Gêmeo Digital de Quebec: 115 mil Ortofotos

A base antes de todo o resto

Quebec publica mais de 115 mil blocos de ortofotos com 20 a 30 cm por pixel, algumas centenas de gigabytes, e colocamos todos em um único terreno 3D contínuo. Quase nada desse trabalho foi 3D. Tratou-se de unir blocos que não compartilham uma projeção, preencher as lacunas entre eles e combinar as cores entre sensores e anos de captura.

Essa é a parte que ninguém mostra, e é ela que decide se tudo o que vem acima vai funcionar. Enquanto os dados subjacentes não forem contínuos, a visualização 3D, o zoom da província até a parcela e todos os cálculos territoriais ficam sem uma base sólida. Este post é um relatório de progresso dessa fase, aplicada a Quebec.

O pipeline TerraLab: uma cena, todas as fontes

TerraLab-Twin é um globo virtual planetário. Seu objetivo é combinar fontes geoespaciais heterogêneas em tempo real (ortofotos públicas, ortofotos de drones em alta resolução, modelos digitais de terreno, camadas vetoriais, imagens de satélite) em um único terreno 3D navegável, da escala planetária até o nível da parcela.

Três propriedades definem o estado da arte que buscamos:

• Continuidade de escala: de todo Quebec (10.000 km de diagonal) até uma parcela de 50 m, sem interrupções, mudanças de CRS ou emendas nas fronteiras administrativas.
• Combinação dinâmica de várias fontes: várias fontes de qualidade e resolução diferentes coexistem no mesmo terreno e são selecionadas em tempo real com base na área, na resolução solicitada e na disponibilidade dos dados.
• Abstração completa a montante: o usuário final nunca vê um formato de arquivo, um código EPSG ou uma zona MTM. Ele simplesmente navega.

Todo o trabalho descrito abaixo busca entregar essas três propriedades em um caso concreto: o território de Quebec.

Blocos do MRNF combinados pelo TerraLab WorldMapServer. Terreno contínuo, sem emendas visíveis entre as folhas originais.

O que torna os dados de Quebec únicos

Quebec oferece um dos mais ricos conjuntos de dados públicos da América do Norte para esse tipo de trabalho. O Ministério de Recursos Naturais e Florestas de Quebec (MRNF, anteriormente MERN) publica mais de 115 mil blocos de ortofotos, totalizando algumas centenas de gigabytes de dados, com resolução nativa de 20 a 30 cm por pixel. Isso é aproximadamente trinta vezes mais detalhado do que as imagens de satélite Sentinel-2 usadas como complemento.

Ortofoto do MRNF em resolução nativa de 20 a 30 cm sobre um setor florestal de Quebec.

Essa riqueza traz seus próprios desafios: uma família heterogênea de projeções cartográficas, vários formatos de arquivo e imagens capturadas ao longo de vários anos e estações. Esse é precisamente o tipo de conjunto de dados para o qual um globo virtual foi projetado, enquanto uma ferramenta GIS tradicional pediria ao usuário que escolhesse uma projeção, uma estação, um formato e aceitasse as consequências.

E sabemos lidar com essa escala. Os 115 mil blocos, as centenas de gigabytes, os formatos mistos e os dados de várias épocas: a arquitetura TerraLab-Twin foi projetada para absorver esse volume nativamente, em uma estação de trabalho de desenvolvimento, sem exigir infraestrutura especial.

Bloco original do MRNF a 20 cm. Árvores, estradas e parcelas claramente visíveis antes de qualquer processamento.

A parte mais difícil: projeções cartográficas

Quero fazer uma pausa neste ponto, porque, para quem já trabalhou com dados geoespaciais, isso é um pesadelo operacional.

Os dados públicos de Quebec não chegam em uma única projeção. Eles vêm como uma família de variantes do NAD83: uma versão do Quebec Lambert (EPSG:32198), variantes mais modernas baseadas em CSRS e dez zonas MTM (Modified Transverse Mercator), que dividem o território por razões cartográficas históricas. Na prática, cada bloco pode chegar em um sistema de referência de coordenadas diferente.

As ferramentas são a segunda metade do problema. Cada datum tem suas próprias armadilhas, e cada ferramenta da cadeia geoespacial carrega seu próprio comportamento legado em torno da biblioteca PROJ. É extremamente comum, em produção, ver um pipeline falhar silenciosamente porque uma instalação desatualizada retorna transformações com erros de dez metros ou mais.

É precisamente isso que um globo virtual abstrai. O TerraLab-Twin conhece apenas uma projeção final: WGS84 no elipsoide planetário. Toda a complexidade das projeções é absorvida a montante, no pipeline de ingestão. O usuário final nunca vê um código EPSG. Ele vê um território 3D contínuo e navegável, de todo Quebec até uma única parcela florestal, sem nada se romper nas fronteiras das zonas.

Quando esse problema difícil é resolvido, todo o resto se torna possível: combinação de várias fontes, navegação contínua e 3D em tempo real.

Ferramenta interna de divisão: cada fonte é reprojetada para WGS84 e depois composta na cena 3D.

Por que WGS84 em um globo virtual e por que isso importa

A escolha de WGS84 no elipsoide não é arbitrária. Uma projeção cartográfica clássica é, por definição, um compromisso: ela achata um objeto 3D (o elipsoide da Terra) em um plano 2D, o que sempre introduz distorções (em ângulos, áreas, distâncias ou nos três). Aceitável em pequenas escalas, intolerável em escala continental.

Um globo virtual contorna o problema mantendo tudo em 3D do início ao fim. O mecanismo trabalha sobre o elipsoide real, não sobre uma projeção plana. A consequência direta para o usuário: é possível ampliar livremente de todo Quebec até uma parcela de 50 m, sem trocar de CRS, sem emendas nas fronteiras das zonas MTM, sem alongamento polar e sem artefatos de alinhamento nas bordas. É isso que torna a navegação contínua, algo que nenhuma ferramenta GIS 2D tradicional pode oferecer.

Calibração de cores e combinação: o desafio visual

Depois de resolver as projeções, o próximo desafio é visual. Um Digital Twin 3D de Quebec não combina uma, mas três fontes complementares de imagens:

1. Ortofoto aérea do MRNF: prioridade 1, 20 a 30 cm, a camada de detalhe
2. Imagens de satélite Sentinel-2: prioridade 2, 10 m, preenchem as áreas sem cobertura aérea (normalmente regiões costeiras)
3. Mapa-base planetário Blue Marble: último recurso, garante que nenhuma área fique em branco

Cada uma dessas três fontes tem sua própria assinatura colorimétrica: sensores diferentes, condições de aquisição diferentes, datas de captura diferentes e processamento upstream diferente. O desafio não é apenas exibi-las juntas, mas garantir que os limites permaneçam invisíveis a olho nu e que os blocos vizinhos compartilhem a mesma faixa de cores.

Alguns blocos do MRNF também estão incompletos: nas bordas das campanhas de voo, a cobertura aérea termina no meio de um bloco, deixando zonas sem dados. Sem processamento, essas lacunas aparecem como faixas pretas no terreno 3D. Esse é outro motivo pelo qual o pipeline precisa combinar várias fontes: preencher essas lacunas com Sentinel-2 onde a ortofoto aérea não for suficiente.

Bloco do MRNF com cobertura parcial. O pipeline preenche automaticamente as lacunas com Sentinel-2.

No lado do Sentinel-2, fazemos a composição usando uma mediana de várias datas em um intervalo fixo de reflectância: isso remove valores discrepantes (nuvens, sombras, dias atípicos) e garante que todos os blocos compartilhem a mesma calibração.

A tonalidade azul das campanhas de 2015

No lado de Quebec, algumas campanhas de voo mais antigas, especialmente as de 2015, apresentam uma tonalidade azul sistemática. A origem exata do defeito não é documentada pelo provedor dos dados, mas a proporção azul/vermelho anormalmente alta (B/R ~1,30 contra ~0,88 nas campanhas normais) afeta uma grande parte dos blocos daquele ano. O pipeline filtra por estação (aquisições de verão para tons de verde consistentes), mas o problema persiste nas áreas onde só existem blocos de 2015.

Várias abordagens são possíveis para essas áreas: correção automática de cores (correspondência de histogramas entre blocos vizinhos) ou substituição por imagens de satélite (Sentinel-2 como primeira opção, gratuito a 10 m, ou fontes comerciais como Airbus Pleiades e Maxar para uma resolução mais fina, mas com custo significativo). Nenhuma dessas opções é ideal por si só. A combinação mais provável é filtrar pelo ano de aquisição junto com um fallback para Sentinel-2 nas áreas sem alternativa.

O tempo joga a nosso favor aqui. O MRNF continua publicando novas campanhas aéreas regularmente, e as ortofotos de 2023 e 2024 já estão disponíveis como dados abertos para determinadas regiões. É provável que as áreas cobertas apenas por blocos defeituosos de 2015 sejam substituídas por aquisições mais recentes e melhor calibradas.

Acima: bloco do MRNF de 2015 com tonalidade azul (B/R ~1,30). Abaixo: 2016 com cor normal (B/R ~0,88).

Blocos de 2015 com tonalidade azul ao lado de blocos normalmente calibrados: mosaico visível que rompe a homogeneidade do terreno.

Onde a ortofoto de Quebec encontra o Sentinel-2

Na fronteira entre as duas fontes, a transição geométrica é imperceptível. A transição colorimétrica, porém, continua visível em algumas áreas costeiras.

Essa emenda de cor é um compromisso deliberado. Fazer uma mesclagem em nível de pixel ao longo de centenas de quilômetros de litoral custaria mais processamento do que o ganho visual justificaria, especialmente nas escalas de navegação típicas do Digital Twin. O pipeline prioriza cobertura e continuidade em vez de perfeição estética nas bordas.

Acima: apenas Sentinel-2. Abaixo: composição de Quebec + Sentinel-2. Zona de mesclagem visível ao longo da costa.

O pipeline inclui uma etapa de correspondência de cores que suaviza essas transições. O exemplo abaixo, da região de Riviere-du-Loup, mostra a diferença: sem a correspondência de cores, o limite entre a ortofoto de Quebec e o Sentinel-2 é claramente visível. Com a correspondência de cores, a transição se torna muito mais sutil.

Riviere-du-Loup. Acima: sem correspondência de cores. Abaixo: com correspondência de cores.

Península de Gaspe, vista ampla. Zona ciano (esquerda) = blocos de 2015 com tonalidade azul, continente = ortofoto de Quebec, oceano = Sentinel-2.

Situação atual

Em 7 de abril de 2026, estamos no caminho certo. A família NAD83 é absorvida a montante, e o pipeline de ingestão está processando progressivamente os cerca de 115 mil blocos do MRNF.

A cobertura do território ainda é parcial nesta etapa. As áreas já processadas, como a Península de Gaspe, podem ser navegadas com a ortofoto de Quebec, enquanto outras áreas são preenchidas temporariamente com Sentinel-2. A composição das três camadas foi validada na costa de Gaspe, e o volume de dados é processado sem dificuldades em uma estação de trabalho de desenvolvimento padrão.

Resolução hoje

Atualmente, o mecanismo gera 10 m por pixel. Essa é uma escolha deliberada para esta primeira iteração: começar pela escala global nos permite validar todo o pipeline (projeções, combinação, calibração de cores e volume de dados) antes de aumentar a resolução zona por zona. Os dados de origem do MRNF, com 20 a 30 cm, estão disponíveis. O refinamento para 30 cm acontecerá caso a caso, conforme a necessidade.

Elevação

No lado da elevação, o terreno 3D usa um SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), um Modelo Digital de Elevação. Não é a fonte mais detalhada disponível, mas cobre todo o território e nos permite validar a cadeia completa. A migração para modelos digitais de terreno de Quebec mais precisos é viável nas áreas prioritárias.

Este é o resultado atual: a ortofoto de Quebec a 10 m sobreposta ao relevo SRTM, sem vegetação 3D e sem dados vetoriais. Esta é a base bruta do terreno sobre a qual todo o resto será construído.

Primeiras visualizações 3D de Quebec. Ortofoto a 10 m + relevo SRTM. De cima para baixo: dispersão atmosférica, iluminação direta, sem iluminação.

Uma conclusão importante: a qualidade da renderização não pode superar a qualidade dos dados de origem. Onde os dados do MRNF estão limpos e devidamente calibrados, como nas campanhas posteriores a 2015, o resultado é excelente. Onde apresentam defeitos, como nas campanhas de 2015 com tonalidade azul, o pipeline não pode inventar uma calibração de cores correta.

O que está disponível hoje:

• Ortofoto aérea de Quebec (MRNF) combinada com Sentinel-2
• Relevo 3D via SRTM
• Pipeline completo validado na costa de Gaspe

Próximos passos:

• Resolução de 20 a 30 cm em zoom aproximado
• Dados vetoriais OSM de Quebec
• Árvores 3D em todo o território de Quebec