UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA ANGELO ANTONIO REBELO
MÉTODOS DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO:
COMPARATIVO DE PRECISÃO ENTRE ESTAÇÃO TOTAL E DRONE
Palhoça 2019
ANGELO ANTONIO REBELO
MÉTODOS DE LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO:
COMPARATIVO DE PRECISÃO ENTRE ESTAÇÃO TOTAL E DRONE
Projeto de Pesquisa apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Universidade do Sul de Santa Catarina, como requisito para Trabalho de Conclusão de Curso.
Orientador: Prof. Gabriel Oscar Cremona, Dr. Eng.
Palhoça 2019
Dedico este trabalho à minha esposa, meus pais à minha sogra e sogro (in memorian) e a todos os que tiveram participação direta ou indiretamente nesta importante etapa da minha vida.
AGRADECIMENTOS
A Deus seja a glória, o louvor para sempre! A Ele agradeço pelo ar que respiro, pelo cuidado e proteção e por estar ao meu lado em todos os momentos tornando esse sonho possível. A minha amada esposa, obrigado por estar ao meu lado torcendo e motivando a alcançar mais este objetivo. Aos meus pais que me apoiaram sempre. Ao meu já saudoso sogro pela motivação e minha sogra que pelo carinho. Ao nobre Professor e orientador, que repartiu comigo sua experiência e sabedoria com dedicação plena e sem reservas, sem você este trabalho não teria o valor que teve! Aos amigos de fé, bem como aos colegas acadêmicos, que de uma forma ou outra trocamos experiências, obrigado! A todos os que sonharam comigo, obrigado! Essa vitória é nossa!
LISTA DE FGURAS
Figura 1 - Exemplo de Exatidão (exatidão) e Precisão ... 20
Figura 2 - Poligonal Fechada ... 25
Figura 3 - Poligonal Enquadrada ... 25
Figura 4 - Poligonal Aberta ... 26
Figura 5 - Irradiação ... 26
Figura 6 - Deflexão ... 27
Figura 7 - Interseção à Ré ... 28
Figura 8 - Interseção à Ré por 3 pontos ... 28
Figura 9 - Resseção geométrica e o triângulo recíproco ... 29
Figura 10 - Pontos de Apoio (controle e check points) ... 32
Figura 11 - Posicionamento em tempo real ... 35
Figura 12 - Posicionamento em tempo real ... 36
Figura 13 - Esquema do cálculo do GSD ... 39
Figura 14 - Plano de voo e sobreposição de imagens ... 39
Figura 15 - Localização da área em estudo ... 42
Figura 16 - Pino de aço (ponto de apoio) ... 42
Figura 17 - Ponto de Controle (Pino de aço cravado no asfalto) ... 42
Figura 18 - Marco de concreto na imagem (Check Point) ... 43
Figura 19 - Pintura no Asfalto (Check Point) ... 43
Figura 20 - Pintura em Caixa de Passagem (Check Point) ... 44
Figura 21 GPS Magellan – Promark 3... 44
Figura 22 - Parcial do Memorial da Base Geodésica da UFSC... 46
Figura 23 - Parcial da página para download dos dados corrigidos RBMC. ... 46
Figura 24 - Parcial do Relatório de Processamento das Coordenadas UTM no GNSS-Solution. ... 47
Figura 25 - Diferença obtida nas medições nos Sistemas UTM, RTM e LTM ... 48
Figura 26 - Demarcação dos alinhamentos para cadastro do relevo ... 49
Figura 27 - Demarcação dos alinhamentos para cadastro do relevo ... 50
Figura 28 - Bastões com tripés sobre os pontos TCC1 e TCC6 ... 51
Figura 29 - Display da Estação Total com o Desvio Padrão da Resseção ... 51
Figura 30 - Display da Estação Total com a coordenada gerada na Resseção ... 51
Figura 32 - Triangulação da superfície gerada no GeoOffice ... 53
Figura 33 - Curvas de nível geradas no GeoOffice ... 53
Figura 34 - Curvas de nível importadas para o AutoCad 2007 ... 54
Figura 35 e 36 - Pontos topográficos do Lev. Convencional sobre o ortomosaico e detalhe ampliado do ponto topográfico. ... 54
Figura 37 - Cálculo da altura de voo informando o GSD desejado ... 55
Figura 38 - Delimitação da área das Missões 1 e 2 ... 56
Figura 39 - Configurações dos parâmetros da Missão 1 ... 57
Figura 40 - Configurações dos parâmetros da Missão 2 ... 57
Figura 41 - Alvo (Chapa de ACM adesivadas posicionada sobre o ponto de controle). 58 Figura 42 - Chapa e pinturas sobre os pontos de apoio ... 58
Figura 43 - Consulta do nascer e pôr-do-sol conforme o local de estudo ... 59
Figura 44 - Consulta ao horário do nascer e pôr-do-sol para o dia das missões de voo . 59 Figura 45 - Cálculo da janela de voo (intervalo total de 6 horas) ... 60
Figura 46 - Ilustrativo janela de voo ... 60
Figura 47 - Parcial das imagens capturadas pelo drone... 62
Figura 48 - Diferença entre os sistemas de coordenadas e a precisão posicional ... 63
Figura 49 - Coordenadas das imagens transformadas para UTM ... 64
Figura 50 - Estimativa da qualidade das imagens ... 65
Figura 51 - Parâmetros para o alinhamento das imagens ... 65
Figura 52 - Ajuste das imagens aos pontos de controle ... 66
Figura 53 - Imagem ajustada aos pontos de controle ... 67
Figura 54 - Seleção gradual (10% o erro de reprojeção) ... 68
Figura 55 - Seleção Gradual (10% de erro de reconstrução) ... 68
Figura 56 - Seleção Gradual (3% de erro de precisão da projeção) ... 69
Figura 57 - Otimização do alinhamento das imagens... 69
Figura 58 - Indicativo dos deslocamentos dos pontos de controle ... 71
Figura 59 - Precisão do processamento dos pontos de controle e dos Check points ... 71
Figura 60 - Nuvem de pontos antes da densificação (275.308,00 pontos) ... 72
Figura 61 - Nuvem de pontos após a densificação (3.583.334,00 pontos) ... 73
Figura 62 Perfil de elevação obtido no Google Earth Pro ... 74
Figura 63 - Classificação automática da nuvem de pontos ... 75
Figura 64 - Classificação manual da nuvem de pontos ... 76
Figura 66 - Modelo Digital de Terreno (MDT) ... 77
Figura 67 - Texturização do MDS ... 77
Figura 68 Modelo Digital de Elevação (DEM) a partir do MDS – Cores Hipsométricas ... 78
Figura 69 - Ortomosaico Verdadeiro ou Real ... 78
Figura 70 - Modelo Digital de Elevação (DEM) a partir do MDT – Cores Hipsométricas ... 79
Figura 71 - Curvas de nível – intervalo de 10cm ... 79
Figura 72 - Ortomosaico Convencional a partir do MDT ... 80
Figura 73 - Marco de concreto na ortofoto ... 81
Figura 74 - Centro geométrico do marco de concreto – zoom de 28,7 vezes ... 81
Figura 75 - Shape unindo os Check Points ... 82
Figura 76 - Detalhe ampliado do Shape passando pelo centro do Check Point ... 82
Figura 77 - Cálculo comparativo das diferenças de coordenadas entre os métodos utilizados ... 84
Figura 78 - Resumo estatístico para coord. horizontais obtidas em campo ... 86
LISTA DE SIGLAS
DECEA – (Departamento de Controle do espaço Aéreo); DGPS – (Diferencial Global Position Sistem);
EMBRAPA - (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento);
GNSS – (Global Navigation Satellite System); GPS - (Global Position System);
GSD – (Ground Sample Distance);
IBGE – (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística); LTM - (Local Transversa de Mercator);
MDS – (Modelo Digital de Superfície); MDT – (Modelo Digital do Terreno); RTK - (Real Time Kinematic);
RTM - (Regional Transversa de Mercator);
SISANT – (Sistema de Aeronaves Não Tripuladas); UTM - (Universal Transversa de Mercator);
VANT – (Veículo Aéreo não Tripulado); IC – (Índice de Confiança).
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 14 1.1 OBJETIVO GERAL ... 16 1.1.1 Objetivos Específicos... 16 2 REFERENCIAL TEÓRICO ... 17 2.1 TOPOGRAFIA ... 17
2.2 TEORIA DOS ERROS ... 17
2.2.1 Definições ... 17
2.2.1.1 Erros e incertezas ... 17
2.2.1.2 Medição ... 18
2.2.1.3 Resultado de uma medição ... 18
2.2.2 Tipos de Erros... 19
2.2.3 Causa dos Erros ... 19
2.3 PRECISÃO E ACURÁCIA (EXATIDÃO) ... 20
2.3.1 Precisão Nominal (PN) ... 21
2.3.2 Média, Desvio Padrão e Desvio Padrão da Média... 21
2.3.3 Propagação dos Erros ... 22
2.4 TIPOS DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS ... 23
2.4.1 Levantamento Topográfico Expedito ... 24
2.4.2 Levantamento Topográfico Planimétrico ... 24
2.4.3 Levantamento Topográfico Altimétrico ... 24
2.4.4 Levantamento Topográfico Planialtimétrico ... 24
2.4.5 Levantamento Topográfico de detalhes ... 25
2.5 METODOS DE LEVANTAMENTO ... 26
2.5.1 Método por irradiação ... 26
2.5.2 Método por deflexão... 27
2.5.3 Método por interseção à ré (resseção) ... 27
2.5.4 Interseção à ré por dois ou mais pontos ... 29
2.5.5 Procedimentos para Estação Livre (Interseção à ré) ... 30
2.6 PONTOS DE APOIO PARA OS LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS ... 31
2.6.1 Ponto de Apoio Geodésico ... 31
2.6.2 Ponto de Apoio Topográfico ... 31
2.7 MAPA OU CARTA, PLANTA TOPOGRÁFICA E CROQUI ... 32
2.7.1 Mapa ... 32
2.7.2 Planta ou carta topográfica ... 33
2.7.3 Croqui ... 33
2.8 GEODÉSIA ... 33
2.9 GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM) ... 33
2.9.1 GPS (Global position System) ... 34
2.9.2 Georreferenciamento Estático ... 35
2.9.3 Geoprocessamento ... 36
2.9.4 Fotogrametria e fotointerpretação ... 37
2.10 LEVANTAMENTO COM DRONE ... 37
2.11 VANTAGENS ... 37
2.12 DESVANTAGENS ... 38
2.13 PLANEJAMENTO DA MISSÃO ... 38
2.13.1.1GSD e Sobreposição ... 38
3 MATERIAIS E MÉTODO ... 40
3.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ... 40
3.2 PREPARAÇÃO E LOGISTICA PARA OS LEVANTAMENTOS ... 41
3.2.1 Local da área de estudo e preparação para o levantamento ... 41
3.3 OBTENÇÃO DAS COORDENADAS DE APOIO ... 44
3.3.1.1 Rastreio dos pontos de controle ... 44
3.3.1.2 Confecção dos croquis e descarregamento dos dados rastreados ... 45
3.3.1.3 Processamento dos das coordenadas rastreadas ... 45
3.4 ESCOLHA DO SISTEMA DE COORDENADAS (UTM, LTM OU RTM) ... 47
4 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO CONVENCIONAL ... 49
4.1 TRABALHOS DE CAMPO ... 49
4.1.1 Preparação para medir o relevo ... 49
4.1.2 Levantamento Topográfico por Interseção à Ré (Recessão) ... 50
4.1.2.1 Determinação das coordenadas da Estação ... 50
4.1.2.2 Levantamento por Coleta de dados ... 52
4.1.2.3 Processamento e importação dos dados coletados ... 52
4.1.2.4 Edição gráfica do Levantamento Convencional ... 54
5 LEVANTAMENTO AEROFOTOGRAMÉTRICO COM DRONE ... 55
5.1.1 Escolha do GSD ... 55
5.1.2 Plano de voo (missão) ... 55
5.1.3 Pontos de Apoio ... 58
5.1.4 Janela de Voo ... 59
5.1.5 Solicitação de autorização de Voo... 60
5.2 PROCEDIMENTO EM CAMPO E EXECUÇÃO DO VOO ... 61
5.2.1 Preparação dos pontos de apoio ... 61
5.2.2 Preparação de pré-voo e voo com o Drone ... 61
5.3 PROCESSAMENTO DAS IMAGENS AÉREAS ... 62
5.3.1 Descarregamento dos dados ... 62
5.3.2 Configuração e transformação do Sistema de Coordenadas ... 62
5.3.3 Edição e avaliação das imagens... 64
5.3.4 Configuração de parâmetros, 1º Alinhamento das imagens e Pontaria dos pontos de apoio ... 65
5.3.5 2º Alinhamento das imagens... 67
5.3.6 Otimização das imagens... 67
5.3.7 Análise da acurácia do projeto ... 70
5.3.8 Densificação da nuvem de pontos ... 71
5.3.9 Classificação dos pontos da nuvem de pontos ... 73
5.3.9.1 Classificação Automática ... 73
5.3.9.2 Classificação Manual... 75
5.3.10 Texturização do Modelo Tridimensional ... 77
5.3.10.1Texturização do MDS e Construção do Modelo Digital de Elevação (DEM) .. 77
5.3.10.2Construção do Modelo Digital de Elevação (DEM) do MDT. ... 78
5.3.11 Geração do Ortomosaico Convencional ... 80
5.4 OBTENÇÃO DAS INFORMAÇÕES DE MEDIDAS E COORDENADAS ... 80
5.4.1 Identificação dos Check Points no ortomosaico ... 80
5.4.2 Geração do Shape com pontaria nos Check points ... 82
5.4.3 Obtenção das coordenadas dos Check points ... 83
6 ANÁLISE DA ACURÁCIA HORZIONTAL E VERTICAL DO LEVANTAMENTO COM O DRONE EM RELAÇÃO AO TRADICIONAL ... 85
6.1 AVALIAÇÃO ESTATÍSTICA ... 85
6.1.1 Generalidades ... 85
6.1.3 Análise estatística das coordenadas verticais ... 87
7 CONCLUSÃO ... 90
8 BIBLIOGRAFIA ... 92
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1 INTRODUÇÃO
A velocidade em que novas descobertas e invenções tecnológicas se apresentam cotidianamente já não causam mais espanto na sociedade. Elas vão permeando o dia-a-dia, nas ferramentas de trabalho, no transporte, na geração de energia, no vestuário e alimentos. Nesse sentido, uma das tecnologias mais recentes é a utilização dos VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado), seja tanto na sua modalidade de asas fixas ou de multirotores, por exemplo os Drones. Eles têm sido utilizados tanto para o lazer, trabalho e segurança. As forças armadas, como Marinha, Exército ou Aeronáutica, o utilizam para vigilância, missões de reconhecimento e incursões de ataque. A polícia, por sua vez, utiliza para vigilância e controle do tráfego rodoviário flagrando, neste caso, excessos de velocidade, acidentes ou ainda fuga de infratores. Na engenharia é utilizado para o levantamento de dados, monitoramento e controle de obras e até para análise de patologias em infraestruturas. Na agricultura, segundo o pesquisador Lúcio André de Castro Jorge (2015), a EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento), tem utilizado drones e desenvolvido softwares específicos para avaliar a qualidade do plantio, acompanhar o desenvolvimento da cultura, mapear deficiência de nitrogênio na cultura, estimar safra, detectar e mapear algumas doenças e pragas, além de estimar estresse hídrico.
OTAKE (2017), afirma que na agricultura o monitoramento de áreas pelo levantamento topográfico convencional bem como a aerofotogrametria com aeronaves embarcadas; ambos métodos caros, vem sendo substituídos paulatinamente pelos levantamentos com Drones, o que torna o trabalho mais econômico, rápido, simples, menos burocrático e acessível.
O drone de asa fixa, tem sido usado para grandes extensões de terra.
O “formato” de um VANT diz muito sobre a sua autonomia, ou seja, o tempo máximo que a bateria da aeronave dura enquanto realiza uma operação. Quanto maior for a economia de bateria, mais tempo o VANT consegue permanecer no ar – o que é ótimo quando precisamos mapear grandes áreas. (HORUS AERONAVES, 2017, p.1).
Freitas (2018) ressalta que o crescimento populacional e a conurbação das cidades fazem com que os limites dos municípios sejam dificilmente identificados. Este fato tem mostrado a necessidade de constante atualização do cadastro urbano. O controle
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do uso adequado do solo e o cadastro de novas comunidades nem sempre são posicionadas geograficamente de forma correta no cadastro urbano municipal. Esta “colcha de retalhos” detém muitas vezes erros de coordenadas, ocasionando problemas e despesas tanto para a gestão pública quanto para o setor privado na regularização fundiária. No atual cadastro de propriedades podem haver erros por ser executado por empresas ou profissionais com conhecimento técnico nem sempre adequado no que diz respeito a levantamentos geodésicos e aerofotogramétricos. Por exemplo, as vezes não leva-se em consideração a transformação das coordenadas cartográficas UTM (Universal Transversa de Mercator) para coordenadas RTM (Regional Transversa de Mercator) e/ou LTM (Local Transversa de Mercator) para diminuir o erro posicional causado pela diferença entre a superfície de referência elipsoidal e o plano de referência topográfico. Assim, entende-se que há a necessidade de obtenção de grandes volumes de dados de campo para projetos de estradas, loteamentos e execução de complexos habitacionais, exigindo velocidade precisão, exatidão e economia na obtenção desses dados.
Tommaselli (2009 apud. LIMA, 2016, p. 2) afirma que há inúmeras vantagens na utilização da aerofotogrametria por não precisar tocar o objeto a ser medido e a quantidade de informações semânticas e geométricas são elevadas e mesmo em lugares de difícil acesso de equipe de topografia, pode-se obter informações precisas e adequadas ao projeto que se destinam, como por exemplo encostas muito escarpadas de extração mineral, regiões de manguezais, áreas invadidas onde se deseja evitar um primeiro contato, etc.
Lima (2016) ainda cita:
‘Os principais aspectos de vantagens da fotogrametria são relativos a grande quantidade de informações que pode obter com a fotointerpretação, essencial para as fases preliminares dos projetos e estudos das possíveis variantes, mas também quando se deseja um levantamento mais rápido de grande extensão ou em áreas perigosas ou inacessíveis’. Silva & Costa (2010 apud. LIMA, 2106, p.2).
Neste cenário, o Drone, sendo uma ferramenta relativamente acessível, pode ser amplamente explorado para a captação de imagens aéreas que depois de processadas e ajustadas a pontos de apoio com coordenadas GNSS (Global Navigation Satellite System), podem trazer um resultado satisfatório do ponto de vista técnico-produtivo.
Neste trabalho, pretende-se fazer um levantamento topográfico limitando-se apenas aos Lotes 22 ao 30 da Quadra A, bem como da Avenida Beira Rio no Loteamento DeltaVille junto à Rod. SC 408 – KM 97 em Biguaçu – SC; com nível de detalhamento
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cadastral. Para isso utilizar-se-á, em um primeiro momento, o levantamento tradicional pelo método intercessão à ré, também chamado Resseção (Estação Livre) e, em segundo momento, o aerolevantamento com Drone (tipo multirotor quadricóptero) onde verificar-se-á a qualidade planimétrica e altimétrica e analisar-verificar-se-á a confiabilidade, deste último levantamento, para a sua aplicação em pequenas áreas urbanas, visando o levantamento cadastral da área.
1.1 OBJETIVO GERAL
Confrontar os resultados obtidos no levantamento topográfico planialtimétrico da área de estudo, realizado com método tradicional e com o levantamento aéreo realizado com drone multirotor quadricóptero.
1.1.1 Objetivos Específicos
Definir o local de estudo, levando em conta as melhores condições para os levantamentos previstos no trabalho;
Implantar pontos de apoio e controle para serem levantados com tecnologia no Sistema GNSS;
Planejar e executar o levantamento topográfico com estação total e GNSS, de forma tradicional, visando um levantamento cadastral; Programar e executar o levantamento aéreo com drone;
Processar os dados de campo obtidos com os dois tipos de levantamentos, visando a geração de duas plantas topográficas cadastrais;
Avaliar os resultados obtidos com o drone, a partir dos resultados do levantamento tradicional, pela comparação entre ambos os dados.
17 2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 TOPOGRAFIA
A topografia é definida tradicionalmente como a disciplina que se ocupa da arte de representar, de maneira minuciosa, o terreno localmente, isto é, numa dada vizinhança da superfície terrestre (CASACA, MATOS e DIAS, 2007).
Diz-se, também, que a topografia é uma ciência que estuda o conjunto de procedimentos para determinar as posições relativas dos pontos sobre a superfície da terra e abaixo da mesma, mediante a combinação das medidas segundo os três elementos do espaço: distância, elevação e direção (FRANÇA, 2018).
Por sua vez, a combinação das habilidades do operador com o equipamento adequado, são essenciais para a realização de medições topográficas. Porém, por mais que se tome todo cuidado, o resultado da execução do trabalho nunca será exata, sempre conterá erro. Não se refere aqui apenas aos erros sistemáticos, mas também aos erros aleatórios. É preciso, portanto, corrigir o máximo possível esses erros e avaliar se o resultado é tolerável ou não para a precisão que o trabalho se destina.
2.2 TEORIA DOS ERROS
2.2.1 Definições
2.2.1.1 Erros e incertezas
Os erros são inevitáveis, porém podem ser conhecidos, controlados e até minimizados. Segundo França (2018), “Erro é a diferença entre o valor encontrado em relação ao valor correto (exato).” Também afirma, que é possível determinar a verdadeira magnitude da distância e do ângulo medido, porém o valor exato é imaginário. Para se obter o valor mais provável pode –se usar o postulado de Gauss:
“Para uma série de medidas (x 1, x 2 ,...x n ) dignas de confiança, o valor mais provável da grandeza, x é a média aritmética simples de todas as grandezas medidas” (FRANÇA, 2018).
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O erro pode ser definido como imperfeições de uma medição, sendo uma diferença entre valor medido e o verdadeiro (TABACNIKS,2003).
Sobre a incerteza este mesmo autor a descreve como sendo o “Parâmetro associado ao resultado de uma medição que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser razoavelmente atribuídos ao mensurado. O parâmetro pode ser um desvio padrão (ou múltiplo dele) ou a metade do intervalo de uma escala”.
2.2.1.2 Medição
Tabacniks (2003), esclarece que a medição é uma ação ou procedimento para determinar o valor do mensurando, sua grandeza específica. Dito isto, cabe destacar e definir alguns conceitos:
Medição: trata-se de ações que objetivam determinar o valor de uma grandeza; Valor (de uma grandeza): é a expressão quantitativa de uma grandeza; Mensurando: a grandeza a qual foi submetida a mensuração;
Grandeza: é o atributo de um fenômeno, corpo ou substância que pode ser qualificada e quantificada, podendo ser Grandeza Geral ou Específica; Método de medição: sequência lógica da operação usada durante a execução das medições (TABACNIKS, 2003).
2.2.1.3 Resultado de uma medição
Tabacniks (2003), ainda afirma que o resultado de uma medição nada mais é do que uma estimativa do valor medido, por conseguinte só pode ser completa se acompanhado de uma declaração de incerteza. Portanto, os seguintes conceitos devem ser considerados:
Medida: Valor obtido por uma mensuração, indicando claramente se o resultado foi corrigido ou não, se corresponde ao valor médio de várias medições e expresso de forma a incluir a incerteza da medição;
Estimativa: Valor estatístico estimando um parâmetro (média por exemplo), da totalidade de itens obtidos pela medição de uma amostra supondo um modelo estatístico de distribuição;
Repetitividade: grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas em mesmas condições e devem ter:
Mesmo procedimento; Mesmo observador;
Mesmo instrumento de medição; Mesmas condições;
Mesmo local;
19 2.2.2 Tipos de Erros
Durante a execução dos trabalhos, podem ocorrer erros de observação aos quais denominam-se: Erros Sistemáticos, Erros Aleatórios e Erros Grosseiros.
Os erros Sistemáticos ou cumulativos, são aqueles relacionados com o ambiente, com o equipamento e com o operador. Por terem na maioria das vezes, comportamento conhecido, pode-se corrigi-los por métodos adequados de medição e correções analíticas.
Segundo McCormac (2007), o erro sistemático em repetições ou condições constantes, permanece o mesmo sem variância em seu sinal ou magnitude. Já os erros Aleatórios, também chamados de “Erros Acidentais”, fogem do controle do operador e podem ocorrer mesmo depois de eliminados os erros sistemáticos. Estão presentes em todas as medições topográficas na grandeza medida. McCormac (2007) ainda define os erros aleatórios como aqueles cuja a magnitude e direção é desconhecida e fora de controle. Ao se ler uma trena, pode-se ler hora um valor menor, hora um valor maior na escala. A equivalência destes erros em módulo, sendo possivelmente de sinais contrários, tendem a se cancelarem ou haver uma compensação. Ainda sobre os erros, temos os chamados “erros grosseiros”, que são aqueles causados pela distração do medidor.
2.2.3 Causa dos Erros
Como já mencionado anteriormente, por mais que se queira reduzir e até eliminar-se os erros, eles sempre acontecem. Conforme Freitas (2011), eles podem acontecer por pelo menos três fatores:
ERROS POR FATORES NATURAIS: Provenientes das variações do ambiente tais como: refração, pressão atmosférica, temperatura, vento, umidade, ações da gravidade e declinação magnética;
ERROS POR FATORES INSTRUMENTAIS: provenientes de erros de fabricação e dos movimentos das peças internas do equipamento. Geralmente é facilmente detectado pelo fato de, na maioria das vezes, causarem os erros sistemáticos. Esses erros podem ser eliminados ou minimizados com correções e procedimentos adequados em campo, revisões periódicas do equipamento (ajustes e calibração) a cada seis meses ou ano, ou ainda conforme orientação do fabricante.
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Também, os ERROS POR FATORES PESSOAIS: Estão diretamente ligados à questão sensorial, como tato e visão. Cada pessoa possui uma acuidade própria. Este fato faz com que o ajuste da colimação (mirar) no alvo, ou seja, fazer com que ocorra o cruzamento dos fios do retículo da luneta com o detalhe do alvo ao qual se quer medir, não seja realizado com perfeição. As leituras realizadas em miras graduadas também poderem ser mal interpretadas. Hoje, com o advento das Estações Totais em que a medição é realizada eletronicamente por feixes de infravermelho ou laser, esse erro foi drasticamente diminuído (FREITAS, 2011).
2.3 PRECISÃO E ACURÁCIA (EXATIDÃO)
Precisão e acurácia, podem ser confundidas ou até mal interpretadas. McCormac explica:
Na área da topografia, os termos exatidão e precisão são muito utilizados apesar de nem sempre ser fácil explica-los. Assim sendo, a exatidão está relacionada à perfeição com que as medidas são obtidas, o quanto ela esta medida se aproxima do valor verdadeiro. Já a precisão, “é o grau de refinamento” de uma dada medida. Podemos dizer que é a média da aproximação de duas ou mais medidas (MCCORMAC, 2007, p.14).
Veiga (2007), exemplifica muito bem a diferença entre precisão e acurácia:
“O seguinte exemplo pode ajudar a compreender a diferença entre eles: um jogador de futebol está treinando cobranças de pênalti. Ele chuta a bola 10 vezes e nas 10 vezes acerta a trave do lado direito do goleiro. Este jogador foi extremamente preciso. Seus resultados não apresentaram nenhuma variação em torno do valor que se repetiu 10 vezes. Em compensação sua acurácia foi nula. Ele não conseguiu acertar o gol, “verdadeiro valor”, nenhuma vez” (VEIGA, 2007, p. 14).
A figura 1 explica de forma clara a diferença entre precisão e exatidão.
Figura 1 - Exemplo de Exatidão e Precisão
21 2.3.1 Precisão Nominal (PN)
A Precisão Nominal (PN), é a precisão do equipamento especificada pelo fabricante. O procedimento para o cálculo do desvio padrão é especificado pelo Anexo C da NBR 13.133-94. Os teodolitos têm sua precisão em segundos e os distanciômetros em ± (X mm + Y ppm), onde X é constante independente da distância e Y é proporcional à distância, expressa em parte por milhão:1ppm = 1mm/km, (FRANÇA, 2018).
2.3.2 Média, Desvio Padrão e Desvio Padrão da Média
Quando se obtém vários resultados de medições por meio repetitivo, acaba-se obtendo resultados dispersos de valores aproximados causando uma incerteza de qual valor seria o verdadeiro. Para minimizar esta incerteza usa-se o método matemático denominado estatística, com o objetivo de resumir e consolidar o resultado obtido (TABACNIKS, 2003).
Além de se calcular a média aritmética, usa-se ainda o cálculo do Desvio Padrão e do Desvio Padrão da Média.
Calcula-se a média aritmética (1) através da equação:
𝑚 =1
n∑ 𝑥𝑖 (1)
Onde:
m = a média aritmética;
xi = cada uma das leituras realizadas;
n = o número de leituras realizadas; m = o número de leituras realizadas.
A Raiz Média Quadrática (2), também chamado Desvio Padrão (σ) de uma observação (m), é calculada matematicamente pela seguinte equação:
𝑆 = ± √(X−X̅ ) 2
22 Onde:
S = Desvio Padrão;
X = cada uma das leituras realizadas; X
̅ = a média de todas as leitura; n = o número de leituras realizadas.
O Desvio Padrão da Média, pode ser calculado se for possível obter a média de vários desvios padrão, o que diminuiria drasticamente a incerteza, porém nem sempre isso é possível devido ao tempo e as despesas envolvidas.
O cálculo do Desvio Padrão das Médias (3), pode ser realizado pela equação:
𝑆𝑚 = √ 1
(𝑛−1)𝑛∑(𝑥𝑖 − 𝑚)
2 = 𝑆
√𝑛 (3)
Onde:
Sm = Desvio Padrão da média;
Xi = cada uma das leituras realizadas;
n = o número de leituras realizadas; m = média.
Segundo Tabacniks (2003), o desvio padrão da média é “um excelente candidato para expressar a incerteza da média (4) de um conjunto de medidas”. E o valor pode ser expresso da seguinte forma:
𝑚 ∓ 𝑆𝑚 (4)
Onde: m = média;
Sm = incerteza da média
2.3.3 Propagação dos Erros
Pelo fato de o valor verdadeiro ser desconhecido e o objetivo ser conhecer ou se chegar o mais próximo possível desse valor, o Tabacniks (2003), afirma que a medição
23
objetiva determinar o valor médio verdadeiro de uma grandeza, porém que a dificuldade está em se ter que fazer infinitas medições para alcançá-lo.
Segundo este autor, para um conjunto de medidas {y1, y2, y3, ... yn}, o valor
médio verdadeiro é dado pela equação do Desvio Padrão das Médias (5):
𝑦𝑚𝑣 = lim 𝑛→∞( 1 𝑛 ∑ 𝑦𝑖 𝑛 𝑖=1 ) (5)
Existe uma diferença entre erro e incerteza, pois o erro a princípio (como o conhecemos) pode ser corrigido, porém a incerteza está dentro de um intervalo de probabilidades (TABACNIKIS, 2003).
2.4 TIPOS DE LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS
Entende-se de maneira simplificada, levantamento topográfico; como métodos para a obtenção de dados (ângulos e distâncias) através de equipamentos específicos com o fim de descrever a geometria e calcular valores de áreas e volumes de um lugar ou objetos nele inseridos.
Segundo a NBR 13.133 (1994), levantamento topográfico é:
“Conjunto de métodos e processos que, através de medições de ângulos horizontais e verticais, de distâncias horizontais, verticais e inclinadas, com instrumental adequado à exatidão pretendida, primordialmente, implanta e materializa pontos de apoio no terreno, determinando suas coordenadas topográficas. A estes pontos se relacionam os pontos de detalhes visando à sua exata representação planimétrica numa escala predeterminada e à sua representação altimétrica por intermédio de curvas de nível, com equidistância também predeterminada e/ ou pontos cotados” (NBR 13133, 1994).
Assim sendo, tem-se vários tipos de levantamentos topográficos com finalidades variadas, a saber: Levantamento Topográfico Expedito, Levantamento Topográfico Planimétrico, Levantamento Topográfico Altimétrico, Levantamento Topográfico Planialtimétrico, podendo os últimos três serem cadastrais ou não. Existem ainda conjugados a estes tipos de levantamentos os métodos por: irradiação, deflexão e interseção a ré.
24 2.4.1 Levantamento Topográfico Expedito
O Levantamento Topográfico Expedito é o levantamento realizado de forma imprecisa, por vezes até estimada. Pode ser realizado com equipamento de medição (correntes, trena, baliza, etc.) ou simplesmente à passo ou a braçadas.
“Levantamento exploratório do terreno com a finalidade específica de seu reconhecimento, sem prevalecerem os critérios de exatidão” (NBR 13133, 1994).
2.4.2 Levantamento Topográfico Planimétrico
Reserva-se apenas a obtenção de dados planimétricos, sem se preocupar com os desníveis do terreno.
“Levantamento dos limites e confrontações de uma propriedade, pela determinação do seu perímetro, incluindo, quando houver, o alinhamento da via ou logradouro com o qual faça frente, bem como a sua orientação e a sua amarração a pontos materializados no terreno de uma rede de referência cadastral, ou, no caso de sua inexistência, a pontos notáveis e estáveis nas suas imediações. Quando este levantamento se destinar à identificação dominial do imóvel, são necessários outros elementos complementares, tais como: perícia técnico-judicial, memorial descritivo, etc.” (NBR 13133, 1994).
2.4.3 Levantamento Topográfico Altimétrico
Este método, se ocupa da obtenção de dados altimétricos do terreno, ou seja, as diferenças do nível do terreno, representadas a posteriori por taludes, curvas de nível, platores, etc.
“Levantamento que objetiva, exclusivamente, a determinação das alturas relativas a uma superfície de referência, dos pontos de apoio e/ou dos pontos de detalhes, pressupondo-se o conhecimento de suas posições planimétricas, visando à representação altimétrica da superfície levantada” (NBR 13133, 1994).
2.4.4 Levantamento Topográfico Planialtimétrico
O Levantamento Topográfico Planialtimétrico refere-se ao levantamento topográfico planimétrico acrescido do altimétrico.
25 2.4.5 Levantamento Topográfico de detalhes
Tanto os Levantamentos Altimétricos, Planimétricos ou Planialtimétricos podem ser com finalidade de medir-se detalhes ou não. Trata-se de um levantamento topográfico onde há um acordado pelas partes envolvidas (contratante e contratado), em que é discriminado o grau de detalhamento (previsto em editais ou não) do levantamento, ou seja, quais os objetos a serem medidos e detalhados posteriormente em plantas com multifinalidades; como por exemplo: medição de estacas executadas para “as built”, ou ainda todas as benfeitorias existentes em uma propriedade com a finalidade de apurar seu valor e possíveis indenizações.
Figura 2 - Poligonal Fechada
Fonte: do autor, 2019.
Figura 3 - Poligonal Enquadrada
26 Figura 4 - Poligonal Aberta
Fonte: do autor, 2019.
2.5 METODOS DE LEVANTAMENTO
2.5.1 Método por irradiação
Segundo Veiga (2012), também chamado de polar, o método de irradiação é a obtenção de medidas angulares e lineares irradiadas a partir de uma origem. (Ver figura 5). Pode ser de uma única ocupação de ponto (estação) ou de caminhamentos e ocupações em pontos (estações) distintos.
Figura 5 - Irradiação
27 2.5.2 Método por deflexão
O método por deflexão muito usado com teodolitos analógicos, o que hoje se tornou obsoleto e consiste em se fazer visada no ponto a ré com a luneta basculhada, considerando a abertura do ângulo como se fosse projetada para frente a visada anterior e fazendo visada a Vante no próximo ponto a ser ocupado, anotando-se os ângulos e distâncias a Ré e a Vante. Pode-se fazer visadas reiteradas para aumentar a precisão. Veiga descreve da seguinte forma:
“Força-se a coincidência da leitura 180º com o ponto de ré, o que equivale a ter a origem da graduação no prolongamento dessa direção. A deflexão será positiva (leitura à direita) ou negativa (leitura à esquerda) e vai variar sempre de 0º a 180º.” A Figura 6 demonstra o método citado (VEIGA, 2012).
Figura 6 - Deflexão
Fonte: do autor, 2019.
2.5.3 Método por interseção à ré (resseção)
O método da interseção à ré, é a forma de se determinar as coordenadas de um ponto ainda desconhecido, mas que se quer instalar (calar) o instrumento (Estação Total). As coordenadas são determinadas através da interseção de alinhamentos cujo as distancias e ângulos partem de no mínimo dois ou mais pontos de coordenadas conhecidas; e passam pelo ponto que se quer determinar.
Cabral (2018) informa que “Quando necessita-se obter, com bastante exatidão, a posição (plana e altimétrica) de um ponto com relação a outros de um conjunto
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de pontos fixos de referência convenientemente materializada no terreno e homogêneo a ela deve-se utilizar o método de estação livre”. A figura 7 demonstra a Interseção à ré.
Diz ainda que, esse sistema nada mais é do que a transformação de coordenadas de um sistema desconhecido, o do instrumento; para um sistema de referência conhecido (CABRAL, 2018).
Figura 7 - Interseção à Ré
Fonte: Modificado de CABRAL, 2019.
O método de Interseção à ré conforme Silva (2006), é realizado para se obter as coordenadas de um Ponto (N) através da interseção de direções de pelo menos três linhas retas originadas de pontos de coordenadas conhecidas, figura 8.
Figura 8 - Interseção à Ré por 3 pontos
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Kahmen e Faig (1988 apud. SILVA, 2006), mostram a forma com que a precisão no método é alcançada.
O ponto N é geometricamente determinado pela interseção de dois círculos. Um círculo passa através dos pontos B, N e M, o outro através dos pontos M, A e N. Se o novo ponto (N) é locado nos círculos passando através dos pontos fixos A, M, B, então a solução é indeterminada (Figura 9). KAHMEN e FAIG (1988 apud. SILVA, 2006).
Figura 9 - Resseção geométrica e o triângulo recíproco
Fonte: modificado SILVA, 2019.
2.5.4 Interseção à ré por dois ou mais pontos
Neste método de interseção à ré, determina-se as coordenadas do ponto de interesse por dois ou mais pontos conhecidos através de um programa interno da Estação Total. Ao final do processo de medição, o display do instrumento apresenta o fator de escala e o desvio padrão das coordenadas do novo ponto estabelecido, bem como solicita a inserção do nome deste novo ponto para a memorização. Informa-se ao instrumento que ele está instalado neste novo ponto e ele já permanece orientado angularmente dentro do sistema ao qual se gerou o referido ponto. Depois deste processo se faz necessário fazer o controle da precisão alcançada.
[...] “para controle, medem-se os mesmos pontos de referência que serviram para a determinação do ponto de estação, como se eles ainda não existissem. Comparam-se as coordenadas medidas com as mesmas coordenadas já existentes dos pontos fixos e anotam-se as diferenças para cada coordenada, a fim de avaliar a consistência do novo ponto determinado (verificação da exatidão do ponto de estação livre). Anotam-se os desvios no documento do ponto. Caso as diferenças não ultrapassarem certos limites previamente especificados, a determinação do ponto de estação pode ser considerada como controlada” [...] (CABRAL, 2018).
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2.5.5 Procedimentos para Estação Livre (Interseção à ré)
Nesta seção será apresentada uma sequência básica de procedimentos, cabe porém, ressaltar que a sequência pode variar conforme a marca e modelo do instrumento utilizado. Aconselha-se também, ler o manual de instruções do equipamento caso não esteja familiarizado com o mesmo.
1. Identificar os pontos de referência;
2. Identificar os pontos de interesse a serem cadastrados ou demarcados (locados);
3. Escolher um local para a materialização no novo ponto a se instalar (calar) o instrumento de forma que seja possível realizar visadas a todos ou ao maior número possível de pontos de interesse a serrem cadastrados ou demarcados;
4. Materializar o ponto no local escolhido (piquete de madeira, marco de concreto, pino de aço), caso seja necessário;
5. Confeccionar a monografia do ponto e/ou fotografá-lo;
6. Confeccionar o croqui com o nível de detalhamento necessário; 7. Instalar o equipamento;
8. Configurar temperatura e pressão atmosférica conforme a altitude local;
9. Criar novo arquivo, inserir e gravar as coordenadas dos pontos de referência, caso ainda não estejam na memória do instrumento; 10. Iniciar o programa para Estação Livre (Resseção);
11. Medir 2 a 4 pontos de referência (para melhor resultado) com visadas direta e inversa, caso o programa do equipamento permita;
12. Estabelecido o novo ponto, conhecido o fator de escala e o desvio padrão, torna-se a medir um ou mais dos pontos de referência, comparando se os valores das coordenadas medidas se aproximam das coordenadas de referência e se estão dentro da tolerância aceitável; 13. Locar um ponto conhecido para corroborar com a análise da precisão; 14. Caso, o resultado não atinja o aceitável, refazer o procedimento ou ainda procurar posicionar o novo ponto de forma a ficar o mais possível no baricentro do polígono formado pelos pontos de
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referência. E no caso se serem dois pontos de referência apenas, posicionar o novo ponto de tal forma que forme um triângulo equilátero ou isósceles sendo a base a distância entre os dois pontos de referência e aponta do triângulo, o vértice onde está o aparelho; 15. Iniciar o levantamento topográfico propriamente dito (cadastro) ou
locação.
2.6 PONTOS DE APOIO PARA OS LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS
Existem os pontos de apoio geodésicos, topográficos e para a aerofotogrametria existem os de controle e os de checagem (Check point).
2.6.1 Ponto de Apoio Geodésico
Os pontos de apoio geodésico, tanto o planimétrico quanto o altimétrico, segundo a NBR 13.133 (1994), são os pontos materializados no terreno que proporcionam o controle posicional e de nível nos levantamentos topográficos cujas coordenadas estão referenciadas ao Datum (origem) em um sistema GNSS.
2.6.2 Ponto de Apoio Topográfico
É o conjunto de pontos planimétrico, altimétrico ou planialtimétrico, em que o levantamento topográfico é apoiado (NBR 13.133, 1994).
2.6.3 Ponto de Controle e Checagem
Na aerofotogrametria, os pontos de controle e de checagem, são imprescindíveis. É através deles que durante o processamento das imagens capturadas, se realiza o ajuste das imagens. Os pontos de controle são aqueles previamente cadastrados e podem ser piquetes, pinos de aço ou ainda marcas existentes no local, sendo naturais ou artificiais como rocha aflorada ou faixas pitadas no asfalto, por exemplo. Essas marcas servem para georreferenciar e ajustar corretamente as imagens. Já os pontos de checagem (Check point), servem para após processar e ajustar as imagens, verificar se o ajuste foi
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corretamente executado e a posição do ponto (pixel) na imagem corresponde a posição real deste mesmo ponto no terreno.
Para Timbó (2001), os pontos de apoio são conjuntos de pontos bem identificáveis tanto nas fotografias quanto no terreno, levantados com coordenadas UTM e altitudes, que servem para pontos de controle, conforme figura 10.
Figura 10 - Pontos de Apoio (controle e check points)
Fonte: modificado de Sopchaki, 2019.
2.7 MAPA OU CARTA, PLANTA TOPOGRÁFICA E CROQUI
2.7.1 Mapa
Mapa, segundo Nogueira (2008), “é uma forma de levantamento de dados e de representa-los, ou ainda um instrumento facilitador da estrutura de um fenômeno qualquer que pode ou não ser geográfico”.
“É considerado um documento cartográfico e diagramático, geralmente representando uma ampla porção da superfície em escalas pequenas” (TIMBÓ, 2001).
A NBR 13.133-94 destaca com mais precisão que a carta ou mapa é uma representação gráfica, de uma superfície com detalhes físicos, naturais e artificiais, mediante símbolos ou convenções que permitam a avaliação das distâncias, orientação de direções e a localização geográfica de pontos área e detalhes.
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Ainda para Timbó (2001), uma carta é um documento cartográfico mais complexo com detalhamento geográfico apresentando mais detalhamento e precisão.
2.7.2 Planta ou carta topográfica
É aquela que contém informações básicas do terreno, as quais servem de base para novas cartas e mapas mais específicos (TIMBÓ, 2001).
2.7.3 Croqui
Trata-se de um desenho à mão livre, geralmente à lápis, para servir de referência do que foi medido e a representação convencionada do ponto de interesse levantado. Segundo a NBR 13.133-94, o croqui é um esboço sem escala, em breves traços, que facilite a identificação de detalhes.
2.8 GEODÉSIA
Conforme França (2007), “Geodésia é uma ciência afim da topografia. Ela difere da topografia somente por considerar a curvatura terrestre”.
A Geodésia se preocupa em estudar essencialmente a forma e dimensão da superfície terrestre; as posições de pontos sobre esta superfície e a modelagem do campo gravitacional.
Torge (2001 apud FRANÇA, 2015, p. 33) afirmou que Geodésia é a ciência da medição e mapeamento da superfície da terra.
Segundo MOREIRA (2007), a Geodésia é fundamental para a cartografia automatizada e atualização de mapas.
2.9 GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM)
A necessidade que o ser humano tem de se localizar e o aprimoramento de ferramentas para isso, desde a bússola até a geolocalização por satélites orbitando o planeta, têm feito com que essa necessidade seja cumprida com maestria. O GNSS, (Sistema Global de Navegação por Satélite), trata-se de uma rede de satélites orbitando o
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globo com o objetivo de se navegar e obter a posição exata de um objeto ou indivíduo com precisão em tempo real na superfície terrestre.
Molin (2015), afirma que o sistema GNSS encontra-se em fase de modernização e que é capaz de fornecer o tempo, a posição e a velocidade com rapidez e exatidão em qualquer local que seja aberto (sem vegetação de mata) na superfície do globo terrestre.
O primeiro satélite (Sputnik 1) foi lançado pela antiga União Soviética em 1957. Este ato deu início a uma corrida tecnológica espacial e armamentista contra os Estados Unidos, seu principal oponente na chamada “Guerra Fria”. Nos Estados Unidos na década de 60, o GNSS (Global Navigation Satellite System) foi iniciado com o lançamento do primeiro satélite norte americano (Transit) em orbita. Em 1978, foi lançado o primeiro satélite GPS (Global Position System) para fins militares da marinha americana e em 1997, foi lançado o primeiro receptor GPS GLONASS (em russo: Globalnaya navigatsionnaya sputnikovaya sistema). RTK (real time kinematic).
2.9.1 GPS (Global position System)
O levantamento topográfico é a primeira etapa da maioria dos projetos de engenharia. Neste contexto o GPS (Global position System) tem sido uma ferramenta indispensável para o levantamento topográfico.
Para atender à necessidade do posicionamento preciso em tempo real de pontos de interesse, sejam eles para projetos de infraestrutura, ambientais, de estudos geológicos, dentre outros; foram desenvolvidas algumas técnicas de posicionamento GPS; dentre elas se destacam o DGPS, o WADGPS (Wide
Area DGPS), o RTK (Real Time Kinematic) e o PDGPS (Precise DGPS)
(PRADO, 2003).
Dentre estas, as técnicas mais comuns, são as utilizações do DGPS ou RTK. Para a obtenção de valor absoluto de coordenadas, se faz necessário a utilização de uma triangulação por um receptor base (com coordenadas absolutas conhecidas) e um receptor móvel (rover) interligados por sinal de rádio e recebendo sinais simultâneos dos satélites. Essa simultaneidade de multiconexão, permite que o erro posicional do receptor móvel seja corrigido e seja realizado em tempo real e armazenado na memória interna do receptor. Prado (2003) afirma que:
“O princípio básico destas técnicas vale-se do fato que duas estações que simultaneamente rastreiam os mesmos satélites têm seus erros, dentro de certos
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limites correlacionados. A ocupação de uma estação de coordenadas conhecidas (estação de referência) possibilitará a quantificação dos erros inerentes ao posicionamento Absoluto. Estes erros transmitidos à estação móvel como correções, designadas comumente por “correções diferenciais”, serão utilizadas para posicioná-la relativamente à estação de referência em tempo real” (PRADO, 2003).
A figura 11 Exemplifica o posicionamento em tempo real
Figura 11 - Posicionamento em tempo real
Fonte: Prado, 2003.
Também realiza-se a obtenção de dados absolutos através do método de Posicionamento Estático, onde com apenas um receptor GNSS faz-se o rastreio do ponto de interesse.
Este método de rastreio simultâneo do receptor GPS e de um receptor em uma base da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo), por um determinado tempo mínimo (recomendado 1 hora), pode-se por pós-processamento, calcular as coordenadas tridimensionais (latitude, longitude e altitude) do ponto de interesse. Afirma ainda que a vantagem deste método, é a precisão alcançada; e sua principal desvantagem é o tempo de rastreio para a obtenção desta precisão (CORSEUIL, 2003).
2.9.2 Georreferenciamento Estático
O georreferenciamento pode ser realizado por várias técnicas. Dentre elas o DGPS (Diferencial Global Position Sistem); o RTK (Real Time Kinematic) e o Posicionamento Relativo Estático dentre outros.
“O conceito de DGPS envolve o uso de um receptor estacionário em uma estação com coordenadas conhecidas, rastreando todos os satélites visíveis”. Neste método é possível realizar a correção posicional e das pseudodistâncias através das correções Δ das coordenadas X, Y e Z de uma base de coordenadas conhecidas (MONICO, 2007).
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O DGPS pode atingir uma precisão de 1,5 a 3 metros.
O RTK, utiliza uma base para corrigir os erros, porém o tempo de rastreio em cada ponto de interesse é bem inferior, por isso chamado cinemático. Esse método é bem mais produtivo e pode alcançar precisão na ordem de até 2cm.
O Posicionamento Relativo Estático por sua vez, é mais preciso pelo fato de se ter duas ou mais antenas receptoras rastreando de forma simultânea por mais tempo os sinais dos satélites.
Monico (2007) expõe que nesse tipo de posicionamento com mais de dois receptores rastreando simultaneamente por mais de 20 minutos, pode se alcançar maior precisão no pós-processamento.
Ainda sobre esse método, Silva (2015) informa que devido à alta precisão alcançada, é usado para implantação de redes geodésicas e pontos de controle para aerofotogrametria e controle de deformações de obras da construção civil conforme pode ser visto na figura 12.
Figura 12 - Posicionamento em tempo real
Fonte: do autor,2019.
2.9.3 Geoprocessamento
Após a obtenção das informações fotogramétricas segue-se o processamento destes dados. Explica Moreira (2007), que o Geoprocessamento é a utilização de técnicas matemáticas computacionais de tratar e extrair dados obtidos de objetos ou fenômenos geograficamente identificados na observação por um sistema sensor.
37 2.9.4 Fotogrametria e fotointerpretação
Segundo Marchetti (1977) a palavra Fotogrametria derivada de três palavras gregas (luz, descrição e medidas), pode ser definida como a ciência de se obter medidas dignas de confiança por meio de fotografias.
“A fotogrametria é a técnica que permite o estudo e a definição da forma, das dimensões e da posição de objetos no espaço, baseando-se em medições obtidas a partir de fotografias ou imagens digitais” (SILVA, 2015).
Fotointerpretação é a arte de examinar as imagens dos objetos nas fotografias e de deduzir a sua significação (MARCHETTI, 1977).
Segundo Anderson (1982), Fotointerpretação é o ato de examinar imagens fotográficas com o fim de identificar objetos e determinar seus significados.
2.10 LEVANTAMENTO COM DRONE
Desde a primeira foto aérea obtida pelo francês Gaspard Tournacho em 1858, a partir de balões, Eisenbeiss, 2009 (apud. ROBERTO, 2013), aperfeiçoada a técnica através de papagaios ou pipas em 1888, por outro francês Artur Bolut, Longhitano, 2010 (apud. ROBERTO, 2013), passando por veículos aéreos tripulados e também através do uso de câmeras embarcadas em aeromodelos a partir de 1960, Eisenbeiss, 2009 (apud. ROBERTO, 2013) até chegar a 2004 com o início do desenvolvimento de projetos usando VANTs com asas rotativas, com sistema de GNSS embarcado e voo de forma autônoma com precisão, faz dessa ferramenta algo indispensável para obtenção de dados aerofotogramétricos.
Neste interim, pode-se afirmar que o VANT tem vantagens e desvantagens em relação aos veículos aéreos tripulados:
2.11 VANTAGENS
O VANT por ser autônomo e não tripulado pode ser usado em regiões de risco, com baixa altitude próximo a montanhas e escarpas, zonas com ocorrência de terremotos ou cenas de acidentes, Chang-Chun, 2001 (apud. ROBERTO, 2013). Possui
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também a capacidade de filmar tirar fotos ao mesmo tempo e enviar em tempo real para uma estação de controle dando ao operador a capacidade e análise da qualidade das imagens e reexecutar o trabalho, Eisenbeiss, 2009 (apud. ROBERTO, 2013). Também, e não menos importante, oferece baixo custo de investimento e de operação.
2.12 DESVANTAGENS
Por ter câmeras de pequeno formato, e voar em baixas altitudes, se faz necessária a captação de um número maior de imagens. Eisenbeiss, 2009 (apud. ROBERTO, 2013). Outra desvantagem é o fato de só ser possível voar em condições climáticas favoráveis. Vallet, 2011 (apud. ROBERTO, 2013). A necessidade de regulamentação e pedido de autorização junto aos órgãos reguladores e fiscalizadores, pelo fato de o VANT não ter comunicação com o controle de tráfego aéreo pode ser também considerada uma desvantagem pela burocratização no uso de tal ferramenta (DECEA, 2018).
2.13 PLANEJAMENTO DA MISSÃO
Com o avanço da tecnologia e processamento digital alguns dos conceitos convencionais de fotogrametria não se aplicam ao trabalho com Drones. Por exemplo, em projetos aerofogramétricos digitais, o conceito de escala foi substituído pelo chamado GSD (Ground Sample Distance).
2.13.1.1 GSD e Sobreposição
O GSD é escolhido conforme a necessidade da resolução esperada e representa uma faixa real do terreno formada por pixels que formam a imagem. Ele ainda (GSD) é inversamente proporcional à altura de voo da aeronave, ou seja; quanto mais alta estiver a aeronave, maior será o tamanho do pixel e menor será a resolução da imagem nesse pixel. Outro fator que deve ser observado é a redundância de informações com que o software de processamento e ajuste das imagens precisa para uma boa qualidade de mosaicagem. Para isso, é fundamental a sobreposição das imagens captadas durante a missão. Em áreas praticamente planas cerca de 50% de sobreposição longitudinal e lateral já é o suficiente, mas em áreas com diferenças de cotas, ou seja, com declives e aclives se faz necessário uma sobreposição mínima longitudinal de 80% e lateral de 60% (MALTA, 2017).
39 Figura 13 - Esquema do cálculo do GSD
Fonte: modificado de Cobrac, 2019
Figura 14 - Plano de voo e sobreposição de imagens
40 3 MATERIAIS E MÉTODO
3.1 MATERIAIS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
Para a execução dos trabalhos tanto de campo, quanto de escritório utilizou-se os utilizou-seguintes materiais e equipamentos:
Um Automóvel Marca Renault, modelo Logan Exprecion 1.6, ano 2012;
Uma Estação Total marca Sokkia, modelo K 620. (Especificações Técnicas ver Anexo 3);
Um GPS Marca Megellan, modelo PROMARK 3. (Especificações Técnicas ver Anexo 4);
Um Drone quadricóptero Marca DJI, modelo Phanton 4 pro. (Especificações Técnicas ver Anexo 5);
Um Smartphone marca Samsung, modelo S8; Um Work Estation - Computador de mesa.
Softwares instalados:
Microsoft Windows 10 Pro; (Especificações Técnicas ver Anexo 6); AutoCad versões 2007 e 2018;
GeoOffice Topográfico Profissional, versão 2.8.4.0;
GNSS Solution versão 3.80.8 – Trimble Navigation Limited 2012. Spectra Precision;
Google Earth Pro, versão 7.3.2.5776 (32-bit);
Agisoft Photoscan Professional, versão 1.4.5 build 7354 (64 bit) 2018; Dois bastões topográficos, sendo um de 2,60m e outro de 3,60m; Duas bases e seus respectivos prismas;
Um tripé para estação total; Um tripé para GPS;
Dois tripés para bastão; Três balizas topográficas; Trena de fibra de 30m; Trena de aço de 3,5m;
41 Prancheta, lapiseira e borracha;
Marreta, martelo, pregos galvanizados, tintas, pincel, piquetes de madeira e pinos de aço,
3.2 PREPARAÇÃO E LOGISTICA PARA OS LEVANTAMENTOS
3.2.1 Local da área de estudo e preparação para o levantamento
O local de estudo, que pode ser vista na figura 15, foi definido escolhendo-se uma área compreendendo 9 lotes e seu entorno no Loteamento DeltaVille, no Município de Biguaçu-SC.
Adotou-se um critério de escolha, em que a área fosse próxima e de fácil a acesso a qualquer hora. Ser plana, sem edificações, ter marcos de concreto bem definidos e aprumados na divisa dos lotes. A visão ampla com a possibilidade para visadas de um único ponto e com o potencial de coletar um maior nível de detalhes para a comparação das coordenadas dos pontos de checagem levantados pelo método tradicional e pelo aerolevantamento com o Drone também foram preponderantes. A área de estudo compreendeu os lotes 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 e 30 da Quadra A, bem como a Avenida Beira Rio, com a finalidade de cadastrar a guia da avenida (meio-fio), os pontos de apoio, que seriam materializados tanto no asfalto, como nos canteiros, calçadas/passeios, caixas de passagem; cadastro das faixas de pedestre , pinturas de faixas de eixo da avenida e ciclovia; o cadastro de drenagens pluviais e marcos de concreto da testada dos lotes em ambos os lados da avenida; estes também para servirem de Check Points (pontos de checagem).
42 Figura 15 - Localização da área em estudo
Fonte: do autor, 2019
Uma vez definido o local de estudo, determinou-se as posições dos pontos de apoio. Implantou-se 11 pontos de apoio (Controle), sendo 6 pinos de aço cravados diretamente no asfalto (figuras 16 e 17) e 5 piquetes de madeira cravados em terra nos fundos dos lotes tendo como ponto notável o prego cravado no centro dos mesmos.
Figura 16 - Pino de aço (ponto de apoio)
Fonte: do autor, 2019.
Figura 17 - Ponto de Controle (Pino de aço cravado no asfalto)
Fonte: do autor, 2019.
Marca: Walsywa; Comprimento: 30mm; Diâmetro cabeça: 8mm.
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Neste dia também materializou-se os pontos de checagem (Check points) para determinar posteriormente ao processamento, a acurácia do produto gerado pelo aerolevantamento. Para esses pontos de checagem, aproveitou-se os marcos de concreto dos lotes tendo o ponto notável o vergalhão de ferro saliente no centro geométrico dos mesmos e também se materializou os check points através de pinturas no asfalto e nas tampas de caixas de passagem, conforme podem ser vistas nas figuras 18, 19 e 20.
Figura 18 - Marco de concreto na imagem (Check Point)
Fonte: do autor, 2019.
Figura 19 - Pintura no Asfalto (Check Point)
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Figura 20 - Pintura em Caixa de Passagem (Check Point)
Fonte: do autor, 2019.
3.3 OBTENÇÃO DAS COORDENADAS DE APOIO
3.3.1.1 Rastreio dos pontos de controle
Para o rastreio dos pontos de apoio, utilizou-se um GPS Topográfico Marca Magellan Professional, modelo Promark 3. (Ver Figura 21) e rastreou-se os 9 (nove) pontos de apoio já citados tendo uma duração média de rastreio no modo estático de cada ponto com cerca de 40 minutos. As especificações técnicas podem ser vistas no Anexo G e a tabela com os dados do processamento no Anexo D.
Figura 21 GPS Magellan – Promark 3
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3.3.1.2 Confecção dos croquis e descarregamento dos dados rastreados
Paralelamente ao rastreio confeccionou-se os croquis da área a ser levantada, contendo no mesmo, a representação de todas as feições e objetos de interesse, porém devido ao volume de pontos a serem coletados ignorou-se o croqui e apoiou-se o desenho apenas no registro da descrição dos pontos, bem como no procedimento sequencial priorizando o cadastro de um tipo de feição por vez. Ex: Cadastro primeiramente das calçadas, posteriormente, dos postes e luminárias, em seguida pontos de nível, e assim por diante.
Encerrou-se o cadastro dos pontos de interesse e voltou-se ao escritório, onde procedeu-se com o descarregamento dos dados brutos do rastreio estático com o GPS, salvando-os em pasta e diretório criado para este fim.
3.3.1.3 Processamento dos das coordenadas rastreadas
Para realizar o processamento das coordenadas UTM no Datum Sirgas 2000, acessou-se a página, no site do IBGE e fez-se o download dos memoriais descritivos das Bases Fixas (RBMC - Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) da UFSC (Universidade Federal de Santa Catarina) e da base situada no Porto de Imbituba-SC. Também se fez, o download dos arquivos das coordenadas rastreadas pelas bases RBMC no mesmo período de tempo do rastreio com o GPS Topográfico no modo estático (Figuras 22 e 23). Esses memoriais descritivos acima citados, contêm os dados dos valores das coordenadas geodésicas absolutas das bases, disponibilizadas na RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo). Os dados completos dos memoriais descritivos podem ser vistos nos Anexos A, B e C.
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Figura 22 - Parcial do Memorial da Base Geodésica da UFSC
Fonte: IBGE – RBMC,2018.
Figura 23 - Parcial da página para download dos dados corrigidos RBMC.
Fonte: IBGE – RBMC, 2018.
Uma vez obtidas as coordenadas absolutas do memorial descritivo, pôde-se corrigir os valores brutos das coordenadas rastreadas, executando-se um pós-processamento. Para tal, utilizou-se o Software GNSS Solution, e obteve-se uma precisão tolerável com valores médios na casa dos milímetros, tendo a menor variância em 6mm e a maior em 15mm (Ver figura 24). No processamento todas as linhas de triangulação entre as bases da Rede RBMC e os pontos dos Rastreamentos Estáticos, foram ajustadas como se pode observar nas linhas destacadas na cor verde. No anexo B podem ser verificadas as informações completas do rastreamento.
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Figura 24 - Parcial do Relatório de Processamento das Coordenadas UTM no GNSS-Solution.
Fonte: do autor,2019.
3.4 ESCOLHA DO SISTEMA DE COORDENADAS (UTM, LTM OU RTM)
Para determinar qual o sistema de coordenadas mais adequado a ser utilizado no Levantamento Convencional com a Estação Total; em escritório, realizou-se a transformação das coordenadas UTM em RTM e LTM utilizando o Software Topográfico GeoOffice. Escolheu-se os pontos “TCC1” e “TCC6 para determinar qual sistema utilizar, (Ver planta topográfica no anexo I). Com os valores das coordenadas nos três sistemas supracitados, foi-se a campo e instalou-se a Estação Total no ponto TCC6 e acessou-se o programa interno do equipamento denominado “Locação”. Primeiramente inseriu-se as coordenadas UTM do ponto (TCC6) e fez-se visada à ré no ponto TCC1. Medindo-se posteriormente este mesmo ponto de ré, conferiu-se as coordenadas do ponto TCC1 medidas no sistema UTM. Em seguida, inseriu-se novamente as coordenadas da estação, (ponto TCC6), porém agora com as coordenadas transformadas no sistema RTM e executou-se a medição do ponto TCC1, obtendo-se novas coordenadas N, E, Z em RTM. Por fim, inseriu-se as coordenadas da estação (ponto TCC6), desta vez, com coordenadas do sistema LTM e mediu-se o ponto TCC1, obtendo-se as coordenadas N, E, Z neste sistema. Todas as coordenadas obtidas foram anotadas em planilha para posterior análise.
Obtidas as coordenadas destes três sistemas, efetuou-se um comparativo das diferenças nas distâncias planas e altimétricas (x,y,z) utilizando a planilha eletrônica
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Excel. Constatou-se então, que o melhor sistema a ser adotado para o levantamento topográfico convencional, seria o UTM, pois apresentou a menor diferença, sendo na casa dos milímetros. O fato de a área em estudo estar apenas a 4 metros acima do nível do mar, contribuiu para que a projeção não sofresse variações consideráveis. A tempo, verificou-se que as coordenadas nos Sistemas RTM e LTM, apreverificou-sentaram diferenças centimétricas, portanto foram descartadas, figura 25.
Figura 25 - Diferença obtida nas medições nos Sistemas UTM, RTM e LTM
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4 LEVANTAMENTO TOPOGRÁFICO CONVENCIONAL
4.1 TRABALHOS DE CAMPO
4.1.1 Preparação para medir o relevo
Para se conseguir otimizar o resultado altimétrico no Levantamento Topográfico Convencional e para posterior comparação com o Aerolevantamento, optou-se por fazer a medição do relevo (por optou-ser extremamente plano), através da materialização de uma malha quadriculada com lados medindo 10,00 metros para se obter como resultado final, um plano cotado. Para isso, estabeleceu-se primeiramente um ponto de partida no meio-fio e efetuou-se uma pintura com tinta branca. Com o auxílio de uma trena de fibra de 30 metros, fez-se pinturas de 10,00 em 10,00 metros até o meio fio em frente à testada dos lotes dentro da área a ser medida conforme figura 26. Demarcou-se também de forma paralela nos fundos dos lotes, porém provisoriamente com piquetes de madeira através do alinhamento de balizas e trena demonstrado na figura 27 Em seguida esticou-se ao longo do chão um fitilho previamente preparado com nós de 10,00 em 10,00 metros fazendo lances de ida e volta interligando os piquetes e a marcação de tinta no meio fio, servindo de referência e gerando-se uma malha com linhas paralelas e ortogonais entre si, possibilitando o cadastro com o uso do bastão, os níveis do terreno de forma mais homogênea e equidistante.
Figura 26 - Demarcação dos alinhamentos para cadastro do relevo
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Figura 27 - Demarcação dos alinhamentos para cadastro do relevo
Fonte: do autor,2019.
4.1.2 Levantamento Topográfico por Interseção à Ré (Recessão)
4.1.2.1 Determinação das coordenadas da Estação
Ainda no mesmo dia, iniciou-se o levantamento topográfico instalando-se dois bastões revisados e aferidos, um em cada ponto escolhido (TCC1 e TCC6) como referência para a intersecção à ré. Também se escolheu uma posição estratégica para instalar o equipamento de forma a obter-se visadas com que se pudesse adquirir as novas as coordenadas da estação, bem como para irradiar todos pontos a serem cadastrados de um único local. Escolhido o local da estação, materializou-se este ponto com pino de aço. Configurou-se de temperatura e pressão atmosférica, inseriu-se a altura do instrumento e realizou-se a inserção das coordenadas UTM dos já citados pontos servindo como referência para a intercessão à ré. Usou-se o programa interno da Estação Total, e fez-se a visada no ponto TCC1 primeira referência e mediu-se o mesmo. Em seguida fez-se visada no ponto TCC6 medindo-se a segunda referência. A figura 28 mostra os bastões posicionados sobre os pontos TCC 1 e TCC6. Concluindo-se as medições, o programa apresentou o desvio padrão e as coordenadas obtidas do novo ponto, conforme figuras 29 e 30. Considerou-se o valor do desvio padrão aceitável na casa dos milímetros e nomeou-se este novo ponto como “E1”.