Uso do sistema escaner a laser terrestre para pesquisas geológicas

O sistema Escaner a Laser Terrestre é uma tecnologia que permite a obtenção de dados tridimensionais (X, Y e Z) de nuvem de pontos, que podem ser georreferenciadas com o uso de Global Navigation Satellite System (GNSS), além de agregar informações de textura e cor em função de uma câmera fotográfica acoplada ao equipamento. Em função disso vem sendo difundida em diversos setores da sociedade. No Brasil, nas áreas de engenharia, cartografia e arquitetura, tal técnica já está bem consolidada (F. Ferrari et al., 2012).

Laser Scanner Lidar no BrasilA utilização do Escaner a Laser Terrestre para Modelos Digitais de Afloramentos (MDA) tem sido introduzida recentemente em trabalhos de campo, para estudos geológicos e que ainda existem metodologias a serem definidas, devido a curto espaço de tempo de uso dessa ferramenta, que vem ganhando popularidade entre os geocientistas. É um método eficiente na obtenção de medidas com alta resolução de um afloramento, possibilitando observar no modelo gerado os níveis de contraste facilitando o processo de interpretação geológica.

Lidar para pesquisa geológica

Pesquisas na área de modelagem de corpos geológicos utilizando produtos advindos de uma técnica Light Detection and Ranging (Lidar) vêm favorecendo a interpretação, comparação e quantificação de continuidades laterais, além de indicar direções de fluxos de sedimentos. Porém, neste estudo efetuado com o Escaner a Laser Terrestre modelo Ilris 3D, concluiu-se que algumas variáveis são importantes para a qualidade do trabalho. Para que se possa ter uma visão do afloramento baseado na nuvem de pontos é importante que, no momento do imageamento, a luz solar esteja incidindo diretamente sobre o objeto a ser trabalhado. Assim, podem-se evitar áreas com sombras ou pouca luz, pois a fotografia capturada pelo equipamento é de média resolução/qualidade (F. Ferrari et al., 2012).

A área de estudo localiza-se no Brasil, no município de Caçapava do Sul, região central do Rio Grande do Sul, há aproximadamente 300 quilômetros de Porto Alegre (RS). O acesso a partir de Porto Alegre se dá pelas rodovias BR-290, BR-153 e RS-625, essa última próxima à localidade de Minas do Camaquã. A Rocha Pedra Pintada foi escolhida como objeto desse estudo em razão de sua excelente exposição. As faces íngremes e relativamente pouco vegetadas no seu entorno, a existência de áreas amplas próximas ao afloramento, a presença de estruturas sedimentares com dimensões métricas e a existência de superfícies estratigráficas nítidas foram os elementos principais considerados para o imageamento.

O processo de imageamento integrado ao sistema GNSS foi realizado a partir da definição de um ponto de referência próximo ao afloramento, realizando seu transporte de coordenadas. Nesse ponto foi implantado um marco geodésico, que foi rastreado durante quatro horas com um equipamento de dupla frequência (L1, L2), modelo Leica 900. Para o transporte de coordenadas foram utilizados como pontos de controle as estações da Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo (RBMC) do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) das cidades de Santa Maria (Smar) e Porto Alegre (Poal). Esse ponto foi ajustado com o software LGO e serviu de apoio para a obtenção das coordenadas geodésicas de sete estações utilizadas no imageamento da Pedra Pintada.

As coordenadas UTM de todas as estações de imageamento foram obtidas com um nível de exatidão menor que 10 milímetros. A preocupação com o nível de exatidão na obtenção das coordenadas geodésicas é de suma importância no processo de imageamento, uma vez que o modelo 3D gerado proporcionará interpretações geológicas que poderão ser integradas com outros sensores remotos, e todos os dados integrados servirão para a geração de modelos geológicos tridimensionais (F. Ferrari et al., 2012).

Utilizou-se para o escaneamento o Escaner a Laser Terrestre Optech, modelo Ilris 3D, instalado nos sete pontos da rede geodésica com duração de 40 minutos e com o tempo total de configuração e instalação de três horas cada estação. A resolução da nuvem de pontos foi de quatro centímetros, tendo assim o total de 17 milhões de pontos. As distâncias das estações de imageamento ao afloramento variaram de 170 a 320 metros.

Limpeza, alinhamento, georreferenciamento e triangulação

O processamento da nuvem de pontos foi realizado em três etapas, utilizando-se os recursos dos aplicativos PolyWorks, Parser e Point Cloud, conforme descrito a seguir: limpeza, alinhamento, georreferenciamento e triangulação.

O MDA da Pedra Pintada foi interpretado utilizando-se um aplicativo de plataforma CAD denominado Point Cloud Pro, desenvolvido exclusivamente para manipular nuvens com grande quantidade de pontos. Com o Point Cloud Pro foi possível segmentar o afloramento e demarcar feições geológicas identificadas de forma hierárquica. Nesse processo, utilizou-se a técnica de montagem para sobrepor uma imagem digital de alta resolução ao MDA. Essa montagem foi executada pelo próprio software e apresentado um relatório de precisão melhor que 0,2 metro. Os resultados obtidos na interpretação do MDA foram exportados em um formato que pode ser carregado e visualizado no aplicativo de modelagem geológica Gocad.

A exportação do modelo para o Gocad foi executada através dos softwares 3D Reshaper, CAD e conversor de arquivo vetorizados em pontos. Devido ao volume de dados em formato de nuvem de pontos, foi necessário exportar para o Gocad somente o modelo digital da rocha e posteriormente os vetores da interpretação no Point Cloud Pro. O Gocad não suportava o trabalho com nuvens de pontos e nem a junção da foto com a nuvem.

Vantagens do Lidar

Laser Scanner2 Lidar no BrasilA grande vantagem de se utilizar o sistema Lidar para a geração de MDAs é a possibilidade de se ter um modelo virtual 3D com qualidade de visualização suficiente para a análise e interpretação geológica. Além disso, permite interpretar áreas inacessíveis do afloramento com a mesma qualidade visual das áreas onde o geólogo pode acessar durante um trabalho de campo. Por ser um modelo tridimensional gerado a partir de uma nuvem de pontos georreferenciada de alta densidade, é possível estabelecer medidas precisas, como altura, extensão, espessura de estratos sedimentares, orientação de planos, etc..

A possibilidade de movimentar (isto é, inclinar, rotacionar, etc.) o modelo tridimensional permite que a interpretação seja coerente e precisa, pois de forma rápida pode-se conferir a continuidade de superfícies que estão sendo interpretadas em diferentes faces de um mesmo afloramento ou de afloramentos diferentes em uma mesma região. Essa é uma vantagem que o trabalho de campo convencional não possibilita em razão da limitação do campo visual que o ser humano possui em relação à distância do objeto de estudo ou às distâncias entre diferentes pontos da região de estudo (F. Ferrari et al., 2012).

O objetivo desse trabalho foi estabelecer procedimentos e métodos para a geração de MDAs a partir da utilização da técnica Lidar, que envolveram a aquisição de dados, seu processamento, visualização e interpretação de feições geológicas. Todos esses procedimentos foram integrados com dados do sistema GNSS, o que permitiu gerar um MDA georreferenciado.

Fabiano Ferrari

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Maurício Roberto Veronez

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Francisco Manoel Wohnrath Tognoli

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Leonardo Campos Inocêncio

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Paulo Sergio Gomes Paim

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Reginaldo Macedonio da Silva

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