Com inúmeras aplicações, precisão e detalhamento inigualáveis, a tecnologia avança rápido e se aproxima cada vez mais das técnicas convencionais de topografia. Mercado brasileiro tem enorme potencial de crescimento
A tecnologia laser scanner não pode ser considerada uma novidade nos setores de mapeamento e levantamentos de dados, nem mesmo no Brasil. O que se encontra hoje é a introdução de diversos equipamentos, estes sim, com inúmeros recursos e em constante evolução, de forma surpreendentemente dinâmica.
Em 2002, a revista InfoGEO publicou um artigo chamado: “Altimetria à Laser, o que é isso?”, e assim se iniciava a divulgação desta moderna tecnologia no Brasil. Após todo este tempo, é possível afirmar que o laser scanner causou uma revolução silenciosa no mapeamento, principalmente aéreo.
Já em 2007, a revista InfoGNSS abordou em sua matéria de capa as possibilidades do levantamento com laser 3D, detalhando esta tecnologia que avança rápido, até mais do que a sua popularização. Naquela edição, o foco estava em mostrar como o uso de técnicas de detecção remota poderia complementar os trabalhos topográficos. Hoje, os assuntos mais discutidos incluem aumento de produtividade, melhoria do custo-benefício dos trabalhos – inclusive com a diminuição de equipes em campo – e nas dezenas de aplicações e possibilidades desta tecnologia.
De acordo com Valther Xavier Aguiar, Diretor Técnico da Esteio Engenharia e Aerolevantamentos, a empresa foi a pioneira, no Brasil, em usar um sistema laser aéreo, começando trabalhos com a tecnologia em 2001: “De lá para cá os equipamentos evoluíram muito. O primeiro que usamos tinha uma capacidade de emissão de 25 mil pulsos laser por segundo. Nos dias atuais já existem equipamentos que podem emitir 1 milhão de pontos por segundo, ou seja, nestes 13 anos a capacidade de emissão de pontos aumentou quarenta vezes”, afirmou.
Ainda segundo Valther, paralelamente ao laser aéreo foram também introduzidos no mercado os equipamentos de laser terrestre, revolucionando os levantamentos topográficos e, mais recentemente, foram lançados os equipamento de laser móvel, permitindo também o imageamento fotográfico georreferenciado. “Isto vem ao encontro da necessidadeconstante de redução de prazos e custo de levantamento quando comparados aos levantamentos convencionais, sejam aéreos ou terrestres”. 
Laser scanner X Topografia convencional
A necessidade de medições em três dimensões não é recente. Inicialmente os dados eram coletados em 2D, sobre um plano horizontal, e fazendo uso de alguma técnica eram complementados com a elevação, tornando-os 3D. Com a necessidade, em cada época buscou-se técnicas de medição que permitissem a obtenção de forma mais rápida e precisa.
Apesar de ser a metodologia mais nova nas medições de campo, o laser scanner 3D (LS3D) utiliza o mesmo princípio da estação total, onde basicamente é feita a medição de ângulos e distâncias para o posicionamento tridimencional. A diferença está na coleta abundante de informações num curto período de tempo, feita pelo LS3D, versus a escolha meticulosa de pontos em campo com uma estação total ou GNSS.
Popularmente conhecido como laser scanner 3D, este equipamento se desenvolveu rapidamente antes mesmo de sua popularização. A designação se deu pelo uso essencial do Laser para as medições lineares e da varredura (scanner) horizontal e vertical para as medições angulares de forma muito mais rápida que as estações totais. O título 3D surgiu pelo fato dele armazenar, como dado bruto, essencialmente coordenadas XYZ, calculadas em tempo real a partir das medições lineares e angulares.
De acordo com Bruno Damas, da empresa Manfra/Hexagon, atualmente o mercado oferece equipamentos capazes de realizar uma poligonal de campo com os mesmos conceitos que seriam utilizados na operação de uma estação total, facilitando a curva de aprendizado por novos usuários e eliminando equipes de apoio para referenciar os projetos laser scanner. “A maior inovação tecnológica, que está sendo percebida nos últimos anos, tem relação com a aproximação do laser scanner das técnicas de topografia convencional. Além disso, os avanços em softwares para geração de produtos através da nuvem de pontos também ganha destaque no mercado, pois é importante reforçar que a nuvem de pontos não é um produto final, mas sim a ferramenta para geração de produtos com alta precisão e detalhamento”, comenta Bruno.
O produto mais básico do laser scanner 3D é a Nuvem de Pontos, a qual é essencialmente a junção de todos os pontos medidos por cenas independentes, num único sistema de coordenadas. Além das coordenadas XYZ, também é obtida a intensidade de retorno do laser para cada ponto, o que ajuda bastante a identificar elementos em campo em função do material e da cor. “A densidade de pontos deve ser adequada com o objetivo do trabalho, sendo que a Nuvem de Pontos permite a obtenção de informações e dimensões diretamente sobre ela, mas exige do profissional conhecimento e habilidade, assim como hardware e software específicos para tal”, afirma Rovane Marcos de França, consultor da Vector Geo4D. Ao interpretar uma Nuvem de Pontos é possível fazer, com grande precisão, o perfilamento dos elementos e identificar exatamente o que se está medindo. “Para aumentar a qualidade no registro, nos pontos em comum ou nos pontos de referência utilizamos targets (alvos) que permitem medir o ponto com maior precisão. Estes targets podem ser de vários formatos, tamanhos e materiais. Com os targets bem distribuídos espacialmente, inclusive em altitudes, garantimos um registro consistente e de qualidade, que atenderá a precisão especificada pelo fabricante”, explica Rovane.
Quanto à precisão, nas condições usuais, pode-se dizer que o laser fixo é o mais preciso deles, podendo chegar a valores melhores que uma polegada, entretanto é o mais limitado em alcance. “O laser móvel terrestre está numa posição intermediária em precisão – algo entre uma e duas polegadas, porém maior flexibilidade de uso. Já o laser aéreo possui precisão não melhor do que as duas polegadas, entretanto permite mapear grandes áreas de forma bastante homogênea e com grande velocidade. Em determinadas situações haverá certamente superposição com alguns levantamentos aéreos e topográficos, pois o laser móvel comtempla uma fatia de mercado que se posiciona exatamente entre estas duas modalidades”, explica Valther Aguiar.
“Em 2010 a integração, processamento e fotografias foram melhorados. Hoje, há equipamentos capazes de medir a até 4 quilômetros, outros com frequência de 1 milhão de pontos por segundo, outros com fotografias de 70 megapixel integradas. O poder de processamento chega a campo, permitindo inclusive que o registro (união das cenas) seja feito em campo com alguns cliques. O laser scanner 3D móvel conta com câmeras fotográficas que são associadas ao movimento. Os softwares adotam complexos algoritmos para modelagem e extração de informações de forma ágil”, informa Rovane.
ESCANEAMENTO SOBRE RODAS
O laser scanner terrestre móvel é um sistema formado por diversos sensores, como: laser scanner, câmeras digitais, GNSS, IMU (Sistema Inercial) e DMI (Odômetro). Todos esses sensores integrados irão compor o hardware de campo. A tecnologia tem várias denominações e siglas, sendo as mais conhecidas: Laser Terrestre Móvel (MLS – Mobile LASER Scanning) ou Sistema de Mapeamento Móvel (MMS – Mobile Mapping Systems). “Apesar do Perfilamento Aéreo a laser ser bem conhecido e fundamentado na Cartografia, só mais recentemente a tecnologia do laser móvel vem sendo considerada como ferramenta para coleta de dados tridimensionais em aplicações de mapeamento de corredores (rodovias, ferrovias, etc.)”, declara Amauri Alfredo Brandalize, Diretor Técnico na Esteio.
Embarcado em uma plataforma móvel (veículo), a coleta de dados se dará em movimento, onde todos os sensores estarão realizando suas medidas. Posteriormente, com técnicas de pós-processamento dos dados brutos, o usuário irá cruzar todos os dados oriundos desses sensores para obter uma nuvem de pontos 3D associada a imagens digitais. Este dado será a referência para geração de produtos finais aplicados em projetos como cadastro urbano, engenharia rodoviária, engenharia ferroviária, entre outros. “A vantagem do laser scanner terrestre móvel está na agilidade de campo, associada ao detalhamento das áreas de estudo. Esses dados são coletados com a facilidade de percorrer o local com veículos em movimento e, dessa forma, ganha-se em tempo e redução de custos com equipes em campo” afirma Bruno Damas.
Os Sistemas de Mapeamento Móvel (SMM) permitem a coleta de informações 3D de milhares de pontos ao longo de uma via, além de imagens e/ou vídeo, enquanto trafega em velocidades normais de estrada. Esta tecnologia embarcada proporciona maior segurança para os serviços de medição e cadastro ao longo de sistemas viários, esta que é uma das principais preocupações nos trabalhos em locais com grande volume de tráfego. “Não serão mais necessários 10 dias de bom tempo para coletar dados em uma estrada de 20 quilômetros por uma equipe de campo. Com um SMM, a coleta de dados pode ser feita em cerca 30 minutos e o processamento de dados em escritório”, explica Amauri Brandalize.
Segundo Valther Aguiar, os principais contratantes da tecnologia laser móvel são aqueles têm necessidade de mapeamento linear, seja de ruas, estradas, ferrovias, hidrovias, dutos e outros. “O Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT), Instituto de Pesquisa e Planejamento Urbano de Curitiba (IPPUC) e algumas concessionárias de rodovias já puderam usufruir desta maravilhosa tecnologia, através da Esteio”, afirma.
Um sistema de mapeamento móvel é formado por uma plataforma unificada, que compreende um laser scanner em combinação com receptor GNSS, além de unidade de medição inercial (Inertial Measurement Unit – IMU) e um instrumento de medição de distância (Distance Measurement Instrument – DMI). O laser faz uma varredura de 360 graus do corredor viário com alcance de até 150 metros, medindo 1 milhão de pontos por segundo. As câmaras imageiam também em 360 graus ao redor do veículo com resolução de 2 megapixels e 8 frames por segundo. O sistema pesa cerca de 50 quilogramas e opera por cerca de 10 horas com bateria própria. A qualidade horizontal e vertical é centimétrica, conforme utilização de pontos de controle.
Durante o MundoGEO#Connect 2014, a Esteio expôs o Leica Pegasus One, solução completa de mapeamento para digitalização 3D em movimento, que oferece desde o hardware até o software de processamento. A solução captura imagens calibradas e nuvem de pontos, além de permitir o processamento, visualização e interpretação através de um software simples e intuitivo. Indicado para mapeamento de rodovias, áreas urbanas e outras de forma rápida.
“O sistema permite acesso imediato aos seus dados por meio da análise da nuvem de pontos laser. Por exemplo, é possível navegar virtualmente nas imagens ou dados laser, obter visualizações de diversos ângulos, adicionar metadados para formação de um Sistema de Informações Geográficas (GIS) ou calcular distâncias entre objetos da nuvem. As imagens e a nuvem de pontos laser estão na mesma orientação, então ao clicar em um objeto em imagem, imediatamente dá acesso aos dados do laser e vice-versa”, explica Amauri.
O acesso detalhado à nuvem de pontos torna esta plataforma ideal, segundo Amauri, para: Inventário de Ativos Rodoviários, com o qual os objetos existentes em uma rodovia podem ser extraídos, modelados e mapeados, incluindo: placas de sinalização vertical, sinalização horizontal, obras de arte especiais, linhas de energia, cercas, ‘guard-rail’, drenagem, vegetação, intersecções, paradas de ônibus, postes, radares, entre outros; e Geometria da Via, que pode ser obtida a partir dos dados laser, permitindo as avaliações de largura de pista e acostamento, alinhamento e desnível de pista, rampa, superelevação, cortes e aterros, contenções e encostas. A situação atual é rapidamente obtida com riqueza de detalhes para posterior análise ou um novo projeto de engenharia.
Em 2011, a Esteio Engenharia e Aerolevantamentos mapeou, em um contrato para o IPPUC, a Avenida das Torres, que liga o Aeroporto Internacional de Curitiba à cidade, realizando quatro tipos de levantamentos: laser móvel, laser estático, laser aéreo e ortofotos, em uma integração inédita no Brasil que gerou dados técnicos para os projetos de revitalização desta avenida, inclusive para o projeto do primeiro viaduto estaiado de Curitiba. “De lá para cá, a Esteio vem utilizando esta tecnologia com muito sucesso em diversos projetos de engenharia”, declara Valther.
Fernando Cesar Ribeiro, Diretor Operacional da Sigma Geomática, aponta as principais vantagens da utilização de varreduras móveis com laser. “Maior produtividade na coleta de pontos tridimensionais em face à tecnologia laser terrestre estático, numa proporção média de aproximadamente 30 quilômetros por dia. Mas o alto custo inerente à tecnologia envolvida ainda é um empecilho”, declara.
VANTAGENS E DESVANTAGENS
As plataformas de laser scanner terrestre (estático ou móvel) possuem como principais vantagens a velocidade de coleta de dados e o alto nível de detalhamento dos objetos/feições, maior velocidade de aquisição e precisão compatível com serviços de engenharia. Além destas, segundo Fernando Cesar Ribeiro, as vantagens do laser scanner permitem reduzir o tempo nos levantamentos de campo sete vezes, em média, em relação ao dos métodos convencionais; exportar para vários formatos gráficos: (CAD, Revit, PDMS, etc.); visualizar e gerenciar direto na nuvem de pontos; modelar desde uma simples planta topográfica 2D até ambientes inteiros; possibilitar revisões sem a necessidade de retorno ao local do levantamento e o resultado muito próximo a uma imagem, devido à maior densidade dos pontos.
“O mercado brasileiro superou muitos obstáculos nos últimos anos, principalmente referente à cultura dos profissionais em aceitar a tecnologia e seus produtos. Atualmente, os equipamentos possuem preço justo quando comparados com o nível de produtividade e tecnologia embarcada sendo, em muitas vezes, a melhor e única alternativa”, afirma Bruno Damas.
As principais desvantagens apontadas por profissionais e especialistas, além do alto custo ainda encontrado nos equipamentos e softwares, são: necessidade de mão de obra mais qualificada; quantidade muito grande de dados e volume de arquivos, exigindo equipamentos sofisticados; e dependência de uma via para que o veículo possa trafegar, no caso do escaneamento móvel.
De acordo com Rovane Marcos França, o mercado no Brasil ainda está incubado. “A tecnologia está sendo mais utilizada na área industrial e mineração, mas mesmo assim numa reduzida participação se compararmos com topografia convencional nestes segmentos. O laser scanner no Brasil está sendo utilizado somente em casos onde outra técnica não atende, seja por causa do prazo ou pelo custo”, afirma. “Uma base de dados de qualidade ainda é pouco valorizada no Brasil, vemos diariamente excelentes projetistas utilizando levantamentos topográficos de péssima qualidade ou de bases não apropriadas para elaboração de projetos executivos, por exemplo. Ainda não se deram conta de que se a base de dados é ruim, o projeto também será ruim”, completa Rovane.
UM MUNDO INTEIRO DE POSSIBILIDADES
Os sistemas de medição a laser 3D podem ser aplicados em vários domínios, passando por planejamento digital de fábricas, oceanografia, instalações industriais, arquitetura, patrimônios, infraestrutura, proteção dos monumentos históricos, engenharia, arqueologia, paisagismo, realidade virtual, aplicações forenses, mapeamento de imagens e muito mais, além de aplicações ‘As Built’ para elaboração de plantas topográficas e maquetes virtuais, uma vez que a densidade e a coloração real dos pontos (quando utilizada) passam a sensação de imagens e fotos reais.
“Na Toppar, já realizamos o levantamento do Centro Cultural do Liceu de Artes e Ofícios, utilizando um equipamento FARO, e então modelado com software Revit e georreferenciado a partir de poligonal topográfica executada com estação total e lançamento de alvos de referência para conexão das cenas obtidas com laser scanner. Também realizamos o levantamento do estádio João Avelange (Engenhão). Neste caso o cliente contratou apenas a entrega da nuvem de pontos para gerenciamento de informações em software nativo Scene”, declarou Fernando Cesar.
A FARO, desenvolvedora de tecnologia para medições 3D, oferece diversas soluções em equipamentos, que vão desde metrologia e documentação 3D até laser scanners terrestres. Os equipamentos Focus 3D Série X possuem dimensões reduzidas e permitem, dentre outros, escaneamento com alcance de 130 ou 330 metros, digitalização inclusive sob luz solar, posicionamento com GPS integrado, e varredura em longas distâncias com baixo nível de ruído na nuvem de pontos.
Adriano Scheuer, Gerente de Contas da FARO Laser Scanner, aponta que as aplicações mais comuns no segmento são: Levantamento Topográficos, Documentação 3D, As-built em Geral e Inspeção e Análise. De acordo com informações da FARO, os equipamentos desenvolvidos pela companhia podem ser usados para:
• Arquitetura: Criar documentação 2D e 3D precisa para arquitetos ou engenheiros, para facilitar reformas, revitalizações e mudanças; criar um modelo BIM para colaboração de contratados, estudos energéticos, gestão de instalações, etc.; monitorar estruturas ao longo do tempo devido ao atrito e assentamento; executar uma pré-fabricação de componentes para a construção fora da obra;
• Engenharia Civil: Digitalizar rapidamente estruturas inteiras; fornecer aos engenheiros medições da deformação para a colocação de reforço; revitalizar levantamentos à distância sem a necessidade de andaimes e escadas;
• Construção Civil: Eliminar retrabalhos e mudanças de alto custo; monitorar o progresso da construção para documentação jurídica e técnica; criar documentação 2D e 3D precisa para facilitar reformas, revitalizações e mudanças;
• Patrimônio: Capturar detalhes da superfície e desenvolver modelos 3D para uso em projetos de restauração; documentar as condições em que se encontra para a preservação de construções históricas; determinar o dano existente, mas também pode ser utilizada de forma preventiva e para monitoração contínua;
• Geologia: Capturar detalhes da superfície e desenvolver modelos 3D para uso em projetos; documentar as condições em que se encontra para a preservação da área; criar modelos 3D de sítios arqueológicos;
• Agrimensura e Topografia: Criar rapidamente mapas topográficos para medir distâncias, áreas e volumes; detectar deficiências de construção e deformação em pontes; gerar visualizações CAD 2D precisas, elevações e perfis de seções; realizar o detalhamento do escritório através de levantamento virtuais;
• Túnel e Mineração: Capturar o perfil real do túnel para comparação e projeto; avaliar a capacidade do túnel para novas demandas; realizar mapeamento geológico colorido; recolher informação geométrica da cavidade, como comprimento, volume e forma;
• Cálculo de Volume: Coletar milhões de medições com uma precisão de 2 mm; medição a distância sem necessidade de contato com a área; reduzir tempo de coleta de dados e gerar resultados rápidos e precisos;
• Inventário Florestal: Permite avaliação da floresta; otimização e análise de crescimento;
• Óleo e Gás: Pode ser usado em projetos que têm grande quantidade de objetos em situações complexas. Os equipamentos podem ser usados para determinar e certificar os volumes de tanques, analisar mapas de desvios, cilindricidade, perpendicularidade, entre outros.
Além disso, os equipamentos da FARO também podem ser embarcados em dispositivos móveis, tais como Drones e veículos automotores, permitindo a obtenção de dados de forma rápida em levantamentos de grande escala; aquisição de dados com nenhuma ou mínima interrupção do tráfego local;
e flexibilidade e ampla área de atuação e aplicações. A FARO também oferece a opção de exportar os dados para o WebShareCloud, que permite visualização facilitada, navegar através de fotos pelo projeto; compartilhar em qualquer lugar do mundo, realizar medições e marcar as mesmas, e criar anotações para que os demais possam ter acesso e responder. A ferramenta pode ser vista em www.americas.websharecloud.com.
Outros usos que já vêm sendo feitos incluem a virtualização de ambientes para jogos e cinema, elaboração de maquetes eletrônicas, realidade virtual, entre outras.
LASER SCANNER NO MUNDOGEO#CONNECT 2014
Alinhado com as tendências e principais novidades do mercado de geotecnologias, o MundoGEO#Connect LatinAmerica 2014, Conferência e Feira de Geomática e Soluções Geoespaciais, ofereceu entre os dias 7 e 9 de maio um curso voltado especificamente para esta tecnologia, além do seminário Automação Topográfica, que reuniu especialistas, fornecedores e desenvolvedores para discutir sobre esta tecnologia.
“O curso de laser scanner terrestre se deu na mais perfeita ordem. Tínhamos sempre em sala mais de 40 alunos do início até o final. Tínhamos três equipamentos de Laser Scanner terrestre em exposição: Faro Focus 3D, um Leica C10 e um ZEB1, disponibilizados respectivamente pela Faro, Hexagon e CPE Tecnologia. A parte da tarde iniciamos as 14h pontualmente no terraço do Centro de Convenções, onde demonstramos um escaneamento sendo executado ao vivo. A Hexagon disponibilizou o equipamento e uma engenheira para que pudéssemos demonstrar. Em seguida voltamos para a sala para fazer o processamento do escaneamento realizado, onde muitas dúvidas puderam ser esclarecidas. Foi muito interessante ver como eles puderam entender com mais propriedade após a demonstração. Na última parte fizemos a demonstração de extração de informações e modelagem nas duas principais áreas de atuação do Laser Scanner Terrestre no Brasil: Industrial e Mineração”, declarou Rovane Marcos França, instrutor do curso sobre Laser Scanner.
Na feira de produtos e serviços do evento, várias empresas contavam com modelos de laser scanners em exposição: CPE Tecnologia (equipamentos da Riegl e da Z+F); FARO (linha Focus 3D e Série X); Leica Geosystems; Maptek (I-Site); e Santiago & Cintra Geo-Tecnologias (equipamentos da Optech, Topcon e Trimble), além da Esteio que expôs o Pegasus, equipamento para escaneamento móvel que estava embarcado em um veículo.
