Sistemas móveis de mapeamento são tendência na geomática
Por Eduardo Freitas
Você já deve ter visto, no próprio Google Earth ou em sites de curiosidades, que algumas cidades do Brasil contam com o StreetView. Se teve sorte, pode até ter visto algum dos carros do Google circulando pela sua cidade e fazendo imagens ao nível da rua. Muito além dos problemas de privacidade está a capacidade técnica de realizar esse mapeamento e integrar todas as imagens dentro do globo virtual, oferecendo aos usuários de todo o mundo a possibilidade de navegar pelas ruas.
E o Google resolve muito bem esses problemas, gerando verdadeiras cópias de cidades inteiras. Outra empresa que utiliza muito esse tipo de solução é a Navteq, que envia seus carros equipados com um conjunto de sensores para gerar bases de dados 2D e 3D. Levantamentos como esses têm utilidade para os setores de turismo, varejo, geomarketing, LBS, entre outros. Mas você, leitor da InfoGNSS, pode estar se perguntando: como fica a precisão e a acurácia dessa “cartografia”?
Já existem várias empresas e órgãos públicos utilizando sistemas móveis que executam mapeamentos de alta precisão, embarcados em automóveis, aeronaves, barcos e até mesmo em mochilas. São esses sistemas que estão revolucionando a forma de mapear áreas urbanas, gerando modelos da realidade em três dimensões que podem ser facilmente manipulados em softwares de CAD, GIS, entre outros.
De acordo com Luiz Dalbelo, gerente de vendas da área de topografia da Santiago&Cintra Geotecnologias, com um sistema desse tipo o trabalho pode ser executado em muito menos tempo do que no modo convencional. “Tem-se como resultado final uma densa nuvem de pontos, capaz de representar fielmente o comportamento e as feições cadastrais do terreno, sendo possível atender aos mais variados tipos de interesses e usuários”.
As diversas soluções de mapeamento móvel disponíveis no mercado utilizam receptores de Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS), medição inercial (IMU), dispositivos para registro de velocidade (DMI), câmeras digitais de alta resolução e lasers scanners. “Os sistemas GNSS, IMU e DMI são utilizados para realizar o posicionamento das imagens coletadas, bem como das nuvens de pontos levantadas pelos scanners”, explica Dalbelo.
Em geral, os sistemas de mapeamento são construídos de forma modular, podendo ser montados de forma a atender às mais diversas aplicações. É possível compor sistemas que utilizam as ferramentas de posicionamento em tempo real, associados a câmeras digitais, para realizar medidas atingindo precisão sub-métrica, com aplicações nas áreas de cadastro de ativos, registro visual de mudanças, inspeções de qualidade de pavimento, entre outros.
Acreditando no potencial dessa solução, a CPE Tecnologia adquiriu, este ano, um sistema móvel de escaneamento terrestre, com o qual a empresa vem realizando demonstrações para órgãos governamentais e empresas de engenharia. O equipamento fabricado pela Riegl Laser Measurement Systems, da qual a CPE Tecnologia é representante no Brasil, tem alcance de 500 metros, leitura de 125 mil pontos por segundo, acurácia de 10 milímetros e precisão de apenas 5 milímetros. Além disso, possui campo de visão de 360° na horizontal e 100° na vertical.
A unidade de controle do sistema possui as interfaces necessárias para integração de um ou mais scanners com o IMU/GNSS. Já os softwares para aquisição e processamento dos dados coletados pelo laser scanner combinam as varreduras realizadas com o sensor e a trajetória gerada pelo sistema inercial, fornecendo uma nuvem de pontos georreferenciada que pode ser exportada em vários tipos de arquivos. Segundo Pedro Donizete Parzzanini, engenheiro agrimensor da CPE, “a melhor alternativa para levantamentos de rodovias, hoje, é o laser scanner móvel terrestre”.
Dentre as vantagens do sistema móvel de escaneamento terrestre, em relação a outros tipos de levantamento, pode-se citar:
Comparação com o sistema de escaneamento móvel aéreo:
• Precisão – enquanto um levantamento aéreo chega a aproximadamente 10 centímetros, o sistema terrestre pode alcançar até 3 centímetros de precisão;
• Coleta de informações – com o sistema terrestre é possível coletar informações a respeito de elementos verticais, não obtidas a partir do levantamento aéreo;
• Flexibilidade de uso – o laser scanner terrestre pode ser retirado do veículo para executar trabalhos no modo estático, em áreas não acessíveis;
• Custos de operação – no caso do sistema terrestre, são basicamente o motorista e o combustível, cujos gastos são muito menores do que um avião.
Comparação com o sistema convencional de levantamento:
• Produção – o sistema de escaneamento pode levantar até 20 quilômetros de rodovia por dia, contra 1,5 quilômetro na topografia convencional;
• Redução de custos operacionais – como o sistema móvel realiza trabalhos de forma mais rápida, os custos operacionais são menores;
• Representação – o laser scanner gera aproximadamente 1 milhão de pontos por hectare, enquanto a topografia convencional chega a pouco mais de mil pontos;
• Método de levantamento – no modo convencional, normalmente é utilizado o método por seções, no qual o comportamento do terreno é interpolado e pode induzir a erros.
De acordo com Parzzanini, a qualidade do laser, associada aos sistemas de posicionamento, pode gerar nuvens de pontos com precisão posicional de até 2 centímetros. “Este sistema pode ser instalado em um carro comum e é ideal para realizar levantamentos de grandes áreas em intervalos de tempo extremamente curtos”.
Os sistemas podem ser configurados para realizar mapeamentos com velocidade de até 100 quilômetros por hora. Segundo Dalbello, o sistema de mapeamento móvel é extremamente eficaz e vem sendo utilizado nos mais diversos segmentos, entre eles companhias de levantamentos e de energia, concessionárias de ferrovias e rodovias, mineração, projetistas, entre outros.
A Optech, fabricante canadense de sistemas de escaneamento a laser, e a Santiago&Cintra apresentaram recentemente ao mercado brasileiro de geotecnologia o Lynx, um sistema de mapeamento móvel em 3D. Com o objetivo de demonstrar as funcionalidades dessa solução, foram realizados dois workshops em agosto, no Rio de Janeiro e São Paulo, que contaram com a presença de representantes de empresas e de órgãos públicos.
A equipe técnica da Optech, que veio do Canadá especialmente para a demonstração, apresentou aos participantes o processo de dirigir o carro com o sistema Lynx e coletar dados em movimento. Após o levantamento, os dados gerados em campo foram apresentados pela equipe técnica da Optech aos participantes.
Os scanners a laser que compõem o sistema Lynx podem levantar até 400 mil pontos por segundo, permitindo o mapeamento a velocidades de até 100 quilômetros por hora, associado a imagens obtidas por câmeras de 5 megapixel. Além disso, o Lynx permite realizar levantamentos durante o dia e à noite.
A Manfra traz para o mercado brasileiro o Dynascan, sistema de laser scanner terrestre móvel da MDL, empresa com quase 30 anos de desenvolvimento em Lidar. Composto por laser scanner, GPS e sistema inercial, o Dynascan integra todos os sensores em um um único equipamento, para aplicações terrestres e marítimas.
O pacote oferece um conjunto de softwares para todas as aplicações, enquanto o hardware é adaptado em um equipamento conectado a um único cabo, que pode ser montado em máquinas pesadas, veículos comuns, barcos e até mesmo em quadriciclos. Adaptado a embarcações de pequeno porte, o sistema pode ser usado em levantamentos de costas, portos e docas. Permite também integração com equipamentos multi-beam, para levantamentos sub-aquáticos.
Segundo José Gaspar dos Santos Lima, gerente de produtos da Manfra, o sistema Dynascan dispensa a necessidade de grandes montagens, calibrações e medições de offsets em campo, minimizando erros sistemáticos e reduzindo o tempo de mobilização para minutos. “Além disso, é um sistema de altíssima performance a um preço acessível”.
RTK no Big Brother
Além do escaneamento a laser, receptores GNSS podem ser adaptados em veículos para gerar o mapeamento de áreas. Um exemplo é o método de posicionamento relativo com a técnica RTK, que envia as observações da portadora através de GSM/GPRS e possibilita a obtenção de coordenadas com acurácia de até 1 centímetro no mapeamento móvel.
Com essa técnica, permite-se ao profissional de agrimensura e cartografia obter coordenadas precisas em tempo real, em pleno movimento, possibilitando assim a integração do receptor GNSS ao veículo, o qual realiza o mapeamento de forma ágil e precisa.
Em um estudo realizado recentemente pelo Laboratório de Topografia e Geodésia da Universidade de São Paulo, constatou-se que dentro da área de cobertura do serviço GSM/GPRS foi possível realizar a comunicação entre receptor móvel e base com vetores de até 70 quilômetros, atingindo precisões de 1 centímetro.
No caso de mapeamento de vias urbanas e estradas, onde a grande circulação de carros e pessoas impede a utilização de técnicas tradicionais, como a topografia clássica e o método de posicionamento pós-processado, esta técnica demonstra-se uma boa alternativa .
Essa solução diminui significamente o custo do profissional, o número de equipamentos utilizados, além da equipe de campo. Hoje, existe uma nova linha de receptores GNSS que já permite a inserção do chip GPRS no próprio equipamento. Segundo Marcos Guandalini, diretor comercial da Alezi Teodolini, “estamos vivendo um novo paradigma nas técnicas de posicionamento e o mercado deverá se preparar para o uso dessa nova tecnologia”.
Em fevereiro de 2009, a Alezi Teodolini foi convidada para participar da Prova do Anjo do Big Brother Brasil, realizada no autódromo de Jacarepaguá, no Rio de Janeiro, Os organizadores da prova precisavam de um equipamento que enviasse o posicionamento, em tempo real, do carro do piloto Thiago Camilo para um simulador de corridas dentro da casa do Big Brother, onde os participantes disputavam virtualmente uma corrida contra o piloto. Ou seja, o carro de Thiago corria sozinho no autódromo, mas no simulador ele disputava uma corrida virtual com os participantes da prova.
O engenheiro Danilo Rodrigues, gerente comercial da Alezi Teodolini, foi o responsável por instalar os receptores Pro Mark 500 no carro e dar todos os esclarecimentos técnicos para a realização da prova. “Ocorreu da maneira esperada e atendeu todas as expectativas dos organizadores“.
Mochilão
Mas não é só a fachada das edificações que pode ser mapeada. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, nos Estados Unidos, criaram uma mochila que usa um sistema a laser para fazer mapas 3D de ambientes internos, criando modelos realísticos das construções.
A mochila de mapeamento gera dados em alta velocidade, enquanto o operador humano anda em ritmo normal. Os cientistas também desenvolveram novos algoritmos de fusão dos dados das câmeras, rastreadores a laser e unidades de medição inercial, com o objetivo de gerar um modelo 3D texturizado e fotorrealístico. Segundo os pesquisadores, o maior desafio foi operar sem o uso da tecnologia de posicionamento pelo GNSS, já que os receptores não funcionam em ambientes internos.
Alguns leitores podem estar se perguntando: estes sistemas móveis vão gerar desemprego, já que substituem equipes inteiras de topógrafos! Isso é verdade? Sim e não. Se por um lado, um carro equipado com sensores pode fazer o trabalho com muito mais rapidez e precisão do que um time especializado em topografia, por outro se abre um novo e vasto campo de trabalho. As aplicações são infinitas: realidade virtual, games e até mesmo o Big Brother Brasil são exemplos de como a topografia extrapolou o campo dos técnicos e especialistas e virou “pop”.
