Avaliação do levantamento planialtimétrico com Drone em projetos de terraplenagem

ARTIGO DE REVISÃO

BERGENS, David dos Santos ^[1], TEIXEIRA, Niel Nascimento ^[2]

BERGENS, David dos Santos. TEIXEIRA, Niel Nascimento. Avaliação do levantamento planialtimétrico com drone em projetos de terraplenagem. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 03, Ed. 10, Vol. 09, pp. 15-27 Outubro de 2018. ISSN:2448-0959

RESUMO

O presente artigo analisa a possibilidade do uso de drones afim de aplicação em projetos de terraplenagem. O objetivo é avaliar o levantamento planialtimétrico tradicional realizado com receptores GNSS RTK e aquele realizado por drones. Buscou-se encontrar procedimentos que possam beneficiar o projeto de terraplenagem como produtividade e precisão de dados. Para tanto, fez-se o estudo comparativo de análise qualitativa e concluiu-se que se forem observados alguns critérios como as taxas de sobreposição longitudinal e lateral, utilização de pontos de controle e classificação adequada do modelo digital de elevação, o levantamento planialtimétrico com drone pode ser considerado como mais uma ferramenta para projetos de terraplenagem.

Palavras-chave: Drone, GNSS, Planialtimetria, Projeto de terraplenagem.

INTRODUÇÃO

Com a chegada dos drones nos setores de cartografia, agricultura, fotografia, recreação, entre outros, ainda se especula sobre o seu uso para realização de projetos de engenharia que exigem certo grau de exatidão, a exemplo dos projetos de terraplenagem que necessitam das informações do relevo do terreno.

O presente artigo tem como objetivo avaliar se o levantamento planialtimétrico com drone pode ser utilizado em projetos de terraplenagem. Para isso será ampliado o conceito de planialtimetria, bem como a importância do levantamento planialtimétrico para o projeto de terraplenagem. Além disso, será relatada a origem dos Veículo Aéreo Não Tripulado (Vant), popularmente conhecido como drone, e do Sistema Global de Navegação por Satélite (GNSS), muito utilizado em levantamentos planialtimétricos.

Para cumprimento do objetivo citado, será definido um projeto de terraplenagem, e em seguida será comparado os volumes de corte e aterro do levantamento realizado com drone em relação ao levantamento realizado com receptores GNSS RTK, para verificação das discrepâncias entre os levantamentos.

Acreditamos que este estudo seja relevante porque o levantamento realizado com drone se mostra bastante produtivo, podendo trazer agilidade na realização de projetos de terraplenagem.

2. A IMPORTÂNCIA DA PLANIALTIMETRIA EM PROJETOS DE TERRAPLENAGEM.

A planialtimetria é a parte da Topografia que estuda o terreno levando em consideração as dimensões, coordenadas planimétricas e altimétricas. (JÚNIOR, NETO e ANDRADE, 2014). Em outras palavras a planialtimetria é a representação das informações planimétricas e altimétricas, obtidas por meio de levantamentos topográficos, em uma única planta, carta ou mapa. (BRANDALIZE, 2014).

Os autores Veiga; Zanetti e Faggion (2012) explicam que os levantamentos planimétricos determinam a planimetria dos pontos (coordenadas X e Y). Os levantamentos altimétricos determinam a cota ou altitude de um ponto (coordenada Z). E os planialtimétricos determinam tanto a planimetria quanto a altitude dos pontos.

A estação total e o receptor GNSS são exemplos de equipamentos topográficos capazes de realizar o levantamento planialtimétrico. A estação total é um instrumento eletrônico utilizado na obtenção de ângulos, distâncias, coordenadas e cotas, sem a necessidade de anotações, podendo transferir os dados para um PC através de um software. (JÚNIOR, NETO e ANDRADE, 2014). De acordo com Santiago e Cintra (2017), o receptor GNSS “é um equipamento capaz de ler informações emitidas pelos satélites em órbita, e calcular as coordenadas geodésicas (latitude, longitude e altitude) sendo possível ter dados precisos a respeito de um determinado local”.

Conforme Brandalize (2018), a planta planialtimétrica tem o objetivo de fornecer o maior número possível de informações da superfície representada para fins de estudo, planejamento e viabilização de projetos.

Garcia e Piedade (1984 apud BRANDALIZE, 2018) relatam diversos meios de utilização da planta planialtimétrica. Vale destacar o que diz respeito à escolha do melhor traçado e locação de estradas (ferrovias ou rodovias). Por meio da planta planialtimétrica pode-se determinar a declividade máxima das rampas, o mínimo de curvas necessário, a movimentação de terra (volumes de corte e aterro), os locais sujeitos a inundação e a necessidade de obras especiais (pontes, viadutos, túneis, etc.).

3. UTILIZAÇÃO DE GNSS EM LEVANTAMENTOS PLANIALTIMÉTRICOS.

O GNSS (Global Navigation Satellite System) é um sistema capaz de obter a localização geográfica de um ponto em qualquer parte do mundo. Surgiu em 1960 com o lançamento do satélite Transit nos Estados Unidos. Posteriormente, em 1978, foi colocado em órbita o primeiro satélite GPS. E no ano de 1982, foi lançado o primeiro satélite Glonass. Em seguida houve vários acontecimentos para a evolução do GNSS, sendo aprovado em 2003 o programa Galileo. (MUNDOGEO, 2005)

O Sistema Global de Navegação por Satélite, ou GNSS, é visto como uma evolução natural do GPS, o sistema de posicionamento americano. Além do GPS, o GNSS engloba o sistema russo Glonass, o europeu Galileo, e o chinês Beidou. Para determinar uma posição por meio do GNSS, são necessários no mínimo 04 satélites. Com a utilização dos vários sistemas de satélite, garante-se uma maior integridade e confiança aos usuários do sistema. (SANTIAGO E CINTRA, 2018).

Os receptores GNSS podem ser classificados como Navegação, Topográficos ou Geodésicos, dependendo da sua precisão. Os receptores de navegação tem precisão aproximada de 10 metros e são utilizados principalmente para localização instantânea e navegação automotiva. Os receptores topográficos tem precisão normalmente abaixo de 3 metros, podendo chegar à precisão submétrica, se os dados forem processados usando bases fixas de coordenadas conhecidas. São utilizados para diversos fins como mapeamento, saneamento, cadastramento urbano e etc. Os receptores geodésicos por sua vez têm precisão centimétrica quando é feito o pós-processamento de dados, e são utilizados para obras, levantamentos topográficos, georreferenciamento de imóveis rurais e posicionamento de alta precisão. (SANTIAGO E CINTRA, 2018).

Figura 1 – Receptor geodésico GNSS RTK Hi-Target V60

As técnicas de posicionamento utilizando GNSS podem ser classificadas como estáticos e cinemáticos, dependendo do movimento da antena, ou em tempo real e pós-processado, conforme a disponibilidade das coordenadas. Quanto à utilização ou não de uma estação de referencia, podem ser classificadas em posicionamento relativo e posicionamento por ponto, respectivamente. (IBGE, 2008)

O método de posicionamento Cinemático em Tempo Real (RTK) consiste também na utilização de dois receptores, estação base e receptor móvel. Nesse método as coordenadas do receptor móvel são corrigidas em tempo real, permitindo obter ótima precisão e produtividade em levantamentos planialtimétricos. (SANTIAGO E CINTRA, 2018)

Vale ressaltar que a precisão do levantamento e o tempo de coleta de dados podem ser influenciados pelas condições atmosféricas, distribuição de satélites no espaço, distância dos receptores (estação base e receptor móvel) e obstrução do sinal dos satélites. (IBGE, 2008, apud PEDREIRA, 2017).

4. CHEGADA DOS DRONES E EVOLUÇÃO NA PLANIALTIMETRIA.

O Veículo Aéreo Não Tripulado (Vant), conhecido popularmente como drone, teve os primeiros registros em 1709 quando um padre brasileiro construiu um balão de ar quente e o demonstrou para o rei de Portugal em Lisboa. Alguns registros relatam também que em 1849 os austríacos teriam usado balões não tripulados para o transporte de bombas temporizadas à cidade de Veneza na Itália. As primeiras aerofotografias de que se tem registro foram obtidas em 1888, na França, com uma câmera fotográfica acoplada em uma pipa. (LONGHITANO, 2010)

Os maiores avanços dos Vants, bem como da aerofotogrametria e do sensoriamento remoto, foram dominados e motivados pela área militar, que tinha o objetivo de obter informações privilegiadas de forma rápida e discreta do território inimigo. (LONGHITANO, 2010)

A Agência Nacional de Aviação Civil (Anac) foi criada em 2005 para regular e fiscalizar as atividades de aviação civil e de infraestrutura aeronáutica e aeroportuária no Brasil. Pelo regulamento da Anac, Aeromodelos são as aeronaves não tripuladas remotamente pilotadas usadas para recreação e lazer e as Aeronaves Remotamente Pilotadas (RPA) são as aeronaves não tripuladas utilizadas para outros fins como experimentais, comerciais ou institucionais. (ANAC, 2017)

Por meio do Vant, é realizada a fotogrametria, ciência ou arte pela qual se obtém medidas confiáveis utilizando fotografias. A fotogrametria é aplicada principalmente no mapeamento cartográfico, mas também em projetos, construções civis, e cadastro urbano e rural. (ROSALEN, 1997).

Os levantamentos com Vant devem ser realizados após o planejamento de voo, por meio de bases cartográficas existentes da área, como o Google Earth. As faixas de voo devem ter sobreposição lateral de no mínimo 30 a 40 %, e sobreposição longitudinal de 60 a 80 %. A qualidade dos produtos cartográficos finais está diretamente ligada à taxa de sobreposição entres as faixas (HORUS AERONAVES, 2016, apud PEDREIRA, 2017).

Figura 2 – Vant Manvinci Sirius I

A correção do posicionamento das imagens, bem como a qualidade e a precisão dos dados produzidos pelo levantamento aéreo, são obtidas com a utilização de pontos de controle. Esses pontos podem ser alvos existentes ou colocados dentro da área a ser mapeada, tendo suas coordenadas rastreadas com o uso de aparelhos de precisão geodésica. (GALVÃO, 2017). O uso de receptores GNSS RTK é bastante eficaz nessa tarefa devido à alta qualidade posicional e agilidade na aquisição de dados. (PEDREIRA, 2017)

A fotogrametria com Vant proporciona maior produtividade, principalmente em áreas maiores. O número menor de colaboradores em campo e a rapidez da coleta de dados resultam em um custo menor se comparado com o levantamento convencional. Outra vantagem desse levantamento é a grande quantidade de dados gerados, permitindo um melhor detalhamento do terreno, com precisão na casa dos centímetros. (DRONENG)

O processamento dos levantamentos aerofotogramétricos permite atribuir uma coordenada Z a cada par conjugado de pixels da fotografia, e, por conseguinte, a geração do Modelo Digital de Elevação (MDE) e do Modelo Digital do Terreno (MDT). No MDT é desconsiderado a vegetação, as edificações e outros objetos sobre o terreno, sendo o ideal para utilização na engenharia. (PEDREIRA, 2017)

De acordo com Pedreira (2017), a qualidade dos modelos digitais de elevação é fundamental para a utilização na engenharia civil, pois as análises desses modelos disponibilizam dados importantes para serem usados em projetos, como a geração de curvas de nível, cálculo de volumes de corte e aterro, mapas de drenagem, entre outros.

5. ANÁLISE DE DADOS

Segundo Silva & Menezes (2011, apud GALVAO, 2017) por meio da pesquisa aplicada é possível produzir conhecimentos para aplicações práticas, e solucionar problemas específicos. Nessa pesquisa, objetivou-se avaliar o levantamento planialtimétrico com drone em projetos de terraplenagem. Pata tanto, o mesmo foi comparado com o levantamento planialtimétrico realizado com receptores GNSS RTK.

Figura 3 – Área de Estudo

Conforme proposto para esta pesquisa, foi realizado um levantamento planialtimétrico com os receptores GNSS RTK da marca Hi-Target, modelo V60. A área escolhida compreende um imóvel no município de Eunápolis – BA, possuindo áreas planas e áreas de relevo, sendo ideal para o objetivo proposto.

O método de posicionamento utilizado foi o RTK, que consiste na utilização de dois receptores, estação base e receptor móvel. A estação base foi materializada dentro do imóvel, e teve sua coordenada corrigida pelo Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) disponibilizado pelo IBGE. Por meio do receptor móvel foram levantados os pontos de altimetria com as coordenadas corrigidas em tempo real.

Para cumprir o objetivo desse trabalho foi utilizado o aerolevantamento realizado pela empresa Satellite Topografia na cidade de Eunápolis, com o Vant Mavinci Sirius I, câmera Panasonic Lumix DMC-GX1, altura de voo em 430 metros, área de voo com 20 km², sobreposição longitudinal 80% e sobreposição lateral 60%, onde foram necessárias 1323 fotos posicionadas com 93 pontes de controle, processadas no software Agisoft. A precisão (acurácia) planimétrica obtida foi de 2,79 cm em X e 2,92 cm em Y, e a precisão altimétrica foi de 9,76 cm.

Do aerolevantamento original, foi extraído o Modelo Digital de Elevação (MDE) da área de estudo dessa pesquisa. Para garantir a qualidade dos dados altimétricos, o Modelo Digital do Terreno (MDT) foi gerado primeiramente de forma automatizada, e em seguida foi refinada a classificação do terreno de forma manual.

Empregando o software Autocad Civil 3d foi gerado a malha triangular e as curvas de nível de ambos os levantamentos, para utilização no projeto de terraplenagem. Após a definição do traçado, foi desenhado o perfil longitudinal do terreno e definido o perfil do projeto. Em seguida foram geradas as seções transversais da via projetada. Primeiramente foi usado como base o levantamento com GNSS RTK e depois o levantamento com Vant, efetuando a comparação entre ambos conforme figuras a seguir.

Figura 4 – Curvas de nível (GNSS e VANT) e traçado horizontal

Figura 5 – Perfis do terreno (GNSS e VANT) e do projeto

Figura 6 – Seções transversais

Após o cálculo de volume de corte e aterro pelo método da semi-distância, utilizando as malhas das duas técnicas de levantamento, obtiveram-se as diferenças de volumes entre os levantamentos.

Tabela 1 – Diferença de volumes entre levantamentos

Fonte: (Própria, 2018)

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

O levantamento planialtimétrico com Vant apresentou uma diferença muito pequena em comparação com o levantamento realizado com GNSS RTK, quanto ao seu uso em projetos de terraplenagem. Essa discrepância é considerada normal, pois a nuvem de pontos gerada pelo aerolevantamento é mais densa detalhando melhor o terreno.

A utilização do levantamento planialtimétrico com Vant para projetos de terraplenagem pode ser seguramente utilizada desde que sejam observados os critérios necessários para essa técnica de levantamento.

Quanto maior as taxas de sobreposição longitudinal e lateral, melhor será a qualidade dos dados altímetros. Uma sobreposição de 80% e 60% respectivamente fornece uma boa qualidade. Da mesma forma, a utilização dos pontos de controle garante uma boa acurácia no levantamento, podendo ser utilizado de 10 a 15 pontos de controle.

Por ser uma tecnologia relativamente nova, os critérios para o levantamento planialtimétrico com Vant devem ser definidos conforme a experiência nos levantamentos, podendo variar de acordo com a área a ser levantada e o equipamento utilizado.

A classificação do Modelo Digital do Terreno (MDT) de modo que se tenha a garantia de está trabalhando com as altitudes do terreno, já eliminadas as altitudes de edificações, vegetação, veículos e outras superfícies, é um dos desafios dessa técnica de levantamento. Esse desafio pode ser mais bem superado se utilizado equipamentos específicos para a classificação manual do MDE, como óculos e monitores 3D.

Mediante isso, em áreas de floresta densa, ondo o solo não fica visível em boa parte da imagem, torna inviável a utilização de levantamento planialtimétrico com Vant. Nesse caso, a técnica de levantamento tradicional realizada com estação total é a mais adequada.

Observados cuidadosamente esses critérios, torna possível o levantamento planialtimétrico com VANT, sendo mais uma ferramenta para aplicação em projetos de terraplenagem.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANAC. Agência Nacional de Aviação Civil. Regulamento Brasileiro da Aviação Civil Especial. 2017. Disponível em: <http://www.anac.gov.br/assuntos/legislacao/legislacao-1/rbha-e-rbac/rbac/rbac-e-94-emd-00/@@display-file/arquivo_norma/RBACE94EMD00.pdf> Acesso em: 09 jun. 2018.

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JÚNIOR, José Machado Coelho. NETO, Fernando Cartaxo Rolim. ANDRADE, Júlio da Silva Correia Oliveira Andrade. Topografia Geral. Recife: EDUFRPE, 2014.

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ROSALEN, David Luciano. Estudo de processo de captação de imagens aplicado à fotogrametria digital. São Carlos: EESC, 1997.

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VEIGA, Luis Augusto Koenig. ZANETTI, Maria Aparecida Zehnpfennig. FAGGION, Luis Faggion. Fundamentos de Topografia. Curitiba: Engenharia Cartográfica e de Agrimensura Federal do Paraná, 2012.

^[1] Graduado em Análise e Desenvolvimento de Sistemas pelo Instituto Federal da Bahia (IFBA); técnico em Agrimensura pela Escola Média de Agropecuária Regional da Ceplac (Emarc); pós-graduando em Engenharia Rodoviária pela Escola de Engenharia de Agrimensura.

^[2] Doutorado em Ciências Geodésicas pela Universidade Federal do Paraná (UFPR). Mestrado em Ciências Geodésicas pela Universidade Federal do Paraná (UFPR). Graduação em Engenharia de Agrimensura pela Faculdade de Engenharia de Minas Gerais (FEAMIG).

Enviado: Agosto, 2018

Aprovado: Outubro, 2018