Mapeamento digital a laser: rapidez e menos gasto

Gerar modelos digitais densos e precisos, tanto da topografia do terreno como das estruturas verticais da superfície, já é possível com o mapeamento digital a laser. Graças a este recurso, a vegetação pode ser extraída do contexto analisado, estradas e construções podem ser modeladas, tornando o levantamento com tecnologia laser uma ferramenta atraente para usuários finais de dados topográficos em várias áreas. Para qualquer aplicação que exija modelos digitais, o sistema oferece baixo tempo de processamento e conseqüentemente baixo custo operacional, se comparado às formas tradicionais de levantamentos de dados.

O princípio de funcionamento do sistema é simples. Consiste na emissão do feixe laser em direção à superfície terrestre. Este feixe é refletido por obstáculos e captados pelo sensor, onde será registrado o tempo de percurso. Como a área de cobertura de cada feixe é variável de acordo com a altitude, é possível que uma porção do mesmo feixe laser encontre um ou mais objetos antes de atingir o solo. Os encontros geram retornos parciais, denominados de primeiro e último retorno. De posse destas informações, é possível gerar modelos digitais a partir de ambos os retornos, ou seja, Modelo Digital de Elevação (MDE) ou só do último retorno, Modelo Digital de Terreno (MDT).

As vantagens de se trabalhar com o mapeamento digital a laser são inúmeras. As orto-imagens de intensidade e de hipsometria (intensidade + altitude) geradas pelos modelos são totalmente digitais e ortogonais, tanto ao nível do solo como ao nível das edificações. Esta condição permite ao usuário fazer uma restituição planimétrica diretamente, já que não existe a necessidade da estereoscopia, e a restituição altimétrica é substituída pela geração automática das curvas de nível sobre o MDT.

O processamento dos dados laser dividiu-se em três etapas: processamento da trajetória; processamento das coordenadas geográficas; e transformação de referencial. O processamento da trajetória foi realizado com os dados do IMU e GPS da aeronave, e os dados do GPS de apoio, todos no referencial WGS- 84. O processamento das coordenadas geográficas do terreno efetuou-se com os dados da trajetória, calculados na etapa anterior, juntamente com os ângulos e distâncias do laser no sistema geodésico cartesiano (X, Y, Z) no referencial WGS-84. A transformação de referencial, correção geoidal e projeção cartográfica foram realizadas depois da etapa anterior, obtendo coordenadas planas UTM (N, E, h) no sistema geodésico brasileiro – SAD69, gerando os arquivos: imagem digital de intensidade; imagem digital de hipsometria; pontos do último retorno com coordenadas UTM, para a geração do MDT (apenas o terreno); pontos do primeiro e último retorno com coordenadas UTM, para a geração do MDE (terreno + estruturas verticais).

A restituição planimétrica na escala 1:2.000da área sobrevoada, foi executada em CAD com as imagens de hipsometria, obtendo diretamente as informações georreferenciadas, como: sistema viário, hidrografia e edificações.

Para a realização da restituição planimétrica houve a necessidade de uma apreciação nas imagens para identificar os edifícios, lotes, ruas e quadras. Após esta análise foi possível identificar os contornos dos edifícios, o arruamento, as árvores, os limites dos lotes, as linhas de distribuição, entre outros. A partir da identificação dos objetos e o princípio de
que as imagens são ortogonais foi possível realizar a restituição gráfica das entidades, gerando assim um mapeamento cartográfico na escala 1:2.000. A restituição altimétrica foi realizada diretamente no MDT, onde definiu-se automaticamente as curvas de nível a cada metro com curvas mestras a cada 5 metros.

Para realizar o Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC) foram selecionados 47 pontos na restituição para verificação em campo com o GPS. Após levantar os pontos topográficos, houve a geração de uma tabela com os seguintes itens: coordenadas topográficas; coordenadas da restituição; e diferenças entre as coordenadas. Através desta tabela foi possível calcular o desvio padrão das diferenças entre as coordenadas, conforme figura 01.

Depois de definido o desvio padrão da amostra, foi calculado o PEC, segundo o decreto nº 89.817 de 20 de Junho de 1984, onde se obteve os resultados demonstrados na figura 02.

Conclui-se a viabilidade do uso da tecnologia a laser para mapeamentos cartográficos, já que considerando o Decreto Lei 89.817 e os resultados obtidos na restituição de arruamentos, muros, edificações, por exemplo, permitiram classificar a restituição planialtimétrica realizada na escala 1:2.000, como Classe A, tanto para os eixos Norte/Este como para a altitude.

A associação dos dados do sistema laser com imagens digitais de pequeno formato proporcionaria produtos que atenderiam completamente a necessidade tanto da geração como da atualização de bases cartográficas, tanto no georreferenciamento como na identificação e interpretação dos entes naturais ou construídos.

Porém, para um mapeamento com precisão é necessário que o equipamento esteja sempre calibrado e verificado. É de praxe mundial e deveria ser norma no Brasil a realização de vôos de calibração planimétrica e altimétrica para cada nova missão, sendo apresentado os resultados das análises estatísticas dos erros encontrados, os parâmetros resultantes, bem como a metodologia adotada em relatório de conclusão dos serviços.

Ana Paula B. Kersting
Engª. Civil do LACTEC

Carlos Felsky
Analista de Sistemas do LACTEC