Uma nova tecnologia para coleta de dados 3D
Por Marjorie Xavier
A coleta de grande quantidade de dados com alta precisão. É o que promete a tecnologia Laser Scanner. Novos equipamentos, terrestres ou aerotransportados, capturam dados tridimensionais e permitem a obtenção de informações precisas e detalhadas da realidade em um computador.
Diferentemente da Fotogrametria, o Laser Scanner possibilita a utilização dos dados logo que são capturados, eliminando o longo trabalho de restituição fotogramétrica, no caso de levantamentos aéreos, ou o processamento e modelamento de estruturas dos levantamentos terrestres.
"Em geral, o Laser Scanner é composto por uma unidade que emite um feixe de luz que calcula a distância entre sua posição e a estrutura medida através do tempo de viagem do feixe de luz até retornar ao Scanner. Internamente o Scanner possui recursos para fazer uma perfilagem, ou seja, emitir o feixe sobre toda a área de levantamento e ainda armazenar este dados", explica o engenheiro Boaz Teixeira, que atua na Santiago & Cintra.
Ao se utilizar o equipamento, devem ser aplicadas algumas correções, em função da localização do Scanner (aerotransportado ou em terra). Duas formas desta tecnologia estão sendo utilizadas no Brasil: Altimetria a Laser e As-built.
Produto da Altimetria a Laser
Altimetria a Laser
Com a introdução dos sensores a laser para altimetria, o mercado ganhou uma tecnologia de levantamento automatizada, com pouca interferência humana e cujo processo leva menos tempo. Conhecida como Altimetria a Laser, Perfilamento a Laser, Sistema Aerotransportado a Laser para Mapeamento do Terreno, entre outras denominações, a nova tecnologia atende às atuais necessidades da comunidade cartográfica, tanto da área fotogramétrica como topográfica.
Antes disso, surgiram os softwares de geração automática do Modelo Digital de Terreno (MDT) baseados no processo de correlação automática de imagens. O problema é que estes softwares sofrem as limitações do processo, ou seja, necessitam imagens de boa qualidade com textura homogênea além do uso intenso de capacidade de processamento com escanerização e processamento propriamente dito. Já o Laser permite um mapeamento altimétrico mais direto com diversas aplicações na engenharia.
Segundo o engenheiro Amauri Brandalize, da Esteio Engenharia e Aerolevantamentos, um sistema a Laser aerotransportado consiste basicamente dos seguintes componentes, instalados a bordo de uma aeronave:
Um sensor responsável pela emissão de pulsos LASER que vão até o solo e voltam, permitindo o cálculo da distância sensor-solo;
Um sistema inercial responsável pelo posicionamento extremamente preciso do sensor no momento do disparo do feixe LASER;
Um sistema GPS responsável pelo posicionamento relativo preciso, a intervalos de tempo regulares (1s), permitindo que a partir destes pontos o sistema inercial possa ser referenciado;
Unidades de memória, computadores e programas específicos que permitem o processamento dos dados adquiridos até a obtenção do produto final.
Equipamento para Altimetria a Laser
Combinando os parâmetros variáveis, como velocidade e altura da aeronave, freqüência de perfilamento, ângulo de abertura do feixe LASER e a freqüência do sensor, tem-se uma densidade usual de um ponto/m² medido na superfície. Densidade esta que, após processamento e análise em escritório, sofre uma pequena redução em função das características do terreno, embora permaneça ainda muito alta.
"O sistema é preciso, a ponto de estar substituindo a componente altimétrica em muitos trabalhos onde a altimetria seria obtida pelo processo fotogramétrico e até mesmo o levantamento topográfico. Esta precisão está vinculada a vários fatores que requerem um planejamento adequado. Os fabricantes garantem uma precisão melhor que 15 centímetros para uma altura de vôo de 1.000m (válido para 68% dos pontos testados)m, sendo que na prática os valores encontrados são ainda melhores", informa Amauri Brandalize.
De acordo com o Ministério da Defesa, a Altimetria a Laser é considerada um aerolevantamento, sendo controlada pela legislação vigente. Portanto, a aeronave e o equipamento precisam estar homologados no Departamento de Aviação Civil especificamente para esta atividade, assim como a empresa deve estar inscrita no Ministério da Defesa, pois é obrigatóriao a licença para realização do trabalho.
Há quem se pergunte por que adotar a nova tecnologia em substituição à Restituição. Mas as vantagens da Altimetria a Laser ficam evidentes quando se comparam os custos e prazos, que são menores. Também a obtenção de dois produtos com inúmeras aplicações (Modelo Digital de Terreno e Modelo Digital da Superfície) conta pontos a favor do Laser.
"Em recentes trabalhos que a empresa realizou para a Petrobras, a altimetria obtida para compor as ortofotos tanto na retificação diferencial como na apresentação de curvas de nível foi derivada de Perfilamento a Laser. O processo foi mais rápido quando comparado com a fotogrametria convencional permitindo obter os dados altimétricos em 20% do tempo esperado para o processo antigo", exemplifica Amauri Brandalize. "Também em locais de difícil obtenção de informação altimétrica como a Floresta Amazônica devido a densidade de vegetação, dificuldade de acesso, questões ambientais e principalmente condições atmosféricas, o Perfilamento a Laser cumpriu o seu papel. Em levantamentos altimétricos de rios nos estados do Pará e Mato Grosso, este sistema permitiu a obtenção de curvas de nível em ¼ do tempo necessário para uso de processos convencionais", completa o engenheiro da Esteio.
Laser Scanner Terrestre
Laser Terrestre e As-built
O Laser Scanner Terrestre tem sido aplicado principalmente em levantamentos de áreas industriais complexas, onde o processo convencional com estações totais é praticamente impossível de ser feito e o emprego da Fotogrametria Terrestre é custosa e demasiadamente lenta na produção dos resultados finais.
"A unidade de Laser Scanner Terrestre possui dois espelhos giratórios que permitem que se faça um perfilamento vertical na estrutura compreendida na cena. Uma cena é formada por um campo de visão de 40º horizontal por 40º vertical. Dentro de uma cena é possível coletar até 1 milhão de pontos com uma densidade de até ¼ de milímetro. O resultado final é uma nuvem de pontos que permite ao operador fazer uso imediato dos dados, como obter distâncias em estruturas, analisar interferências com projeto de novas estruturas", explica o especialista da Santiago & Cintra.
Depois de coletados os pontos é feito um modelamento tridimensional por processo estatístico, garantindo a criação dos elementos paramétricos que representam a realidade. A precisão final do processo, levantamento em campo e modelamento tridimensional é de 2 mm.
Nuvem de Pontos
"Em relação a processos antigos como Fotogrametria, o Laser Scanner possui algumas vantagens como, por exemplo, o uso imediato dos dados. Na Fotogrametria os dados para serem usados deverão sofrer previamente extenso processamento, pois não se pode obter informações diretamente sobre as fotos. Já com o Laser Scanner, ao final do levantamento de uma cena, sem nenhum processamento adicional, é possível fazer o uso direto da nuvem de pontos para obter medidas ou carregar no software de projeto para verificação de interferências e definição de novas estruturas", compara Boaz Teixeira.
Outra diferença entre os processos está no resultado final do modelamento. Na Fotogrametria, para uso do elemento levantado, este deverá ser modelado, o que pode tornar um projeto custoso demais quando for necessário modelar pequenos objetos. Com a nuvem de pontos é possível encontrar o melhor equilíbrio entre custo e resultado prático, fazendo apenas o modelamento de estruturas principais, porém sem perder a informação do posicionamento dos detalhes, uma vez que eles foram capturados com pontos coordenados. É possível ainda se ter um modelo híbrido, em que algumas estruturas permanecem em nuvem de pontos, dando ao projetista informação completa e assegurando um trabalho mais seguro.
Além disso, o alcance limitado da Fotogrametria constitui em alguns casos um obstáculo, principalmente em áreas de risco. Por ter um alcance médio de 20 metros, muitas vezes o operador deverá estar dentro da área de risco para poder realizar um levantamento preciso. Já o Scanner, com um alcance de 150m para coleta de dados precisos, minimiza o risco ao deixar o operador mais distante das áreas perigosas.
O Laser Scanner é uma ferramenta relativamente nova, com menos de dez anos. O seu uso comercial é muito recente e, como toda nova tecnologia, seu custo de aquisição é alto. Contudo, já apresenta vantagens sobre os métodos existentes. "Sem dúvida, será a tecnologia de coleta de dados tridimensionais do futuro", conclui Boaz Teixeira.
Para saber mais, consulte os sites:
www.santiagoecintra.com.br,
www.airbornelasermapping.com,
www.esteio.com.br, www.lidar.com.br e www.cyra.com .