Laseres nos levantamentos terrestres

Naquela época, e durante muitos séculos, a medida e marcação de distâncias bem como a marcação de ângulos retos eram realizadas com o auxílio de cordas graduadas por meio de nós. Embora o registro mais antigo do uso da corda graduada date de 1400 a.C., acredita-se que as pirâmides foram locadas com tais instrumentos.

Com o desenvolvimento da humanidade, muitos outros instrumentos e técnicas de medição foram incorporados ao dia-a-dia dos profissionais que, com ou sem qualificação acadêmica, praticam a ciência da medição.

Atualmente, praticamente toda medida de distância e/ou de ângulo, horizontal e/ou vertical, é feita por meio de aparelhos eletrônicos.

A tabela a seguir apresenta a evolução dos instrumentos utilizados na obtenção das referidas medidas e traz a época aproximada, origem e principal função destes instrumentos.

A Invenção do Laser

Dois importantes acontecimentos foram responsáveis pelas pesquisas que culminaram na invenção do LASER. O primeiro foi a publicação, em 1917, de um artigo em que Albert Einstein sugeria a emissão estimulada de radiação luminosa e que incentivou o desenvolvimento dos amplificadores e osciladores. O segundo foi a invenção, em 1954, do MASER, seguindo os passos das pesquisas realizadas com o RADAR durante a Segunda Guerra Mundial.

O princípio do LASER, portanto, constitui a emissão estimulada de ondas eletromagnéticas na região do visível e do infravermelho.

Embora a pesquisa que culminou na invenção do laser tivesse como objetivo principal aplicações militares, de acordo com TARASOV (1986), tais aplicações concentram-se atualmente em dois grandes grupos: aquele em que o laser produz algum efeito no material alvo e aquele que envolve a transmissão e o processamento de dados, além da medição e do controle de qualidade.

A medida de distância, dependendo do dispositivo e/ou instrumento utilizado, pode ser horizontal, vertical ou inclinada.

Medidor Eletrônico de Distâncias – EDM

Os EDMs disponíveis no mercado atualmente baseiam-se em dois tipos de tecnologia: microondas e laser. KAVANAGH & BIRD (1996) classificam os sistemas baseados em laseres como de longo (10 a 20km), médio (3 a 10km) e curto (0,5 a 3km) alcance.

Tais sistemas podem ser utilizados independentemente de qualquer outro instrumento ou podem ser combinados, por exemplo, a um teodolito, permitindo também a obtenção de ângulos horizontais e verticais. Esta combinação permite a redução da distância inclinada em relação ao horizonte, bem como, a determinação da sua componente vertical (diferença de nível).

O conjunto mais utilizado atualmente, no entanto, é aquele que integra, em um único instrumento: teodolito eletrônico; EDM; microprocessador para operações matemáticas e estado do instrumento; além de coletor, cartão ou módulo de dados. Tal instrumento é denominado taqueômetro eletrônico ou estação total.

O funcionamento de um EDM consiste, basicamente:

– da emissão/recepção de um sinal (onda eletromagnética: microondas ou laser); e

– da reflexão (laser) ou retransmissão (microondas) deste sinal.

A determinação da distância, tanto nos sistemas baseados em microondas quanto nos baseados em laser, é afetada pelas condições atmosféricas além de outros fatores.

O laser empregado na medida de distâncias pode ser visível ou invisível, dependendo do comprimento de onda utilizado, e operar no modo contínuo (CW) ou pulsado (P). O quadro a seguir apresenta alguns exemplos de EDMs (independentes e embutidos) que empregam estes tipos de laseres.

Dos modelos apresentados, os que operam com refletores possuem diferentes alcances, dependendo do tipo de refletor empregado. Estes mesmos modelos operam, inclusive, sem refletor e, neste caso, o alcance não só depende das condições atmosféricas como também das condições de iluminação, do tipo de superfície utilizada como alvo e do ângulo de incidência do laser sobre este alvo.

Nível a Laser

Outro instrumento que ganhou espaço no mercado com o advento do laser foi o nível. Neste caso, o laser pode ser empregado de dois modos distintos: em direções fixas no plano horizontal, vertical ou inclinado; em várias direções (giro de 360°) no plano horikzontal.

As principais características deste tipo de instrumento, dependentemente de marca ou modelo, são:

– os laseres empregados têm comprimento de onda que corresponde à região visível do espectro eletromagnético (vermelho ou verde), sendo que alguns instrumentos operam na região do infravermelho (laser invisível);

– a emissão do laser é contínua (CW);

– pode ser utilizado em ambientes abertos ou fechados, com ou sem detetor laser, depende da aplicação;

– pode ser controlado remotamente.

Tal instrumento, por si só, não mede a distância vertical ou diferença de nível entre o emissor laser e o detetor. Neste caso, o laser é utilizado somente para sinalizar ao operador a posição correta do detetor sobre a régua graduada para que este possa realizar a leitura da mesma. Esta leitura, uma vez que o instrumento é desprovido de luneta, é feita diretamente sobre a régua.

O quadro a seguir apresenta alguns modelos de nível a laser giratório utilizados na determinação de distâncias verticais.

O alcance de cada instrumento apresentado corresponde ao diâmetro do círculo de ação do laser e é função do tipo de detetor utilizado. Alguns destes modelos operam sem detetor, porém, com alcance inferior ao especificado.

De acordo com CLARKE (1996), diversos métodos e instrumentos têm sido utilizados ao longo dos anos na aquisição de dados de perfilamento de estruturas tais como túneis, minas de superfície, depósitos, edificações, pontes e monumentos. Tais métodos e instrumentos diferem principalmente em relação à velocidade com que os dados são coletados, precisão, alcance e custos de operação.

A varredura a laser destina-se à exploração de superfícies por meio de pontos regularmente espaçados e que têm sua posição determinada.

Um sistema de varredura a laser é normalmente constituído por uma unidade de medida que utiliza um laser pulsado para determinar as distâncias entre este dispositivo e os pontos coletados sobre uma superfície alvo, além de um ou mais espelhos giratórios utilizados para desviar o laser emitido em direções preestabelecidas (intervalo de arco regulares). Os sistemas ainda dispõem de dispositivos para o registro das informações coletadas, processamento e visualização dos resultados.

A determinação, portanto, da posição de cada ponto coletado sobre a superfície em estudo é função da distância e da respectiva inclinação do espelho registrados no instante de cada medição.

Alguns sistemas combinam a varredura laser com o posicionamento por GPS, permitindo referenciar as coordenadas calculadas a um sistema global.

O quadro a seguir apresenta alguns sistemas terrestres de varredura a laser.

O objetivo da pesquisa que culminou na publicação resumida deste artigo foi o estudo do emprego da tecnologia laser por equipamentos utilizados em levantamentos terrestres.

CLARKE, T. A.. A Review of Tunnel Profiling Methods. 1996. 9p.
KAVANAGH, Barry F. BIRD, S. J. Glenn. Surveying: Principles and Applications. 4th Edition. New Jersey: Prentice Hall, 1996. 700p.
TARASOV, L.. Laser Physics and Applications. English Translation: Mir Publishers, 1986. 191P.