À medida em que a tecnologia de levantamentos avança, cada vez menos é preciso o contato direto com as áreas a serem mapeadas. Até mesmo em trabalhos clássicos de topografia, como levantamentos “as built”, o uso de técnicas de detecção remota de distâncias e de dados sobre os alvos pode ser uma opção tanto para complementar, ou até mesmo para substituir os métodos tradicionais de mapeamento
Imagine receber a incumbência de fazer um levantamento planialtimétrico completo de uma plataforma de petróleo como esta:
Imaginou? Então suponha que o contratante exige que o produto final seja apresentado em um arquivo CAD, em três dimensões, para posteriores cálculos de volumes e inserção de novas peças estruturais.
Impossível? Claro que não. Porém, com técnicas convencionais (GPS geodésico, estação total, etc.), e mesmo com uma grande equipe, o trabalho completo levaria meses, entre o levantamento em campo e o processamento dos dados em escritório.
Entre as opções para este tipo de trabalho, uma das mais usadas no mercado atualmente é o levantamento através de sensoriamento remoto, com aquisição dos pontos em campo com Laser Scanning, processamento de grandes quantidades de dados e apresentação dos resultados em 3D.
Lidar
A tecnologia Light Detection and Ranging (Lidar), o princípio do Laser Scanning, já é estudada há mais de três décadas, principalmente na área de sensores aerotransportados, mas aos poucos vem invadindo a área dos levantamentos terrestres.
O Laser Scanner terrestre efetua uma varredura das feições de interesse, através do registro e da geração de modelos tridimensionais. O baixo tempo para aquisição dos dados gera ganhos de produtividade, e além disso há a vantagem de não necessitar de alvos refletores e de luz. O número de pontos gerado em cada levantamento é da ordem de milhares por segundo, a distâncias que podem chegar a até 1,5 quilômetro. A precisão pode chegar a até 1 milímetro.
Aquisição de dados
O princípio de funcionamento do Laser Scanner é baseado na emissão de um feixe Laser, que é disparado na direção da superfície a ser mapeada. Quando atinge uma superfície, o feixe segue um dos três caminhos: pode ser refletido, absorvido ou transmitido. Somente a porção refletida é medida pelo sensor. A qualidade da distância medida pelo equipamento depende de quanto do sinal é refletido, o que é função do ângulo de incidência do feixe e das características físicas da superfície.
Ao atingir o alvo, a parte do sinal que é refletida na direção do sensor é captada, e então é medido o tempo decorrido entre a emissão e o registro do retorno, ou então a diferença de fase do feixe refletido. A partir destes dados é definida a distância, com grande precisão, entre o sensor e o ponto em questão, a intensidade da energia refletida e também a atitude do feixe (azimute e a elevação).
Para a aquisição em campo dos dados, após posicionar o instrumento, deve-se certificar que não existam objetos que obstruam a passagem do feixe do Laser. Veículos, pessoas, animais e árvores podem interferir na varredura. Espelhos e superfícies metálicas devem ser removidos ou cobertos.
Existem algoritmos que são usados para minimizar, em escritório, estas interferências. Porém, é recomendado que elas sejam evitadas ao máximo em campo. E o principal: os pontos de controle devem estar bem visíveis, sem nenhuma obstrução fixa ou móvel que possa escondê-los.
A escolha de pontos de controle é um passo muito importante, pois devem ser claramente marcados para não haver ambigüidades e para evitar erros de interpretação. Para cada superfície mapeada, o indicado é o uso de quatro pontos, ainda que três já sejam suficientes para o georreferenciamento das imagens. Grandes objetos devem ser escaneados de várias posições, e escaneamentos adjacentes devem ter sobreposição.
2D versus 3D
Em vários projetos, e até por uma questão ambiental, não faz mais sentido desenhar plantas em 2D, imprimir uma grande quantidade de pranchas em papel e enviar para a obra. Com o barateamento do hardware, hoje é possível ter computadores potentes nos próprios canteiros, que podem acessar todo o projeto tridimensional de uma obra, e imprimir somente o que é estritamente necessário.
Outra exigência de alguns contratantes é ir além do “as built”. Atualmente são feitos levantamentos “as is”, que retratam a realidade da obra enquanto ela é executada, e proporcionam a liberdade de fazer mudanças no projeto e a praticidade de obter um as built assim que a obra for finalizada.
Trabalho de escritório
A aquisição dos dados em campo, de uma área média, leva de duas a três horas. A quantidade de pontos de um levantamento pode chegar facilmente a mais de 10 milhões de pontos e o processamento leva entre duas a três horas.
Após o processamento dos dados, o resultado é uma nuvem de pontos, em um mesmo sistema de referência, tão densos que têm a aparência de uma imagem. O trabalho é feito em softwares próprios, que geralmente vêm junto com o equipamento, e o refinamento é feito em qualquer software de CAD.
Resultados
Depois do modelo pronto, é possível executar várias ações, como cálculos de volumes, monitoração de deformações, demarcação de curvas de nível, extração de seções e geração de Modelos Digitais de Elevação (DEM, na sigla em inglês).
Com o uso simultâneo de câmaras digitais acopladas ao Laser Scanner, com preço cada vez mais baixo em relação à quantidade de pixels, pode-se sobrepor a imagem à nuvem de pontos obtidos com Laser para obter, aí sim, um modelo colorido 3D da realidade. A textura da imagem digital é associada aos pontos tridimensionais. Porém, uma desvantagem é que este procedimento depende das condições climáticas, pois exige a presença de luz para que as imagens digitais tenham boa qualidade.
Outra possibilidade é o uso conjugado com sonares, através do mapeamento do exterior com o Laser Scanner e da superfície abaixo da água com o sonar. O princípio de funcionamento dos sonares também é a criação de uma nuvem de pontos, porém com densidade e precisão muito menor do que o scanner. O sonar é posicionado com GPS RTK, para obter em tempo real a sua posição, a orientação e os dados sobre a movimentação da embarcação, e o produto final é um modelo 3D único, obtido com batimetria e topografia. A solução ideal é colocar o Laser Scanner na mesma embarcação e usar o mesmo sistema de posicionamento do sonar. Esta técnica pode ser usada para mapear, por exemplo, as partes superior e submersa de uma plataforma de petróleo.
Principais mercados para coleta de dados com imagem:
Indústria petroquímica
Mineração
Construção
Arquitetura
Geologia
Arqueologia
Planejamento urbano
Monitoração de estruturas
Economia em campo e em escritório
Levantamentos feitos pelas empresas que comercializam Laser Scanner, e apresentados durante o GEOBrasil Summit 2007, mostraram que, mesmo com o custo relativamente alto de um equipamento deste tipo, o ganho de produtividade tanto em campo como em escritório gera economia. Isso sem falar, é claro, da qualidade do produto final, um modelo 3D com altíssima precisão e colorido.
A extração de informações é feita de forma mais rápida e segura do que as técnicas tradicionais, sendo capaz de alcançar lugares inacessíveis, instáveis e de risco, com aquisição de uma alta densidade de pontos em pouco tempo. Isto gera condições de análises da área e de projeções para o futuro.
A tecnologia Lidar está em constante evolução. Como pode-se visualizar na tabela, desde 1997 estão sendo lançados no mercado mundial equipamentos com diferentes configurações e novos aparelhos estão surgindo ano-a-ano. Esta será, sem dúvida, uma das mais promissoras áreas para aquisição de dados nos próximos anos.
