, em sulcos e voçorocas), bem como sua quantificação, é um fator chave na gestão e desenvolvimento de estratégias de conservação e mitigação da erosão do solo. Dessa forma, esta tese tem como objetivo investigar a eficiência da fotogrametria terrestre e aérea na avaliação da erosão do solo, bem como abordar algumas lacunas na compreensão da evolução dos processos erosivos em suas diferentes formas de ocorrência. Ao fazê-lo, avaliamos os fatores que influenciam o desenvolvimento da erosão em micro e macroescala, com experimentos em laboratório e no campo. No primeiro capítulo, avaliou-se a influência da mudança de gradiente e dos volumes de escoamento sobre o processo de erosão em sulcos, utilizando fotogrametria digital de curto alcance em parcela de erosão no laboratório. Além disso, os parâmetros morfológicos foram estimados para permitir uma melhor compreensão do comportamento de erosão em diferentes tratamentos. Os resultados mostraram que a velocidade do fluxo nos sulcos aumentou com o fluxo de água e declive, mostrando uma forte correlação com a quantidade de erosão. Na área com maior declividade, a erosão do solo foi dominada pela erosão em sulcos, apresentando menor densidade de sulcos, enquanto que no menor declive houve outros tipos de erosão do solo ocorrendo juntamente com a erosão em sulcos, causando a redução total perda de solo. A técnica de fotogrametria de curto alcance digital forneceu precisão milimétrica, o que é suficiente para investigações de erosão em sulcos. No segundo capítulo, objetivou-se avaliar a eficiência do structure-from-motion (SfM) baseado em imagens de veículos aéreos não-tripulados (VANT) na obtenção de medidas precisas de perda de solo em áreas de erosão laminar, sob chuva natural, onde a erosão em canais não é o mecanismo principal. As medições adquiridas via SfM foram comparadas aos sedimentos coletados em cada parcela de erosão. Os resultados das perdas de solo obtidos pela técnica VANT-SfM apresentaram alta correlação com os sedimentos coletados nas parcelas. Isso é de grande relevância no contexto do monitoramento e modelagem da erosão hídrica, uma vez que a quantificação da perda de solo em todo o mundo é feita principalmente por meio de parcelas, método que apresenta alto custo operacional. Além disso, o estudo da erosão laminar através do VANT-SfM permite não apenas calcular os valores de perda de solo, mas também visualizar a variação espacial do processo de erosão (deslocamento, transporte e deposição) praticamente em tempo real ao longo da área. No terceiro capítulo foi avaliada a aplicação da técnica VANT-SfM em um sistema de voçoroca. Pela primeira vez, foi realizado um estudo que avaliou a contribuição relativa dos diferentes tipos de erosão (laminar, sulcos e deslocamento de massa) no desenvolvimento de voçorocas. Isto foi possível devido ao nível milimétrico de precisão das nuvens de pontos, permitindo avaliar até mesmo a contribuição da erosão laminar, algo inovador em estudos de voçorocas. Como resultado, foi possível quantificar os volumes de sedimentos armazenados e perdidos do sistema, bem como determinar as principais fontes de sedimentos. O estudo sugere que a principal fonte de sedimentos da voçoroca deveu-se aos movimentos de massa, seguidos pelos sulcos e pela erosão laminar. O VANT-SfM mostrou-se eficaz no monitoramento de voçorocas. Os resultados obtidos por esta tese indicam que o uso de fotogrametria terrestre e aérea são ferramentas precisas na detecção de mudanças na superfície do solo e podem ser utilizadas para avaliar a erosão hídrica em suas diversas formas de ocorrência na natureza. Além disso, o VANT-SfM provou ser uma técnica muito útil para monitorar a erosão do solo ao longo do tempo, especialmente em áreas de difícil acesso.
metadata.teses.dc.description.abstract: Water erosion affects all types of soils around the world at different intensities. However, in tropics water erosion is the most important form of soil erosion and has received much concern in the last decades. Thus, understanding the processes involved in each type of water erosion (sheet, rill and gully erosion), as well as its quantification, is a key factor in managing and developing soil conservation and erosion mitigation strategies. In that way, this thesis aims to investigate the efficiency of ground and air-based photogrammetry for soil erosion assessment, as well as to address some gaps in our understanding of the evolution of erosive processes in its different forms of occurrence. In doing so, we evaluated the factors that influence the development of erosion in micro and macro scales, with experiments in the laboratory and in the field. In the first chapter, it was evaluated the influence of gradient change and runoff volumes on rill erosion process, using digital close-range photogrammetry in a laboratory soil flume. In addition, morphological rill parameters were estimated to allow a better understanding of the rill erosion behaviour under different treatments. The results showed that the flow velocity in rills increased with water flow and slope, showing a strong correlation with the amount of rill erosion. On steep slopes the soil erosion was dominated by the rill erosion with less rill network density while, on low slopes, there were other types of soil erosion occurring together with rill erosion, causing the reduction of soil loss due to rill erosion. The digital close-range photogrammetry technique provided millimetric precision, which is sufficient for rill erosion investigations. In the second chapter aimed to evaluate the efficiency of SfM based on UAV images in obtaining accurate measurements of soil loss in areas of sheet erosion, under natural rainfall, where channelized erosion is not the principal mechanism. The measurements acquired from SfM were compared to the sediments collected in each soil erosion plots. The results of the soil losses obtained by UAV-SfM presented a high correlation with the sediments collected in the plots. This is of great relevance in the context of the monitoring and modelling of water erosion, since the quantification of soil loss around the world is mainly done using plots, a method that presents high operational cost. In addition, the study of laminar erosion through the UAV-SfM allows not only to calculate the soil loss values but to visualize the spatial variation of the erosion process (detachment, transport and deposition) practically in real time along the area. In the third chapter it was evaluated the application of UAVSfM technique in a gully system. For the first time, a study was carried out evaluating the relative contribution of the different types of erosion (sheet, rill and gully sidewall) in the gully development. This was possible due to the millimetric level of precision of the point clouds, allowing to evaluate even the contribution of the laminar erosion, which is new in gullies studies. As a result, it was possible to quantify sediments volumes stored in the channels and lost from the gully system, as well as to determine the main sediment sources. The study suggests that the main source o f sediments in the gully was due to the mass movements, followed by rills and sheet erosion. The UAV-SfM proved to be effective in the gully monitoring. The results findings by this thesis indicate that the use of ground and air-based photogrammetry are precise tools in detecting soil surface changes and can be used to assess water erosion in its various forms of occurrence in nature. In addition, the UAV-SfM has proven to be a very useful technique for monitoring soil erosion over time, especially in hard-to-reach areas.
metadata.teses.dc.description: Arquivo retido, a pedido do autor, até abril 2020.
metadata.teses.dc.identifier.uri: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/33637
metadata.teses.dc.publisher: Universidade Federal de Lavras
metadata.teses.dc.language: eng
Appears in Collections:DCS - Ciência do Solo - Doutorado (Teses)

Files in This Item:
There are no files associated with this item.


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.