Inspeção de estruturas

Convencionalmente, o monitoramento e inspeção de estruturas são realizados por meio de investigação visual, o que oferece certas limitações de acesso aos técnicos responsáveis, especialmente em caso de estruturas como barragens, pontes, igrejas, e até mesmo em prédios com muitos andares, no qual são necessários equipamentos de elevação para realizar o serviço. Dessa forma, o uso de VANTs para a realização deste tipo de inspeção se mostra promissor, já que elimina a necessidade de equipamentos de elevação e operadores especializados, além de garantir o aumento da segurança durante o processo de inspeção e realizar a atividade de maneira mais eficiente e econômica (ESCHMANN et al., 2012; MORGENTHAL; HALLERMANN, 2014).

Eschmann et al. (2012) propõe em seu trabalho a utilização de VANTs de asa rotativa para escanear as fachadas de prédios, por meio de uma câmera digital de alta resolução. Para tal, o método utilizado foi dividido em dois processos. No primeiro processo, realiza-se a aquisição de dados, no qual um conjunto de fotos é capturado a fim de garantir o recobrimento de toda a fachada do prédio. Para a aquisição dos dados, foram testados dois tipos de voos para capturas das imagens, um vertical e outro horizontal, apresentado na Figura 6.

Já no segundo processo, é realizado o processamento digital das imagens, em que as fotos obtidas são unidas e montadas de forma a se obter uma completa visualização 2D da fachada, com uma resolução que permite que danos e rachaduras sejam observados em precisão de milímetros. Nesta etapa, optou-se apenas pelas imagens capturas na opção de voo 1 (horizontal), visto que as a opção de voo 2

aumentou os efeitos negativos induzido por lentes durante a costura dos pontos. De acordo com testes realizados, os resultados obtidos mostraram que a utilização de VANTs associados a câmeras de alta resolução geram uma base de dados importante para inspeção visual de prédios, mesmo sendo identificados alguns problemas com a estabilização do drone durante o voo (ESCHMANN et al., 2012)

Figura 6: Esquema de mapeamento de fachada horizontal e vertical

Fonte: Eschmann et al. (2012)

O estudo desenvolvido por Torok, Golparvar-Fard e Kochersberger (2014) propõe um sistema 3D baseado no processamento de imagens coleta por veículos não tripulados (aéreo e terrestre) associado a um algoritmo de detecção de fissuras 3D. Com base nos resultados os requeridos autores argumentam que o algoritmo de detecção de fissuras 3D realizou a identificação de rachaduras com sucesso, reconstruindo perfis 3D e a medição das características geométricas dos elementos danificados.

Outra importante utilização do VANT na engenharia civil voltada para inspeção é o monitoramento e manutenção de grandes estruturas, como é o caso das pontes. Estudos destacam o uso do VANT para inspeção de pontes, por meio de dispositivos visuais acoplados, trazendo vantagens em comparação a métodos tradicionais, como por exemplo, a redução do risco de acidentes, pois a inspeção é realizada em menor tempo e exige uma logística mais simples; o tráfego ao longo da ponte não precisa ser bloqueado, além da possibilidade de utilizar técnicas não destrutivas para a detecção de danos (METNI; HAMEL, 2007; KHAN et al., 2015; GILLINS; GILLINS; PARRISH, 2016)

Methi e Hamel (2007) realizaram um experimento para avaliar a viabilidade da aplicação proposta no viaduto Saint Cloud em Paris, França. Durante o experimento, uma sequência de vídeos foi obtida através da câmera a bordo, e uma série de fotos,

posteriormente extraídas desses vídeos foi mostrada para especialistas nesse tipo de inspeção para que pudessem ser avaliadas. A análise das imagens mostrou o grande potencial do uso de VANTs para a realização de tarefas deste tipo, uma vez que, após um tratamento adicional e devido à boa resolução das fotos, foi possível a identificação de rachaduras de até 0,1mm (METNI; HAMEL, 2007).

O VANT pode ser utilizado remotamente para produzir imagens em close up de alta resolução de vários ângulos de visão. Tais recursos de imagens fornecem resolução comparáveis ao que pode ser observado visualmente por um inspetor a uma distância de comprimento de um braço (GILLINS; GILLINS; PARRISH, 2016). Dentre as dificuldades no uso do VANT para inspeção de pontes, destacaram-se a interferência no GPS do VANT provocado pela proximidade com a ponte, o que não permitiu a realização de voo programado, com pontos pré-definidos; e a falta de aumento de zoom no momento da captura da imagem (GILLINS; GILLINS; PARRISH, 2016).

Kumar et al. (2013) realizou o mapeamento de uma torre na Índia com 300 metros de altura, em que a estrutura foi examinada de diferentes ângulos. Para tal, optou-se por um voo circular e vertical, durante o voo era realizado filmagem em formato HD, o piloto registrava imagens quando visualizado danos na estrutura. Através dos ativos visuais foi possível visualizar rachaduras, danos estruturais internos, exposição da armadura de aço e ferrugem entre outras manifestações patológicas.

Khan et al. (2015) analisaram a viabilidade de realizar inspeção em tabuleiros de pontes concreto armado, bem como pontes de pequeno porte, através de um sistema de varredura multiespectral automatizado acoplado ao VANT. Esse sistema permite a análise das condições do pavimento, tais como, fendas superficiais e o desplacamento do concreto. Tal sistema, além de facilitar as avaliações periódicas em ponte, não impede o tráfego de veículos, e possibilitam registrar pontos específicos.

O estudo desenvolvido por Ellenberg et al. (2015) buscou implementar o uso de VANT em aplicações práticas de monitoramento de integridade estrutural de pontes (Structural Health Monitoring - SHT). O uso do VANT apresentou resultados promissores na detecção de defeitos e danos de forma automatizada considerando a variação da distância, com erros que podem levar a uma avaliação muito mais quantitativa quando comparado ao método de inspeção visual tradicional (ELLENBERG et al., 2015).

Roca et al. (2013) propuseram o uso de uma plataforma VANT para inspeção de edificações, dentre as razões para escolha da plataforma estão a aquisição de dados de áreas inatingíveis, tais quais cobertura e telhado. Neste estudo, optou-se por acoplar um sensor Kinect para coleta de dados geométricos para a geração de modelos 3D. As limitações encontradas nos modelos estão associadas às características do sensor, no qual, as medições realizadas com o Kinect são altamente influenciadas pelas condições dos materiais e de iluminação, não sendo capaz de medir informações de profundidade de objetos altamente reflexivos ou em condições de alta luminosidade, provocando distorções no modelo. Todavia, o modelo 3D final apresenta parâmetros de qualidade que o tornam potencialmente úteis para as mesmas aplicações que o modelo 3D gerado a partir dos dados adquiridos com um laser scanner (ROCA et al., 2013).

Melianov, Bulgakow e Sayfeddine (2014) apresentam a utilização de modelos 3D como ferramenta de inspeção. Para os autores, o uso de VANT automatiza o processo de inspeção, aumenta o alcance de coleta de dados, além de operar em locais de difícil acesso. Dentre as desvantagens, os autores destacaram a instabilidade dos quadricoptero, que além dos riscos de segurança pode comprometer a qualidade dos ativos coletados, e a autonomia da bateria como um limitante para alcançar altas altitudes (EMELIANOV; BULGAKOW; SAYFEDDINE, 2014).