LIDAR

A tecnologia de perfilamento a laser, comumente conhecida como LiDAR (Light Detection And Ranging), utilizada para fins de levantamento, consiste no mapeamento tridimensional da superfície terrestre através do uso de um sensor laser acoplado numa plataforma.

No presente trabalho, o foco do levantamento LiDAR foi a abordagem área, contudo, a tecnologia LiDAR pode ser utilizada em outros veículos.

O LiDAR ainda não é uma realidade brasileira para realização de estudos de inundação, apenas algumas instituições têm acesso a esta ferramenta e

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poucos trabalhos nacionais foram desenvolvidos utilizando o levantamento proveniente do perfilamento laser.

O princípio de funcionamento do sistema está baseado na emissão de pulsos laser em direção à superfície, os quais, após encontrarem algum obstáculo, retornam ao sensor (HAINOSZ, 2012).

É considerado o intervalo de tempo entre a emissão e retorno de cada pulso para determinar a distância entre o sensor até o objeto (WEHR & LOHR, 1999). Por tratar-se de um equipamento que realiza as medições em movimento, são integrados a ele um sistema de posicionamento global por satélites (GNSS) e o INS (Inertial Navigation System) que determina os ângulos de atitude da aeronave, possibilitando, assim, o cálculo da distância entre o sensor e o alvo situado no terreno.

O pulso laser tem a característica de divergir à medida que se propaga no meio; por esta razão, quando o mesmo é projetado no terreno, representa uma determinada área, que varia conforme a altura de voo e o valor de divergência do feixe. A divergência do pulso laser propicia que o feixe emitido encontre mais de um obstáculo durante o seu percurso, como exemplificado na Figura 17, de maneira que podem ser obtidos múltiplos retornos para um único pulso emitido. Os equipamentos de varredura a laser mais atuais têm a capacidade de identificar esses múltiplos retornos, como ilustrado na Figura 17.

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Figura 17 – Múltiplos retornos do pulso laser. Fonte: HAINOSZ, 2012.

A densidade de pontos resultante do perfilamento aéreo a laser depende do equipamento utilizado e das características do aerolevantamento. Os sensores laser tem a capacidade de obter informações não apenas sobre a geometria dos objetos, mas também as sobre as características de refletância da superfície terrestre

Posteriormente ao perfilamento aéreo a laser, geralmente é aplicado um método DGNSS (Differential Global Navigation Satellite System), pós- processado, visando à correção diferencial das posições da aeronave durante o aerolevantamento. Dessa forma, a exatidão das determinações no espaço obtidas pelo sistema pode variar entre 5 e 30 cm (MOSTAFA & HUTTON, 2001).

Como principal produto do LiDAR é a nuvem de pontos, o modelo digital de superfície e, posteriormente, com ferramentas de classificações podem ser gerados modelos digitais de terreno de alta resolução (High Resolution). A seguir na Figura 18 é ilustrado uma classificação de vegetação e de solo a partir da nuvem de pontos de um levantamento LiDAR.

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Figura 18 _{– Nuvem de pontos classificada como vegetação e solo. Fonte: LACTEC, 2015.}

O uso da tecnologia LiDAR vem se tornando cada vez mais frequente no campo de aplicações da engenharia, tendo em vista a grande quantidade de informações geradas pelo sensor, a elevada precisão e a velocidade da aquisição. Uma das aplicações está relacionada com a obtenção de informações altimétricas de alta precisão, bem como informações quantitativas e qualitativas que auxiliam na detecção de elementos presentes na área de interesse.

O varrimento aéreo por laser, é uma fonte de dados importante para a modelação hidráulica de inundações, porque permite caracterizar a topografia das zonas inundáveis e da secção transversal das linhas de água com elevada resolução espacial (FERNANDEZ, MOURATO, & MOREIRA, 2013).

Alguns autores estão utilizando os produtos do LiDAR para estimar o coeficiente de rugosidade, utilizando a nuvem de pontos gerados, alguns autores têm realizado pesquisas sobre o tema como: Straatsma e Baptist (2008), Casas et al., (2010), Houllaus e Höfle (2010).

Os levantamentos a laser vêm se tornando quase que obrigatórios em estudos de mapeamento de área inundáveis. Claro que a grande quantidade de informação gerada pelo levantamento ajuda o modelador, principalmente, quando as informações topográficas são comumente as mais escassas nos trabalhos de modelagem hidrodinâmica.

Em contrapartida os modeladores precisam entender, que como os demais modelos digitais de elevação, os modelos oriundos do levantamento a laser também são resultados de uma interpolação de pontos. No momento de classificação, ao se separar o que é vegetação do que é propriamente solo, se essa selecionando os pontos que devem ser usados para a interpolação e geração do MDE, portanto em algumas áreas de vegetação densa, o número de pontos de solo será menor, ou seja, baixa taxa de penetração e, portanto, a

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precisão do modelo poderá ser menor nesta área. (ZANDONÁ, 2005; SCHIMALESKY & CENTENO, 2008 e PACHECO, et al., 2011).

A tecnologia LiDAR é muito utilizada nos países do hemisfério norte, onde as condições de vegetação são distintas das encontradas no Brasil. Na maioria das vezes se encontra vegetações mais densas em países de clima tropical, onde a há vegetação é mais densa, há maior interceptação que diminui a penetração do laser. Segundo Pacheco et al. (2011) isto ocorre na maioria das vezes onde a vegetação é mais densa onde há uma combinação de vegetação rasteira com uma cobertura vegetal das copas das árvores.

Consequentemente, os modeladores ao utilizarem modelos numéricos de terreno oriundos do levantamento LiDAR, devem ter em mente que provavelmente há incertezas maiores nas regiões que são cobertas por vegetação. Especialmente no Brasil, onde há leis que obrigam a manutenção da preservação da vegetação adjacentes aos cursos d’águas, ou seja, a manutenção de uma área de proteção permanente, instituída pelo código florestal (Lei nº 12651 de 25 de maio de 2012).

Portanto, no Brasil, somando a provável perda de penetração do laser mais a vegetação ripária encontrada nas regiões adjacentes aos cursos d’água, o modelador precisa estar atento a diminuição da precisão dos modelos numéricos de terreno oriundos do LiDAR, exatamente nas áreas onde se estabelece o transbordamento ou não da calha do rio.