Erros no LST

Como apontado por Reshetyuk (2006) a investigação das fontes de erros no LST é bastante complicada, visto que muitos são os fatores que influenciam neste

estudo: acurácia, precisão, resolução, variação de designs dos instrumentos,

operação em diferentes comprimentos de onda, utilização de deflectores de pulsos (espelhos ou prismas) distintos e diferentes metodologias de levantamento. Em função desses aspectos, o autor adota uma classificação baseada parcialmente em Staiger (2005), dividindo os erros no LST em 4 tipos:

1) Instrumentais;

2) Relacionados aos objetos; 3) Ambientais; e

4) Metodológicos.

2.2.4.1 Erros Instrumentais

Os erros instrumentais são aqueles atribuídos ao design e especificações técnicas do LST. Eles podem exercer influencia aleatória ou sistemática nos levantamentos laser, sendo assim seu conhecimento essencial para a utilização do LST (SANTIBAÑEZ, 2010).

Segundo Hebert e Krotkov (1992, citado por Reshetyuk, 2006) esses erros podem ser divididos em duas classes, fundamentais e específicos. Os erros fundamentais são aqueles referentes à física do distanciômetro laser e do deflector de pulsos, e são devidos às limitações do sistema, não podendo ser minimizados ou removidos. Na outra classe, os erros específicos dos componentes do scanner, incluindo erros do distanciômetro laser (a), do deflector de pulsos (b) e dos eixos (c). Estes erros podem ser minimizados ou removidos por processo de calibração para a componente linear, e verificados e retificados para a componente angular.

a) Erros do distanciômetro laser

Os erros que podem afetar os distanciômetros podem ser divididos em aleatórios e sistemáticos.

Os erros aleatórios determinam a precisão da medida da distância (σr) feita pelo distanciômetro, que pode ser descrita pela Equação 6 (RESHETYUK, 2006):

(6)

Onde c representa a velocidade da luz, B a largura da faixa do canal receptor, SNR a

proporção de sinal ruído da detecção do pulso e n o número de medições

independentes utilizados no cálculo da distância.

Como apontado por Reshetyuk (2006), e também pode ser observado na Equação 6, a precisão da medida da distância é influenciada pelo SNR, que é ligado diretamente a fatores como a força do pulso recebido (que determina a confiabilidade da distância medida) e às características do receptor de pulsos. O autor comenta que, além do SNR, a precisão da medição da distância também é influenciada por outros fatores como o tempo de ascensão do pulso, largura do pulso, sensibilidade do detector de contagem de tempo, número de mensurações independentes de pulsos e a reflexão que ocorre no feixe recebido, resultante da reflexão causada pela proteção de vidro da janela de escaneamento.

Os erros sistemáticos que afetam a acurácia na medida da distância são: não linearidade do distanciômetro laser, erro do discriminador de tempo, mudanças de temperatura nos instrumentos de mensuração de tempo, discrepância entre as posições zero eletrônica e mecânica no scanner, erro de escala na medida de distância e mistura de pulsos, que provocam deslocamentos nas distâncias medidas nas bordas de objetos. Estes erros sistemáticos são os mesmos dos distanciômetros eletrônicos citados por Faggion (2001).

b) Erros do deflector de pulsos

Estes erros influenciam na acurácia e precisão das medidas angulares dos scanners. Segundo Reshetyuk (2006), alguns dos erros comuns a todos os tipos de deflectores são:

 A qualidade dos sensores de posição angular que limitam a acurácia angular de um laser scanner;

 Erro de zero (correspondente ao erro de índice vertical de uma estação total);

 Erro de escala.

O autor apresenta uma descrição completa desses erros e também dos erros distintos de cada tipo de deflector.

(c) Erros dos eixos

Conforme visto em Santibañez (2010), o laser scanner é composto de três diferentes eixos, que são os mesmos utilizados na construção de teodolitos e estações totais:

1) Eixo vertical (principal): nos scanners panorâmicos esse é o eixo de rotação da cabeça do scanner, que se situa no plano de escaneamento vertical. Para os scanners câmera esse é o eixo ortogonal aos eixos dos espelhos oscilantes; 2) Eixo de colimação (linha de visada): o eixo passante pelo centro do espelho

escaneador e pelo centro do ponto laser no objeto. Grosseiramente, este eixo coincide com o feixe laser;

3) Eixo secundário (horizontal): eixo de rotação do espelho escaneador.

Reshetyuk (2006) aponta os seguintes erros devidos às tolerâncias de fabricação que causam o alinhamento imperfeito dos eixos que compõe o laser scanner:

 Erro de colimação (c): o ângulo entre o eixo de colimação e a normal ao eixo

horizontal, medido no plano que contém os eixos horizontal e de colimação;

 Erro do eixo horizontal (i): o ângulo entre o eixo horizontal e a normal ao eixo

vertical, medido no plano que contém os eixos horizontal e vertical.

FIGURA 17 – EIXOS MECÂNICOS DE UM LST E SEUS ERROS

FONTE: Adaptado de (RESHETYUK, 2006)

2.2.4.2 Erros Relacionados aos Objetos

Estes erros estão relacionados com os objetos que são escaneados. Dentre os efeitos que influenciam os escaneamentos podem ser citados: refletância, tamanho, curvatura e orientação dos objetos. Segundo Santibañez (2006) o principal destes efeitos é a refletância, que é diretamente ligada a diversos fatores:

 Propriedades materiais do objeto;

 Cor da superfície;

 Comprimento de onda do laser;

 Ângulo de incidência do feixe laser;

 Rugosidade da superfície;

 Temperatura da superfície; e

2.2.4.3 Erros Ambientais

Os efeitos ambientais também contribuem para os erros de mensuração, introduzindo variáveis de difícil controle. Dentre esses principais fatores Reshetyuk (2006) cita:

 Propagação do feixe laser na atmosfera, que causa distorções no formato do

pulso que retorna ao sensor e redução na sua intensidade;

 Erros causados pela influência das condições atmosféricas;

 Influência de condições meteorológicas adversas;

 Interferência de radiação de fontes de iluminação externas; e

 Erros causados pela instabilidade do scanner.

2.2.4.4 Erros Metodológicos

Estes erros são relacionados às metodologias de levantamento escolhidas. Algumas das fontes desses erros são: a resolução do scanner, distância até o objeto, e o método de georreferenciamento aplicado.