Instituto de Geografia e Ordenamento do Território
Cadastro da Iluminação Pública de Oeiras através de Levantamento Mobile
Mapping
Letícia Corrêa de Moura
Relatório de Estágio orientado
pelo Professor Doutor Nuno Marques da Costa
e pelo Professor Doutor Nelson Miguel Branco Mileu
Mestrado em Sistemas de Informação Geográfica e Modelação Territorial
Aplicados ao Ordenamento
Universidade de Lisboa
Instituto de Geografia e Ordenamento do Território
Cadastro da Iluminação Pública de Oeiras através de Levantamento Mobile
Mapping
Letícia Corrêa de Moura
Relatório de Estágio orientado
pelo Professor Doutor Nuno Marques da Costa
e pelo Professor Doutor Nelson Miguel Branco Mileu
Júri:
Presidente
Professor Doutor Fernando Jorge Pedro da Silva Pinto da Rocha do
Instituto de Geografia e Ordenamento do Território da Universidade de Lisboa
Vogais:
- Professora Doutora Ana Paula Martins Falcão Flôr do Instituto Superior
Técnico da Universidade de Lisboa
- Professor Doutor Nelson Miguel Branco Mileu do Instituto de Geografia e
Ordenamento do Território da Universidade de Lisboa
Dedico este trabalho aos meus pais e aos meus queridos amigos Caíque, Fernanda e Marina. Sem eles nada disso seria possível.
AGRADECIMENTOS
Aos professores Nelson Mileu e Eusébio Reis por todo apoio, disponibilidade e atenção durante o
curso, e por terem tornado possível essa experiência engrandecedora e única de realizar um estágio
no exterior.
Aos meus orientadores prof. Nelson Mileu, prof. Nuno Marques da Costa e Doutora Sandra Cunha
pelos conselhos e orientações imprescindíveis para a evolução deste trabalho, e pela oportunidade
de aprendizado.
À empresa Municípia S.A por me receber tão bem e acolher como membro de uma grande família.
Em especial, agradeço ao José Almeida, Nuno Veiga, João Pimenta e Cármen Bragança por estarem
sempre disponíveis e solícitos a me ajudar, por todo conhecimento partilhado, pelas orientações e
pelo carinho.
À Rita Rodrigues por estar sempre disponível e pronta para me ajudar, pelos conselhos, por todo
apoio e incentivo, pelas boleias diárias repletas de muita risada e principalmente por ter me dado
uma família em outro continente.
Aos meus amigos e à minha família por se manterem presentes mesmo tão longe, não me deixando
faltar incentivo, apoio, carinho e atenção.
Ao meu melhor amigo, Pedro Rodrigues, pelo companheirismo e a amizade ao longo dos últimos 8
anos, em especial nesses últimos dois, vivenciando o mesmo sonho, e sendo morada e fortaleza um
para o outro. Bem como às nossas melhores companhias para todas as horas: Fernanda Vieira,
Mariana Lemos, Mariana Correia, Veronica Dutra, e a família Simões Franqueira.
Agradeço especialmente a todos os meus queridos amigos e familiares que se dispuseram a entrar
em um avião, encarar longas horas de voo, cruzar um oceano inteiro para que eu pudesse ter dias
espetaculares em sua companhia. Daphne Economou, Victor Freitas, Fernanda Schettini, Jacqueline
Gotzel, Vesna Gugic, Petra Furcic, Wilson Junior, Ingrid Fontenele, Caíque Cabral, Raísa Paiva, João
Pedro Bento, Edmilton Moura, Elton Moura, Simone Corrêa, Maria Fernanda, Elinton, Thais
Meirelles, Silvia e Claudio Kelber, Gustavo e a Ana Francisca, deixo aqui registrado a minha mais
profunda e sincera gratidão por todas as memorias e momentos inesquecíveis que construímos
juntos de norte a sul em Portugal.
RESUMO
O Município de Oeiras, que é o que mais cresce em Portugal (INE, 2017) almeja a criação de um
sistema de cadastro para iluminação pública que seja capaz de contribuir para a otimização e
melhora do sistema já instaurado, de forma a disponibilizar uma iluminação mais abrangente aos
seus habitantes, e a custos reduzidos. Para tal, a empresa Municípia S.A., contratada para
desenvolver esse sistema, estabeleceu uma metodologia que conta com atividades de campo e
escritório, usufruindo de equipamentos e tecnologias de última geração, como é o caso do sistema
de mobile mapping Topcon IP-S3 HD1. Este sistema é capaz de recolher uma nuvem de pontos por
onde passa, que possibilita, após tratamento em escritório, a construção de um modelo 3D dos
objetos alcançados. O objetivo do presente documento é relatar todas as atividades e
procedimentos realizados durante o estágio realizado na empresa Municípia S.A. que contribuíram
para o desenvolvimento desse sistema de cadastro da iluminação pública, com ênfase para aquelas
que se relacionam diretamente com a fase do cadastro completada através do levantamento do
tipo mobile mapping. Por ser um projeto com um volume de dados muito grande, foi criada uma
base de dados com um certo grau de complexidade, capaz de organizar e preservar a funcionalidade
das informações cadastradas. Por esse mesmo motivo, a área foi repartida pelas cinco uniões de
freguesias existentes no Município de Oeiras até ao presente momento, que serão trabalhadas e
entregues ao cliente individualmente. Ao longo dos 6 meses de desenvolvimento do estágio, a área
trabalhada foi a União das Freguesias de Oeiras e São Julião da Barra, Paço de Arcos e Caxias, com
mais de 9 mil pontos de iluminação pública cadastrados, dos 38 mil presentes em todo o município.
O cadastro das informações referentes as luminárias (modelo, marca, tipo de lâmpada, potencia,
etc.) e seus apoios (altura, distância à via, largura da via, etc.), são imprescindíveis para realizar um
plano de eficiência enérgica fiável, e que seja capaz de sugerir alterações que otimizem a iluminação
pública, ao ponto de gerar economias de mais de 60% e uma iluminação mais abrangente.
Palavras-Chave: Levantamento Mobile Mapping; LiDAR; Iluminação Pública; Base de dados
geográfica; georreferenciação; classificação
ABSTRACT
The fastest growing municipality in Portugal (INE, 2017) Oeiras aims to create a registration system
for public lighting that can contribute to the optimization and improvement of the system already
installed, so as to provide lighting more comprehensive to its inhabitants and at reduced costs. To
this end, the company Municípia S.A, hired to develop this system, has established a methodology
that includes field and office activities, using state-of-the-art equipment and technologies, such as
Topcon IP-S3 HD1 mobile mapping systems. This system is able to collect a cloud of points where it
passes that enables, after treatment in office, the construction of a 3D model of objects that it can
reach. The purpose of this document is to report all activities and procedures performed during the
internship program at Municípia S.A. that cooperated to development of this public lighting
registration system, with emphasis on those that relate directly to the registration phase completed
through the mobile mapping survey. Since it is a project with a very large data volume, a database
was created with a certain degree of complexity, capable of organizing and preserving the
functionality of the registered information. For the same reason, the area was divided among the 5
unions of existing parishes in the Municipality of Oeiras until now, which will be worked on and
delivered to the client individually. During the 6 months of internship development, the area worked
was the Union of parishes of Oeiras and São Julião da Barra, Paço de Arcos and Caxias, with more
than 9 thousand registered public lighting points, of the 38 thousand presents throughout County.
The registration of the information regarding the luminaires (model, brand, type of lamp, wattage,
etc.) and their supports (height, distance to life, width of the road, etc.) are essential to make a plan
of reliable energetic efficiency, and that be able to suggest changes that optimize street lighting to
the point of cost savings and broader lighting.
LISTA DE ABREVIATURAS E ACRÓNIMOS
CMO
Câmara Municipal de Oeiras
DGEG
Direção Geral de Energia e Geologia
DGT
Direção Geral do Território
EDP
Energias de Portugal
GNSS
Global Navigation Satellite System
HPS
High Pressure Sodium
IMU
Unidade de Medida Inercial / Inertial Measurement Unit
INE
Instituto Nacional de Estatística
IP
Iluminação Publica
IT
Armário de distribuição
LED
Light Emitting Diode
LiDAR
Light Detection And Ranging
MEC
Ministério da Educação
PIP
Ponto de Iluminação Pública
PT
Posto de Transformação
QGIS
QuantumGIS
REN
Redes Energéticas Nacionais
SIG
Sistema de Informação Geográficas
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1: CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO DA INTENSIDADE LUMINOSA CONFECCIONADO POR YOOMAK ET AL. (2018) ATRAVÉS DO SOFTWARE DIALUX. O ITEM A APRESENTA UMA LAMPADA HPS DE 250 WATTS, E FLUXO LUMINOSO DE 28.000 LÚMENS. ENQUANTO O ITEM B APRESENTA UMA LAMPADA LED DE 115 WATTS, E FLUXO LUMINOSO DE 17.400 WATTS. ...39 FIGURA 2: MUNICÍPIO DE OEIRAS. LOCALIZAÇÃO DA ÁREA DE TRABALHO DO PROJETO. A IMAGEM DIGITAL DE SATÉLITE
UTILIZADA PARA A CONFECÇÃO DESTE MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA ESRI ATRAVÉS DO CONJUNTO DE MAPAS BASE DO SOFTWARE ARCGIS FOR DESKTOP VERSÃO 10.5. ...43 FIGURA 3: DISTRIBUIÇÃO URBANA DO MUNICÍPIO DE OEIRAS. O POLÍGONO VERMELHO INDICA A LOCALIZAÇÃO DA
ÁREA AMOSTRAL QUE SERÁ RELATADA NO PRESENTE DOCUMENTO. A ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A. ...44 FIGURA 4: ESQUEMA DA METODOLOGIA DE TRABALHO DA FASE 1, INCLUINDO AS TAREFAS (T) DESIGNADAS PARA CADA
ETAPA ...47 FIGURA 5: FLUXOGRAMA DA FASE 1, NO QUAL OS POLÍGONOS PREENCHIDOS COM A COR VERDE INDICAM A ORDEM
EM QUE AS TAREFAS DEVEM SER COMPLETADAS E A INDICAÇÃO PARA SEREM ENTREGUES AO CLIENTE. ...48 FIGURA 6: LOCALIZAÇÃO DO RECEPTOR GNSS. IMAGEM RETIRADA E ADAPTADA DO SOFTWARE GOOGLE EARTH
(SATÉLITE COPERNICOS NO ANO DE 2019). ...50 FIGURA 7: EQUIPAMENTOS PARA O LEVANTAMENTO MOBILE MAPPING. A: O RETÂNGULO VERMELHO INDICA O
APARELHO TOPCON IP-S3 HD1. ENQUANTO O RETÂNGULO AMARELO INDICA O COMPUTADOR COM OS DISCOS RÍGIDOS UTILIZADOS PARA ARMAZENAR A INFORMAÇÃO COLETADA. B) ECRÃ COM O SISTEMA MMF INDICANDO A LOCALIZAÇÃO ATUAL, E AS ROTAS PARA INICIAR O TRABALHO. C) TABLET COM O SISTEMA MMF DURANTE O LEVANTAMENTO MOSTRANDO EM TEMPO REAL A RECOLHA E A CONSTRUÇÃO DE UM MODELO 3D A PARTIR DA NUVEM DE PONTOS. 1) ODÔMETRO. 2) SENSOR GIRATÓRIO LIDAR. 3) COMPONENTE DE POSICIONAMENTO 4) COMPONENTE DE IMAGEM. AS ÚLTIMAS 4 IMAGENS (1,2,3 E 4) DESTA FIGURA FORAM EXTRAÍDAS DE TOPCON (2016). ...52 FIGURA 8: FLUXOGRAMA DO PÓS-PROCESSAMENTO DO LEVANTAMENTO MOBILE MAPPING UTILIZANDO O SOFTWARE
MMO. TRADUZIDO E MODIFICADO DE TOPCON (2016). ...54 FIGURA 9: EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA O LEVANTAMENTO DE CAMPO. A) DISTANCIÔMETRO SENDO UTILIZADO
EM CAMPO PARA VALIDAR AS MEDIDAS EXTRAÍDAS ATRAVÉS DA NUVEM DE PONTOS POR MEIO DO SOFTWARE ORBIT GT 3DM FEATURE EXTRACTION STANDARD. B) TABLET GETAC F1 10 CONFIGURADO PARA O INÍCIO DE TRABALHO DURANTE ATIVIDADE DE CAMPO, COM O SOFTWARE QGIS ABERTO E CONECTADO COM A BASE DE DADOS. ...56 FIGURA 10: TRAJETÓRIA DAS ROTAS DAS MISSÕES REALIZADAS PELO LEVANTAMENTO MOBILE COM O LIDAR PARA A
RECOLHA DA NUVEM DE PONTOS PARA O MUNICÍPIO DE FREGUESIAS. A FREGUESIA COM O MAIOR NÚMERO DE MISSÕES É A UNIÃO DE FREGUESIAS DE OEIRAS E SÃO JULIÃO DA BARRA, PAÇO DE ARCOS E CAXIAS COM 25 , SEGUIDO PELAS FREGUESIA DE BARCARENA COM 23, E PORTO SALVO, UNIÃO DE FREGUESIAS DE ALGÉS,
LINDA-A-VELHA E CRUZ QUEBRADA, E UNIÃO DE FREGUESIAS DE CARNAXIDE E QUEIJAS, QUE POSSUEM 18 MISSÕES CADA. ...61 FIGURA 11: SERVIDORES E SCHEMAS DA BASE DE DADOS DO PROJETO DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA DA MUNICÍPIA S.A. 63 FIGURA 12: TODAS AS ENTIDADES A SEREM ENTREGUES AO CLIENTE REFERENTES AO PROJETO DE CADASTRO DA
ILUMINAÇÃO PÚBLICA DO MUNICÍPIO DE OEIRAS, E SUAS RESPECTIVAS CARACTERÍSTICAS NA BASE DE DADOS. O ÍCONE DE CHAVE NA COR AMARELO INDICA A CHAVE PRIMÁRIA. AS SETAS EM VERMELHO INDICAM OS ELEMENTOS QUE POSSUEM ATRIBUTOS COM CONEXÃO A UMA TABELA DE DOMÍNIOS. A ESTRUTURA DA BASE DE DADOS DE IP FOI OBTIDA ATRAVÉS DO SOFTWARE PGMODELER. ...64 FIGURA 13: INSTALAÇÕES DO TIPO PT ENCONTRADAS NA ÁREA. O ITEM A APRESENTA UM PT DO TIPO ENTERRADO. O
ITEM B APRESENTA UM PT DO TIPO MONOBLOCO METÁLICO. O ITEM C APRESENTA UM PT DO TIPO CABINE PRÉ-FABRICADA. O ITEM D APRESENTA UM PT DO TIPO EDIFÍCIO PRÓPRIO. ...66 FIGURA 14: INSTALAÇÕES DO TIPO IT ENCONTRADAS NA ÁREA. O ITEM A, APRESENTA O IT COM CABINE PRÓPRIA.
ENQUANTO O ITEM B APRESENTA OS IT EMBUTIDOS NA PARTE EXTERIOR DE DETERMINADOS PTS. ...67 FIGURA 15: QUADROS DAS INSTALAÇÕES DO TIPO PT. O ITEM A INDICA O QUADRO CA2. O ITEM B INDICA O QUADRO
R630. O ITEM C INDICA OS QUADROS PRESENTES EM INSTALAÇÕES PT COM TIPO CONSTRUTIVO MONOBLOCO METÁLICO...68 FIGURA 16: QUADROS DAS INSTALAÇÕES DO TIPO IT. O ITEM A INDICA OS QUADROS MAIS FREQUENTES. E O ITEM B,
INDICA OS QUADROS PRESENTES NOS ITS EMBUTIDOS. ...68 FIGURA 17: IDENTIFICAÇÃO DOS CIRCUITOS ...69 FIGURA 18: APRESENTAÇÕES DOS PONTOS DE ILUMINAÇÃO PÚBLICA. O ITEM A MOSTRA UM DOS TIPOS DE
ILUMINAÇÃO DE JARDIM, O ITEM B MOSTRA UM DOS TIPOS DE ILUMINAÇÃO PRESENTES NAS RODOVIAS, COM POSTE DE BRAÇO DUPLO. O ITEM C MOSTRA UM TIPO DE ILUMINAÇÃO DE ZONAS RESIDÊNCIAS, COM UM POSTE DE BRAÇO TRIPLO. JÁ O ITEM C MOSTRA A PORTINHOLA PRESENTE NOS POSTES. ...70 FIGURA 19: MODELOS DE LUMINÁRIA MAIS RECORRENTES NA ÁREA E UM MODELO DE PROJETOR. O ITEM A MOSTRA
O MODELO IVA DO FABRICANTE INDALUX. O ITEM B MOSTRA O MODELO IVH DO FABRICANTE INDALUX. O ITEM C MOSTRA O MODELO IQD DO FABRICANTE INDALUX. O ITEM D MOSTRA O MODELO JÚPITER IJP DO FABRICANTE INDALUX. E O ITEM E MOSTRA O PROJETOR MODELO WALL LED DO FABRICANTE AURA LIGHT. ...71 FIGURA 20: LIGAÇÕES EVENTUAIS. ITEM A MOSTRA UM MUPI, ENQUANTO O ITEM B MOSTRA UMA PARAGEM DE
AUTOCARRO COM ILUMINAÇÃO. ...72 FIGURA 21: ATIVIDADE DE CAMPO. NO ITEM A OCORRE A IDENTIFICAÇÃO DA INSTALAÇÃO E POSTERIOR
LEVANTAMENTO DE SUAS RESPECTIVAS INFORMAÇÕES. NO ITEM B OCORRE A MARCAÇÃO NOS PIPS DAS INFORMAÇÕES REFERENTES A INSTALAÇÃO E AOS CIRCUITOS EM QUE O PIP SE CONECTA...75 FIGURA 22: ATIVIDADE DE GABINETE: EXTRAÇÃO DE DADOS A PARTIR DO ORBIT GT 3DM FEATURE EXTRACTION
STANDARD ...76 FIGURA 23: AMBIENTE DE TRABALHO DO SOFTWARE ORBIT 3DM FEATURE EXTRACTION VERSÃO STANDART 17.1.1. .77 FIGURA 24: ATIVIDADE DE CAMPO PIP. ...79
FIGURA 25: FLUXOGRAMA DAS ATIVIDADES DE CADASTRO DA ILUMINAÇÃO PÚBLICA, EM QUE OS ÍCONES DE COR LARANJA INDICAM AS ATIVIDADES REALIZADAS EM CAMPO, E OS ÍCONES DE COR AZUL INDICAM AS ATIVIDADES REALIZADAS EM GABINETE...80 FIGURA 26: ÁREA DE TRABALHO UTILIZADO PELA EQUIPE 1. A ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O
MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A. ...81 FIGURA 27: ÁREA DE TRABALHO DA EQUIPE 2, COM A IDENTIFICAÇÃO DAS ROTAS DE TRAJETÓRIAS DA NUVEM DE
PONTOS. ...82 FIGURA 28: ÁREA DE TRABALHO DA EQUIPE 3. A ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O MAPA FOI
DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A. ...83 FIGURA 29: TABELAS DE DOMÍNIOS INSERIDAS NA BASE DE DADOS. ...89 FIGURA 30: MANCHA DE DISTRIBUIÇÃO DA VALIDAÇÃO DOS PIPS CADASTRADOS ATRAVÉS DA NUVEM DE PONTOS. A
ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A. ...98 FIGURA 31: ITEM A:ORTOFOTOGRAFIA DA ÁREA DE ESTUDO. OS POLÍGONOS VERMELHOS INDICAM AS MANCHAS
VERDES QUE SÃO ÁREAS DE JARDIM. ITEM B: MANCHA DE DISTRIBUIÇÃO DOS PONTOS A SEREM VALIDADOS EM CAMPO. A ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A ...99 FIGURA 32: MANCHA DE DISTRIBUIÇÃO DOS NOVOS APOIOS ADICIONADOS AO SHAPE DE PIPS PROVINDOS DA EPD, E
DOS APOIOS COM MAIS DE UMA LUMINÁRIA. A ORTOFOTOGRAFIA UTILIZADA PARA CONFECCIONAR O MAPA FOI DISPONIBILIZADA PELA CMO EM CONJUNTO COM A MUNICÍPIA S.A. ... 100
ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1: CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA EM QUILOWATTS POR HORA REFERENTE A ILUMINAÇÃO DAS VIAS PÚBLICAS EM PORTUGAL AO LONGO DOS ÚLTIMOS 20 ANOS. A LINHA AZUL PONTILHADA REPRESENTA A TENDÊNCIA LINEAR CALCULADA ATRAVÉS DO SOFTWARE EXCEL. OS DADOS FORAM PUBLICADOS PELO DGEG E
MEC E DISPONIBILIZADOS PELO PORTAL PORDATA EM DEZEMBRO DE 2018. ...34
GRÁFICO 2: EVOLUÇÃO DO PREÇO DA ELETRICIDADE EM PORTUGAL POR KWH AO LONGO DOS ÚLTIMOS 20 ANOS. DADOS DIVULGADOS PELO INSTITUTO NACIONAL DE ESTATÍSTICA EM CONJUNTO COM AS AGENCIAS DE ENERGIA, E EXTRAÍDOS ATRAVÉS DO PORDATA EM 2019. ...35
GRÁFICO 3: MÉDIA ANUAL DA REPARTIÇÃO DA PRODUÇÃO ENERGÉTICA DE PORTUGAL PARA O ANO DE 2018. OS DADOS FORAM PUBLICADOS PELA REN EM 2019 E EXTRAÍDOS ATRAVÉS DO PORTAL DA ENTIDADE ...36
GRÁFICO 4: EVOLUÇÃO DAS ATIVIDADES DA EQUIPE 1 ...95
GRÁFICO 5: EVOLUÇÃO DAS ATIVIDADES DA EQUIPE 1 ...96
GRÁFICO 6: EVOLUÇÃO DAS ATIVIDADES DA EQUIPE 2 ...96
GRÁFICO 7: EVOLUÇÃO DAS ATIVIDADES DA EQUIPE 3 ... 101
GRÁFICO 8: CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA EM QUILOWATTS POR HORA REFERENTE A ILUMINAÇÃO DAS VIAS PÚBLICAS DE OEIRAS. DADOS PUBLICADOS PELO DGEG/MEC E DISPONIBILIZADOS PELO PORTAL PORDATA EM DEZ 2018. ... 103
ÍNDICE DE TABELAS
TABELA 1: CUSTO DE INSTALAÇÃO, OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO DAS LUMINÁRIAS HPS E LED. MODIFICADO DE YOOMAK
ET AL. (2018). ...38
TABELA 2: REPRESENTAÇÃO DOS VALORES A SEREM INSERIDOS PARA SITUAÇÕES EM QUE O APOIO APRESENTA MAIS DO QUE UM PIP ASSOCIADO ...86
TABELA 3: REPRESENTAÇÃO DOS VALORES A SEREM INSERIDOS PARA SITUAÇÕES EM QUE SERÁ CRIADO UM APOIO NOVO COM APENAS UM PIP ASSOCIADO. ...86
TABELA 4: REPRESENTAÇÃO DOS VALORES A SEREM INSERIDOS PARA SITUAÇÕES EM QUE SERÁ CRIADO UM APOIO NOVO COM MAIS DO QUE UM PIP ASSOCIADO. ...86
TABELA 5: ERRO MÉDIO DAS COORDENADAS ATRIBUÍDAS AOS PIPS PELA EDP. ...91
TABELA 6: ERRO MÉDIO DAS COORDENADAS ATRIBUÍDAS AOS PIPS PELO DEPARTAMENTO DE CARTOGRAFIA DA MUNICÍPIA S.A. COM BASE EM AEROFOTOGRAFIAS. ...92
TABELA 7: ERRO MÉDIO DAS COORDENADAS ATRIBUÍDAS AOS PIPS PELOS LEVANTAMENTOS EM GABINETE ATRAVÉS DA NUVEM DE PONTOS. ...92
TABELA 8: QUANTIDADE DE PIPS PARA CADA TIPO DE INFORMAÇÃO CADASTRADA ...97
TABELA 9: CATÁLOGO DE LUMINÁRIAS COM LÂMPADAS DO TIPO HPS ENCONTRADAS NA ÁREA DE ESTUDO... 101
TABELA 10: CATÁLOGO DAS LUMINÁRIAS COM LÂMPADAS DO TIPO LED ENCONTRADAS NA ÁREA DE ESTUDO. ... 102
TABELA 11: CUSTO MENSAL UNITÁRIO DAS LUMINÁRIAS HPS MAIS FREQUENTES NA ÁREA EM COMPARAÇÃO COM A LED MAIS FREQUENTE... 102
TABELA 12: ECONOMIA MENSAL ESTIMADA PARA OS MODELOS MAIS FREQUENTES NA ÁREA DE ESTUDO DE ACORDO COM AS INFORMAÇÕES CADASTRADAS ATÉ O MOMENTO. ... 102
ÍNDICE DE QUADROS
QUADRO 1: COMPARAÇÃO ENTRE LUMINÁRIAS DO TIPO HPS E LED. ...38 QUADRO 2: ENTIDADES COM TABELAS DO TIPO ALFANUMÉRICAS E GEOMÉTRICAS UTILIZADAS DURANTE O
DESENVOLVIMENTO DO PROJETO. ...59 QUADRO 3: ATRIBUTOS CADASTRADOS ATRAVÉS DO SOFTWARE ORBIT GT 3DM FEATURE EXTRACTION STANDARD E
ÍNDICE
AGRADECIMENTOS... VII RESUMO ... IX ABSTRACT ... XI LISTA DE ABREVIATURAS E ACRÓNIMOS ... XIII ÍNDICE DE FIGURAS ... XV ÍNDICE DE GRÁFICOS ... XIX ÍNDICE DE TABELAS ... XXI ÍNDICE DE QUADROS... XXIII 1 INTRODUÇÃO ... 29
1.1 ENQUADRAMENTO DA EMPRESA ACOLHEDORA DO ESTÁGIO ... 29
1.2 OBJETIVO ... 30 1.3 ESTRUTURA DO RELATÓRIO... 30 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 33 2.1 ENERGIA ... 33 2.2 FONTE DE LUZ ... 36 2.3 MOBILE MAPPING... 39 3 ÁREA DE ESTUDO ... 43 4 METODOLOGIA ... 47 4.1 MATERIAIS E MÉTODOS ... 48 Fase 1 ... 49 Fase 2 ... 57 Fase 3 ... 57 5 BASE DE DADOS ... 59 5.1 ENTIDADES DE CADASTRO ... 65 Instalação ... 65 Quadro Elétrico ... 67 Circuito de alimentação dos PIPs ... 69 Ponto de Iluminação Pública (PIP) ... 70 Luminária ... 71 Ligações Eventuais ... 72
6 CADASTRO DA ILUMINAÇÃO PÚBLICA PARA A UNIÃO DAS FREGUESIAS DE OEIRAS E SÃO JULIÃO DA BARRA, PAÇO DE ARCOS E CAXIAS ... 74
6.1 ATIVIDADES DO LEVANTAMENTO DE CADASTRO ... 74 Atividade de Campo: Instalações, Circuitos, Quadros e Ligações Eventuais ... 74 Atividade de Gabinete: Extração de dados a partir do Orbit GT 3DM Feature Extraction Standard
17.1.1 75
Atividade de Campo: PIPs ... 78 Atividade de Gabinete: base de dados ... 79 6.2 MATERIAL DE TRABALHO ... 80 7 VALIDAÇÃO DAS INFORMAÇÕES EXTRAÍDAS A PARTIR DE LEVANTAMENTO MOBILE
MAPPING ... 85
7.1 COMPLETUDE ... 87 7.2 CONSISTÊNCIA: ... 88
Consistência Conceitual ... 88 Consistência de Domínio: ... 88 Consistência dos formatos: ... 89 Consistência topológica:... 90 7.3 EXATIDÃO ... 90
7.4 ESTUDO DE CASO PARA VALIDAÇÃO DOS DADOS ... 90
8 RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 95 9 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 106 REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ... 108 APÊNDICE 1– MANUAL DE UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE ORBIT GT 3DM FEATURE EXTRACTION STANDARD ... 112 I. PREPARAR ÁREA DE TRABALHO ... 114
I.I ABRIR A NUVEM DE PONTOS... 114
I.II VISUALIZAÇÃO DA NUVEM DE PONTOS ... 115
II. CONSTRUÇÃO DA TABELA DE ATRIBUTOS ... 117 II.I OPERAÇÕES NA TABELA DE ATRIBUTOS ... 119
III. EDIÇÃO DE ATRIBUTOS ... 120 III.I FERRAMENTAS DE EDIÇÃO ... 121
V.IVALIDAÇÃO DE MEDIDAS ... 126
V.IIPREENCHIMENTO DE MÚLTIPLOS ELEMENTOS SIMULTANEAMENTE ... 128
VI. SIMBOLOGIA ... 129
VII. SITUAÇÕES PARA CAMPO ... 129
APÊNDICE 2 - LINHAS DE COMANDO UTILIZADAS NO SOFTWARE PGADMIN PARA INSERIR NA BASE DE DADOS AS INFORMAÇÕES EXTRAÍDAS DO SOFTWARE ORBIT 3DM FEATURE EXTRACTION ... 132
1
INTRODUÇÃO
Este documento consiste em um relatório de estágio profissional promovido entre a Universidade de Lisboa e a empresa Municípia S.A. As informações que serão relatadas ao longo deste documento foram desenvolvidas no decorrer do estágio por um período de seis meses de duração. As atividades do estágio se iniciaram em dezembro de 2018 e foram finalizadas em maio de 2019, em que a atividade principal foi a de extrair informações dos elementos que compõem um Sistema de Iluminação Pública, a partir de um levantamento móvel equipado com a tecnologia LiDAR. No entanto, o projeto continua em andamento, sem ter sido finalizado até o momento de publicação deste documento, que conta com resultados parciais.
O projeto em que o estágio está inserido será descrito integralmente neste documento, visto que os dados e as atividades estão interligados, correlacionados entre sí. Entretanto, é importante ressaltar que embora tenha participado, observado e aprendido sobre todas as etapas do projeto, as atividades diretamente realizadas durante o estágio, são as seguintes:
Extração de dados e georreferenciação de objetos a partir do software Orbit GT 3DM Feature Extraction Standard em Gabinete
Validação e Cadastro das informações durante atividade de campo
Levantamento das informações referentes as Instalações. Circuitos, Quadros e Ligações Eventuais durante atividade de campo
1.1 Enquadramento da empresa acolhedora do estágio
O estágio foi realizado na empresa Municípia S.A sob a orientação da Diretora de Engenharia e Infraestruturas Doutora Sandra Cunha e do Coordenador de SIG Mestre José Almeida, vinculado ao projeto “Cadastro de rede de iluminação do concelho de Oeiras” para a Câmara Municipal de Oeiras em pareceria com a empresa Energias de Portugal - EDP. Localizada em Oeiras, a empresa Municípia consiste em uma Sociedade Anônima, fundada no ano de 1999, que opera com autonomia total na produção de dados geográficos através de vias aérea e terreste, desenvolvendo projetos relacionados com Cartografia e Sistemas de Informação Geográficas (Municípia, 2018).
Nesses 20 anos de existência, a Municípia destaca-se pela inovação e introdução de novas tecnologias no mercado português. Em 1999 provocou a transformação digital no processo de produção de cartografia em Portugal ao implementar uma cadeia de produção integralmente digital a partir de levantamentos aéreos e equipamentos especiais, como o scanner fotográfico para a digitalização dos filmes aéreos, estações fotogramétricas para restituição em ambiente digital, além de softwares que permitissem
a edição cartográfica (Municípia, 2019). Desde 2010 é a única empresa em Portugal a dispor de 2 aeronaves equipadas com 2 sensores aéreos e 2 navegadores civis responsáveis pela operação, já tendo convertido em 2008 o último elo analógico da produção cartográfica ao adquirir a primeira câmera aerofotogramétrica digital de Portugal (Intergraph DMC) automatizando toda a cadeia de produção cartográfica (Municípia, 2019). Este investimento possibilitou a entrada em outros mercados e o trabalho em áreas mais remotas como o conjunto de ilhas dos Açores e da Madeira. Atualmente a empresa expandiu seus horizontes e atua em 6 países, sendo esses Angola, Cabo Verde, Marrocos, Moçambique, Portugal e Timor.
1.2 Objetivo
Para além do âmbito do cadastro em si, o projeto realizado pela empresa visa ter como resultado um plano de revitalização da iluminação pública e eficiência energética para o município de Oeiras. Esses resultados são possíveis de serem obtidos ao relacionarmos eficiência energética e iluminação pública, tendo como base as lâmpadas utilizadas na área de trabalho. Para tal, é cabível uma análise para verificar se as lâmpadas utilizadas são eficientes quanto ao custo-benefício, temperatura de cor, eficiência luminosa, fluxo luminoso, vida útil e consumo de energia elétrica (Kruger, C. & Ramos, L. F. 2016). Dessa maneira, o cadastro a ser realizado no presente trabalho tem como propósito a identificação dos diferentes modelos de lâmpadas utilizadas na iluminação de vias públicas, bem como todas as características, estado de conservação e estruturas relativas a elas a fim de encontrar o modelo mais eficiente para cada situação.
O objetivo do presente documento é relatar todas as atividades e procedimentos realizados na etapa de cadastro da iluminação pública, com ênfase naquelas que se relacionam diretamente com a fase do cadastro completada através de um levantamento do tipo Mobile Mapping, bem como discutir os resultados parciais encontrados.
1.3 Estrutura do Relatório
A ordem de apresentação das atividades no presente relatório se desenvolve de acordo com a ordem de execução das atividades pelo Departamento de Engenharia e Cartografia da empresa. Todavia, a estrutura de apresentação do relatório pode ser compreendida em cinco grupos de capítulos principais, sendo esses: Fundamentação Teórica e Área de Estudo (Capítulo 2 e 3), Metodologia (Capítulo 4), Base de Dados e Cadastro (Capítulo 5 e 6), Validação, Resultados e Discussões (Capítulo 7 e 8) e Considerações Finais (Capítulo 9).
No primeiro grupo, aborda-se a temática da eficiência energética com uma análise da literatura dos últimos anos, e é feita a apresentação da área de estudo do projeto e do relatório. No segundo grupo, há a
indicação da metodologia, bem como os materiais e métodos utilizados para a realização do trabalho. Esse capítulo também discorre sobre a ordem da execução das atividades realizadas pelo projeto de Iluminação Pública. O terceiro grupo expõe as informações referentes a base de dados, como seus elementos, entidades, e as atividades realizadas na obtenção de cada um deles, e seu posterior armazenamento no sistema (cadastro). O quarto grupo indica a maneira como é feita a validação de uma das etapas do cadastro, apresenta os resultados e a discussão destes. Por último, o grupo 5 disserta sobre as considerações finais.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
A priori, o aumento expressivo do consumo energético de uma cidade representa um prenuncio de um desenvolvimento econômico que costuma refletir em melhorias na qualidade de vida da população. Ao mesmo tempo, uma maior demanda de energia implica em um maior consumo dos recursos utilizados para a produção de energia, o que pode resultar em esgotamento de recursos naturais e graves impactos ambientais. Uma maneira de frear o consumo sem comprometer a qualidade de vida e o desenvolvimento econômico é através do consumo eficiente da energia. O princípio da eficiência norteia a Administração Pública do território, visando tornar a máquina pública menos cara e ineficaz, utilizando meios mais eficientes e sem desperdícios de recursos (Kruger, C. & Ramos, L. F. 2016).
No mundo moderno atual as cidades inteligentes (Smart Cities) vão além no quesito desenvolvimento, buscando providenciar modelos eficientes e sustentáveis para as áreas urbanas, capazes de mitigar problemas climáticos e ambientais (Carli et al., 2017). O Município de Oeiras, que é o que mais cresce em Portugal a nível de investimento e inserção de empresas de alta e média-alta tecnologia (INE, 2017), almeja a criação de um sistema de cadastro para iluminação pública que seja capaz de contribuir para a otimização e melhora do sistema já instaurado de forma a disponibilizar uma iluminação mais abrangente aos seus habitantes, e a custos reduzidos. Visando também a inserção nesse contexto de cidades inteligentes de forma a ser contemplado pelo acordo Portugal 2020 (Camara Municipal de Oeiras, 2017).
2.1 Energia
Nos últimos anos, a busca pela economia nos gastos referentes a iluminação e seu respectivo impacto ambiental tem sido temas de grande interesse global, tendo como base o grande número de pesquisas que continuam a ser desenvolvidas e publicadas sobre o tema. Isso se dá pelo fato de a iluminação pública ser responsável por uma parcela considerável nos gastos de energia de uma cidade, além de exercer um grande impacto em outros setores.
A partir da interpretação dos dados disponibilizados pelo DGEG através do portal PORDATA em 2018, foi possível concluir que ao longo dos últimos 20 anos Portugal direcionou 3% do total de energia elétrica consumida pelo país apenas para iluminar as vias públicas, que configuram uma parcela de todos os setores que a iluminação pública abrange. Em 2009, o ano de maior consumo (Gráfico 1), a IP das vias públicas demandou 1.673.479.059 kWh (Quilowatts por hora). Embora o consumo de energia elétrica em Portugal tenha diminuído consideravelmente a partir do ano de 2011, que foi marcado por uma grave crise
económica, a tendência para os próximos anos é de haver uma crescente na demanda de energia acompanhando o crescimento da economia e do desenvolvimento das cidades.
Gráfico 1: Consumo de Energia Elétrica em quilowatts por hora referente a Iluminação das Vias Públicas em Portugal ao longo dos últimos 20 anos. A linha azul pontilhada representa a tendência linear calculada através do software Excel. Os dados foram publicados pelo DGEG e MEC e disponibilizados pelo Portal PORDATA em dezembro de 2018.
No cenário económico mundial em que há um aumento substancial no preço da eletricidade relacionado ao aumento do preço dos combustíveis fósseis como o óleo e gás (Pagden et al., 2019), existe uma necessidade dos países importadores desse tipo de energia de estabelecer uma certa economia, como é o caso de Portugal. Desde que o euro passou a ser a moeda adotada em Portugal em 1999, o preço da energia elétrica por quilowatt hora aumentou em 100% segundo dados divulgados pelo INE, e que podem ser observados no gráfico 2. Também fica evidenciado no gráfico que no ano de 2011 houve um aumento considerável no preço da eletricidade, que se manteve em alta para os utilizadores domésticos e constante com leve queda para os utilizadores industriais. Para o ano de 2019 o preço da eletricidade por kwh para os utilizadores domésticos é de 22 cêntimos de euro, e para os utilizadores industriais não foi divulgado pelo INE até o momento de publicação deste documento (Gráfico 2).
Gráfico 2: Evolução do preço da eletricidade em Portugal por kWh ao longo dos últimos 20 anos. Dados divulgados pelo Instituto Nacional de Estatística em conjunto com as Agencias de Energia, e extraídos através do PORDATA em 2019.
Segundo a REN, no ano de 2018 a produção de energia não renovável abasteceu 48% do consumo, repartida pelo gás natural com 27% e pelo carvão com 21%, como pode ser observado no gráfico 3. Enquanto a produção de energia renovável abasteceu 52% do consumo nacional e o saldo exportador, repartida pela eólica e hidroelétrica, ambas com 23%, biomassa com 5% e a fotovoltaica com 1,5% conforme observado no gráfico 3. O Saldo de troca com o estrangeiro foi exportador, pelo terceiro ano consecutivo, equivalendo a 5% do consumo nacional. Ainda segundo a REN, para o ano de 2018 o consumo de energia elétrica totalizou 50,9 TWh (Terawatts por hora), que representa um incremento de 2,5% comparado ao mesmo período do ano anterior, se tratando do segundo consumo anual mais elevado da história de Portugal, 2,5% a menos do que o máximo consumo anual, registrado em 2010.
Gráfico 3: Média Anual da repartição da produção energética de Portugal para o ano de 2018. Os dados foram publicados pela REN
em 2019 e extraídos através do portal da entidade
De janeiro a outubro de 2019 a produção renovável abasteceu 44,9% (18.730 GWh) do consumo nacional de energia elétrica, a produção não renovável abasteceu 44,5% (18.575 GWh), enquanto o saldo importador (Importação subtraída da Exportação) registrou 10,6% (4443GWh) do mesmo. Isso quer dizer que durante esse período Portugal importou 6.480GWh de energia e exportou 2.045GWh.
2.2 Fonte de Luz
A eficiência energética da iluminação pública depende, segundo Leandro, R. J. M. (2013), do conjunto fonte de luz (lâmpada e suporte), incluindo a armadura, os componentes eletrónicos e óticos. A fonte elétrica de luz converte a energia elétrica, ou a potência, em uma radiação eletromagnética visível, mais popularmente conhecida como luz. A luminária é, portanto, definida como uma unidade completa, constituída pelos seguintes componentes (Leandro, R. J. M., 2013):
Lâmpada, responsável por transformar energia elétrica em energia luminosa; Elementos óticos (refletor, refrator e armadura) concebidos para distribuir a luz; Elementos estruturais para posicionar e proteger as lâmpadas;
Elementos eletrónicos para ligar a lâmpada à fonte de alimentação.
Estes componentes são um dos fatores essenciais para garantir a eficiência da luminária, bem como o controle da luz incidente no local pretendido, de forma a garantir o nível adequado de iluminação e evitar
a poluição luminosa. Entretanto, outro fator essencial para um sistema de iluminação das vias públicas eficiente é a distribuição adequada da luz no espaço. Assim, a intensidade luminosa emitida pela luminária deve ser diretamente controlada e proporcional de acordo com a largura da via, o espaçamento entre as luminárias, o local geográfico onde vai ser colocada e a altura do poste (Leandro, R. J. M., 2013).
Outro fator muito importante que constitui o conceito de eficiência energética, é a quantidade de energia que a fonte de luz demanda, seja pelo custo associado, ou pelas políticas em prol do meio ambiente. Por isso, com o intuito de alcançar a eficiência energética, estudos ao longo da última década (Horng-Ching et al., 2009; Islam, G et al., 2019; Massara, V.M, 2019;), sugerem substituir as lâmpadas que consomem muita energia, geram muito calor e pouca luz, pelas lâmpadas que geram muita luz, pouco calor e consomem pouca energia.
Contudo para Coureaux, I.O.M. & Manzano, E. (2013) a principal causa da perda de luz é o acúmulo de sujeira nas luminárias ou em um dos seus componentes. O grau da perda de luz, ou da depreciação da luminária, depende da natureza e densidade da poluição ambiental, além da capacidade de proteção das luminárias contra poeira e água. Levando em consideração que as vias, assim como a IP estão constantemente sob a ação da força da natureza, por estarem diretamente expostas a ela a todo o tempo, Sanders & Scott (2008) defendem que se for estabelecida uma melhoria de 5% na manutenção dos equipamentos de IP, o consumo de energia pode apresentar uma economia de até 10%.
Sendo assim, a Câmara Municipal de Oeiras, almeja obter um cadastro atualizados do seu sistema de iluminação pública, contendo todas as informações sobre os elementos supramencionados, a fim de substituir as lâmpadas de Alto Vapor de Sódio (HPS) atualmente distribuídas pelo município, pelas lâmpadas de tecnologia LED (Ligh Emitting Diode) (Camara Municipal de Oeiras, 2014). Além de identificar as situações em que haja disfunção para que possam ser reparadas (Camara Municipal de Oeiras, 2019).
De forma simplificada, as lâmpadas de HPS necessitam de mais energia do que as de LED para funcionar, por não possuírem um eletrodo de iniciação, um diodo emissor de luz, como diz o nome (LED – Diodo Emissor de Luz), em seu interior. Por isso, elas necessitam que haja a aplicação de um impulso de tensão elevada para que seja criado um arco elétrico entre seus elétrodos principais (Leandro, R.J.M., 2013). A partir dos estudos listados no capítulo de Referências Bibliográficas do presente trabalho, foi realizado um quadro (Quadro 1) com as diferenças de maior significância para o estudo de eficiência energética, entre as luminárias HPS e LED.
Quadro 1: Comparação entre luminárias do tipo HPS e LED.
Embora o fator principal para a realização da substituição das luminárias de HPS por LED seja a diminuição de custos (Carli et al., 2017), já que por consumir uma quantidade significativamente menor de energia, apresenta um custo operacional muito menor, como pode ser observado no estudo de Yoomak et al. (2018), apresentados na tabela 1, os benefícios e melhorias do LED vão muito além.
Tabela 1: Custo de instalação, operação e manutenção das luminárias HPS e LED. Modificado de Yoomak et al. (2018).
Essas novas lâmpadas são capazes de gerar uma potência maior de iluminação (como pode ser observado na figura 1), alcançando maiores distâncias, e consecutivamente abrangendo áreas maiores do que as do tipo HPS (Bullough & Radetsky, 2013; Yoomak et al., 2018). Somado a isso, ao apresentar uma melhor qualidade de luz, que não provoca encadeamento, elas têm contribuído para a redução de acidentes relacionados a pedestres durante o período noturno por possibilitar uma melhor visualização do ambiente para o motorista e para o transeunte (Wood et al., 2018). A temperatura de cor das lâmpadas LED são diferentes do habitual, podendo se apresentar na cor branca, por esse motivo, ela vem sendo utilizada nas cidades do Reino Unido para combater a criminalidade e para promover uma maior segurança aos praticantes de ciclismo (Pagden et al., 2019). Se associadas a determinados tipos de luminárias, essas lâmpadas de LED também podem trazer uma melhoria eco-social, uma vez que seus raios se dissipam em
180 graus, enquanto os das lâmpadas tipo HPS dissipam-se em 360 graus. Isso significa que durante a noite, a luz ficará voltada apenas para o solo, sem afetar a vida noturna de animais voadores e de eventuais habitantes de edifícios que possuem janelas apontado para as ruas (Xu et al., 2018).
Figura 1: Curvas de Distribuição da intensidade luminosa confeccionado por Yoomak et al. (2018) através do software DIALux. O item A apresenta uma lampada HPS de 250 Watts, e fluxo luminoso de 28.000 lúmens. Enquanto o item B apresenta uma lampada LED de 115 Watts, e fluxo luminoso de 17.400 Watts.
Essa substituição positiva também alavanca o Município de Oeiras a alcançar a meta estabelecida na “Política dos Três Vintes” que propõem chegar ao ano de 2020 ultrapassando a meta de mais 20% de eficiência energética, mais 20% de energias renováveis, e uma redução de 20% nas emissões de gases com efeito de estufa (Camara Municipal de Oeiras, 2017; Radulovic et al., 2011). Após a crise que avançou no país no ano de 2010, as entidades responsáveis pela gestão do sistema de Iluminação Pública têm recorrido a esses tipos de financiamento que permitam a implementação de medidas energéticas eficientes, como os PPECs (Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica), entre outras (CPI, 2013).
2.3 Mobile Mapping
O levantamento móvel pode ser realizado de várias formas, entretanto, as que se apresentam mais frequentemente, são quando o equipamento de recolha de informação está acoplado em um meio de transporte. Para a realização do levantamento móvel do presente trabalho foi escolhido um equipamento com tecnologia Light Detection and Ranging (LiDAR), que por sua vez pode ser transportado por via terreste acoplados em carros ou trens, por via aérea acoplados em VANT – Veículo Aéreo Não Tripulado,
popularmente conhecidos como drones, aviões ou helicópteros, e por via marítima acoplado em navios ou plataformas.
O LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto, que consiste em medir e analisar as propriedades da luz refletida por um objeto em terreno após ter sido lançada pelo próprio equipamento, com o intuito de identificar, medir ou calcular quase todo o tipo de informação (altura, volume, localização, distância, etc.) sobre o objeto que refletiu a luz. Isso quer dizer que conforme a plataforma transportadora se desloca, o dispositivo emissor vai oscilando e emitindo pulsos de laser para o alvo. Após o feixe ser refletido por todos os pontos, ele é capturado e armazenado pelo mesmo dispositivo que o emitiu. Com isso, ao multiplicarmos o intervalo do tempo entre a emissão e a recepção do feixe, pela velocidade da luz, tem-se como resultado a dupla distancia entre o emissor e o alvo (Yunjae Choung, 2009). É importante pontuar que um único pulso tem a capacidade de refletir múltiplos alvos que se encontrem na visada do equipamento, que por sua vez irá receber múltiplos feixes refletidos. Esse recurso torna possível o levantamento e extração de medidas mesmo em regiões mais arborizadas ou cobertas por vegetação (Falcão, I. 2012).
Embora grande parte dos seus avanços e usos na atualidade sejam direcionados para a área militar devido aos investimentos dos Estados Unidos, o LiDAR tem ganhado espaço entre as geociências, principalmente em monitorização de plantações na agricultura, na modelagem de estruturas e no mapeamento, seja ele geológico, geográfico ou cartográfico (Jung et al., 2018; Li et al., 2019). Este laser é um sensor ativo com capacidade de extrair uma quantidade elevada de dados do terreno, sem sofrer interferências pela falta de iluminação, ou distorções (Sanhueza, 2007). Atualmente consiste em uma das tecnologias mais utilizadas para a aquisição de dados com um volume muito elevado em um curto espaço de tempo (Falcão, I., 2012).
As vantagens do LiDAR comparado aos outros métodos de recolha de informação através de um levantamento móvel incluem alta frequência de varredura (milhares de pontos capturados em um segundo), detecção ativa (fonte de luz própria) , além dos novos sensores capazes de escanear objetos em um campo de visão de 360º (Chakraborty et al., 2019), tendo como produto um modelo tridimensional capaz de apresentar múltiplos objetos com formas fieis a realidade e precisão centimétrica. Em contrapartida, os levantamentos móveis realizados a partir de tecnologia Radar (Radio Detection And Range), são capazes de calcular velocidade de movimentação dos objetos, não dependem de fatores climáticos para operar (enquanto LiDAR exige um céu limpo para estabelecer boa comunicação entre os equipamentos de posicionamento), e conseguem medir distâncias superiores a 200 metros, além de ser uma tecnologia consideravelmente mais barata do que a LiDAR.
Para alguns autores (Bandini et al., 2020; Sexton et al., 2009) que realizaram estudos comparativos entre LiDAR, Radar e fotogrametria relacionados a elevação de arvores em florestas e de corpos aquáticos, o melhor resultado seria proveniente de uma sinergia entre as tecnologias. Uma vez que cada tipo de levantamento de informação se mostra mais eficiente do que o outro para determinado quesito, cabe ao utilizador, definir a melhor tecnologia a ser utilizada para o fim desejado, com base nas predisposições financeiras e climáticas.
3
ÁREA DE ESTUDO
O projeto está sendo desenvolvido para todo o município de Oeiras, incluindo assim as suas 5 freguesias, segundo o regime do limite administrativo atual, como pode ser observado na Figura 2. Possuindo aproximadamente 49 km2, o município é delimitado ao sul pela foz do rio Tejo, fazendo fronteira com os
municípios de Cascais, Sintra, Amadora e Lisboa. Todos estes municípios pertencem à Área Metropolitana de Lisboa, localizada em Portugal Continental.
Figura 2: Município de Oeiras. Localização da área de trabalho do projeto. A imagem digital de satélite utilizada para a confecção deste mapa foi disponibilizada pela Esri através do conjunto de Mapas Base
Por ser uma área muito extensa com aproximadamente 40 mil luminárias a serem cadastradas, acarretando um enorme volume de informação, apenas será abordado no presente documento uma área amostral que possui um volume de informação equivalente a 25% da área total. Essa área amostral refere-se na realidade a União das Freguesias de Oeiras e São Julião da Barra, Paço de Arcos e Caxias, que possuem ao todo 10 mil luminárias, sendo a mais populosa e urbanizada do município (Figura 3), uma vez que dos 172.120 habitantes existentes, 58.149 pertencem a essa freguesia (INE, 2011).
Figura 3:Distribuição urbana do Município de Oeiras. O polígono vermelho indica a localização da área amostral que será relatada no presente documento. A ortofotografia utilizada para confeccionar o mapa foi disponibilizada pela CMO em conjunto com a Municípia S.A.
As principais vias de acesso para a área de estudo que será relatada são as Autoestradas A5 (Autoestrada da Costa do Estoril) e CREL (Circular Regional Exterior de Lisboa), além da Estrada Nacional N6. Atualmente com 13.53 km2, a união de freguesias foi estabelecida em 2013 devido a uma reforma
administrativa nacional estipulada pela Lei n.º 11-A/20131, que estabeleceu a reorganização administrativa
do território das freguesias em todo o país.
1
4
METODOLOGIA
O projeto de cadastro da iluminação pública desenvolvido pela Municípia S.A. propõe a execução de um conjunto de tarefas divididas em três fases. O desenvolvimento destas atividades consiste no levantamento, validação e homogeneização da informação cadastral da rede de iluminação pública, seguindo a metodologia do Manual de Boas Práticas para Cadastro de Iluminação Pública, elaborado pelo Centro Português de Iluminação (CPI) em 2013, e atividades de análise posteriores. As três fases do projeto são as seguintes:
Fase 1: Diagnóstico e caracterização da situação atual
Fase 2: Apresentação das soluções técnicas de melhoria da eficiência energética Fase 3: Estudo da viabilidade econômico-financeira das soluções técnicas propostas.
O estágio realizado na empresa decorreu durante a Fase 1, sendo ela a que irá ser relatada no presente documento. Essa fase também está organizada e divida em etapas de execução, que podem ou não, estar sendo desenvolvidas simultaneamente pelos colaboradores dependendo da finalidade da tarefa, como pode ser observado no esquema apresentado na figura 4.
Por ser um projeto com um volume de informação muito grande, foi acordado entre a empresa e o cliente, em fazer uma partição da informação para que os processos de recolha, produção e análise pudessem ser melhor organizados, distribuídos e processados em menos tempo e com melhor precisão. Para fazer essa partição foram preservados os limites administrativos atuais para as freguesias do município, e posteriormente definido uma sequência de trabalho para a área como um todo. Sendo assim, a primeira área a ser trabalhada foi a União de Freguesias de Oeiras e São Julião da Barra, Paço de Arcos e Caxias, seguida pela União de freguesias de Algés, Linda-a-Velha e Cruz Quebrada, posteriormente pela União de freguesias de Carnaxide e Queijas, freguesia de Barcarena, e por fim, a freguesia de Porto Salvo. O fluxograma apresentado na figura 5 resume as entregas da Fase 1.
Figura 5: Fluxograma da Fase 1, no qual os polígonos preenchidos com a cor verde indicam a ordem em que as tarefas devem ser completadas e a indicação para serem entregues ao cliente.
4.1 Materiais e Métodos
Para a execução do projeto estão sendo utilizados diferentes materiais e métodos de alta tecnologia e precisão com o intuito de entregar ao cliente dados de alta qualidade. Por estarem sendo realizados trabalhos em campo simultaneamente com os trabalhos em gabinete é fundamental o uso de um conjunto de equipamentos e softwares que possibilitem a integração entre a recolha e o processamento da informação. Nos pontos seguintes apresentam-se os equipamentos e softwares utilizados durante o projeto de acordo com a divisão de fases e respectivas divisões de tarefas apresentadas na figura 4.
Fase 1
4.1.1.1 Preparação e desenvolvimento da Base da dados SIG
Após a fase inicial de planejamento com o cliente, em que foram estabelecidos os objetivos quanto à recolha de dados e resultados expectados, foi necessário a formulação de uma base de dados coesa e organizada capaz de armazenar um grande volume de dados de forma eficaz, preservando a individualidade dos dados a serem recolhidos. Para tal, foi escolhido o software pgAdmin4, lançado sob a licença PostgreSQL que é um sistema de gestão de base de dados relacional gratuito e de código aberto capaz de armazenar um grande volume de dados de diferentes fontes simultaneamente. O pgadmin4 é uma ferramenta também gratuita e de código aberto para a administração e gerenciamento da base de dados PostgreSQL, com uma interface mais simples e intuitiva, que tem a aparência de um aplicativo de desktop, e que permite que ele seja executado de forma independente para mais de um usuário ao mesmo tempo. Além de ser compatível com os sistemas operacionais Linux, Unix, OS X e Windows, ele permite que o acesso à base de dados seja feito a partir de um navegador web, dispensando a instalação do aplicativo.
Uma vez que todas as tabelas estavam criadas e relacionadas entre si, foi utilizado o software pgModeler para gerar um modelo de relacionamento entre elas. Podendo assim identificar com maior facilidade como elas se relacionavam em níveis hierárquicos, e partir de que elementos elas se conectavam. Esse software que também é de código aberto, permite a alteração entre as tabelas da base de dados, podendo estabelecer novas relações, adicionar e remover atributos, entre outros, de uma forma muito simples, e intuitiva, facilitando o trabalho de identificação e mitigação de erros.
4.1.1.2
Preparação e introdução de dados existentes: Levantamento
Mobile Mapping
O principal instrumento utilizado nessa etapa foi um veículo equipado com um sistema compacto de mapeamento móvel 3D de alta densidade. O aparelho utilizado pela Municípia capaz de proporcionar esse sistema foi o IP-S3 HD1 da marca Topcon, que oferece uma precisão alta, boa densidade e nuvem de pontos combinadas com imagens panorâmicas de alta resolução a partir de um sistema de dimensões reduzidas, leve e com uma maior facilidade de operação. O sistema de posicionamento do IP-S3 é fruto de uma integração entre uma Unidade de Medida Inercial (IMU), um receptor GNSS (Global Navigation Satellite System) e um odômetro de veículo (Topcon, 2019). No caso do presente trabalho, o receptor GNSS foi instalado e fixado no topo do edifício da Municípia, que está localizado em Porto Salvo, em uma área de altitude elevada, capaz de cobrir todo o município de Oeiras, como pode ser observado na figura 6. O GNSS nada mais é do que um sistema de navegação global que estabelece um posicionamento geo-espacial autônomo através do uso de satélite, de forma que a localização será determinada a partir de um receptor sobre a superfície terrestre.
Figura 6: Localização do receptor GNSS. Imagem retirada e adaptada do software Google Earth (Satélite Copernicos no ano de 2019).
O Sensor Giratório LiDAR (Light Detection And Ranging) (Figura 7) captura o ambiente com uma taxa de 700.000 pontos por segundo. Durante cada rotação, os 32 lasers internos cobrem os 360 graus em todo o sistema, cada um a partir de um ângulo de visão ligeiramente diferente. Dessa maneira as falhas na nuvem de pontos que surgem a partir de obstáculos e ângulos mortos são minimizados (Topcon, 2019).
O equipamento também possui um sistema de câmera digital que conta com 6 lentes de resolução máxima de 8000 x 4000 pixels capazes de gerar imagens de alta resolução em 360 graus, o que possibilita um melhor reconhecimento de traços (Topcon, 2019).
Em conjunto com o equipamento IP-S3 HD1 foi utilizado um computador com o software Mobile Master Field (MMF) que monitora e controla a aquisição dos dados. Com um menu intuitivos, a operação no cockpit2 torna-se mais simples e prática. O software mostra o status de todos os sensores conectados, que
podem ser monitorados em tempo real. Também dispõem da função Play Back que permite a pré-visualização dos dados adquiridos em conjunto com a rota percorrida, o que permite verificar se toda a área pretendida foi levantada corretamente antes de retornar ao escritório (Figura 7 item B e C).
Figura 7: Equipamentos para o Levantamento Mobile Mapping. A: O retângulo vermelho indica o aparelho Topcon IP-S3 HD1. Enquanto o retângulo amarelo indica o computador com os discos rígidos utilizados para armazenar a informação coletada. B) Ecrã com o sistema MMF indicando a localização atual, e as rotas para iniciar o trabalho. C) Tablet com o sistema MMF durante o levantamento mostrando em tempo real a recolha e a construção de um modelo 3D a partir da nuvem de pontos. 1) Odômetro. 2) Sensor Giratório LIDAR. 3) Componente de Posicionamento 4) Componente de imagem. As últimas 4 imagens (1,2,3 e 4) desta figura foram extraídas de Topcon (2016).
Esse equipamento foi utilizado por 3 semanas para fazer a varredura de todo o município de Oeiras, recolhendo todas as informações necessárias para a construção da nuvem de Pontos. Entretanto, para tal, foi necessário realizar um trabalho prévio de identificação e planejamento das rotas a serem traçadas para que fosse possível cobrir toda a área em missões (ou runs) cujo percursos durassem no máximo 1 hora e 30 minutos. As missões tinham essa limitação por uma medida de segurança e praticidade, já que o levantamento trazia consigo um enorme volume de dados (entre 60 e 80 Gigabytes dependendo do percurso), de forma a agilizar o pós processamento dos dados recolhidos e assegurar que não existiria uma
Durante o levamento os dados foram armazenados em discos rígidos instalados no computador localizado no porta-malas do veículo, e no final do dia de trabalho, as informações recolhidas eram descarregadas em gabinete para ser efetuado um pós-processamento em paralelo.
O pós-processamento durou cerca de 2 meses para ser finalizado, e correspondeu a um conjunto de processos de ajuste e correções dos dados referentes à trajetória, à nuvem de pontos e às panorâmicas levantadas. Nomeadamente, o pós-processamento incluiu a sincronização da informação a partir dos dados GNSS obtidos pela estação de referência, correção do posicionamento, um ajuste da informação nos locais em que o carro tinha passado mais de uma vez (ou seja, onde as trajetórias haviam sido sobrepostas), proporcionando a eliminação ou suavização de ruídos na imagem, como constam no fluxograma apresentado na figura 8 a seguir. Todos esses processos foram executados através do software Mobile Master Office (MMO), que é um software de pós-processamento pertencente a Topcon, e desenvolvido para soluções de dados em massa. Esses processos são facilmente replicados e ajustados, de acordo com a finalidade desejada pelo usuário, através do manual de uso do software MMO publicado pela Topcon, e fornecido ao usuário juntamente com o equipamento IP S3 HDI. Entre outras, ele possibilita a extração de dados imprescindíveis para o projeto, ao obter a trajetória do veículo, a partir dos dados medidos pela unidade de medição inercial (IMU), pelo receptor GNSS, pelo odômetro, pelo scanner a laser e pela câmera panorâmica (Topcon, 2016). Os principais dados recolhidos são:
o cálculo de coordenadas no ponto de medição do scanner a laser; geração de imagens panorâmicas;
criação de dados da nuvem de pontos;
conversão e exportação dos dados inicialmente em formato interno da Topcon para outros formatos universais.
Figura 8: Fluxograma do pós-processamento do levantamento Mobile Mapping utilizando o software MMO. Traduzido e modificado de Topcon (2016).
Após a exportação dos dados para um ficheiro com extensão do tipo .LAS (LiDAR Data Exchange File), foi possível iniciar o processo de extração da informação necessária para o cadastro da iluminação pública, a partir da nuvem de pontos utilizando o software Orbit GT 3DM Feature Extraction Standard. A partir da ferramenta de visualização 3D desse software foi possível aferir as medidas relativas ao cadastro e georreferenciar os pontos referentes aos apoios de iluminação pública presentes no município de Oeiras, processos que serão descritos mais detalhadamente no capítulo 6 (Cadastro da iluminação pública para a União das Freguesias de Oeiras, São Julião da Barra, Paço De Arcos e Caxias) deste trabalho.
4.1.1.3 Levantamento de campo
O levantamento de campo é realizado simultaneamente durante todo o processo de cadastro desde a preparação até o momento que antecede a entrega de dados para a determinada freguesia. Entretanto, embora a recolha tenha terminado para a freguesia em específico, ele recomeça para a freguesia a seguir, sem que haja uma pausa nesse processo de transição. É através desta atividade que se reconhece a área de trabalho, elabora e executa um planejamento para que a recolha de informações seja eficaz, e com o menor erro possível. Os equipamentos utilizados durante esta atividade foram:
1. Tablet
Foi utilizado o modelo Getac F1 10 (Figura 9, item B) com um processador robusto capaz de acessar e suportar a base de dados apesar do grande volume de informação presente. Ao dispor de uma capa impermeável acoplada, permitia também o desenvolvimento do trabalho em dias de chuva fraca. O equipamento foi previamente configurado com softwares necessários para o trabalho, tais como:
QuantumGIS (QGIS)
Por ser um software de código aberto o QGIS se comunica de forma simples e sem arramas com a base de dados PostgreSQL, permitindo uma circulação mais fluida e automatizada dos dados recolhidos em campo para a base de dados. Dessa forma, todas as tabelas relativas à iluminação pública são preenchidas em campo através deste software tendo elas um componente geográfico ou não. A utilização deste software de código aberto no equipamento Getac F1 10 que dispõem de uma câmera fotográfica embutida também permitiu que a recolha de fotos dos objetos fosse automatizada, ao sincronizar as fotos com os objetos a medidas em que elas fossem tiradas.
TeamViewer
Com o intuito de auxiliar o trabalho de campo foi necessário estabelecer uma boa comunicação virtual entre as equipes de campo e escritório, e para tal foi escolhido o Team Viewer 14. Esse software permite compartilhar a área de trabalho em tempo real, além da transferência de arquivos entre computadores a partir de um acesso remoto, desde que haja uma conexão boa e estável com a internet. Dessa forma, todo e qualquer obstáculos ou adversidades relacionadas ao preenchimento da base de dados
ou interpretações fora do padrão, pode ser imediatamente discutida com a equipe de escritório, minimizando erros e agilizando o processo de recolha de dados em campo.
2. Distanciômetro
Para todas medidas e informações que não serão possíveis de serem extraídas a partir da nuvem de pontos por meio do software Orbit GT 3DM Feature Extraction Standard serão levantadas em campo com o uso do distanciômetro. Esse equipamento a laser é capaz de medir as distancias no terreno com grande precisão, sendo utilizado no presente trabalho para medir a altura da coluna, da luminária e a largura dos componentes da rede viária (Figura 9 item A).
Figura 9: Equipamentos utilizados para o levantamento de campo. A) Distanciômetro sendo utilizado em campo para validar as medidas extraídas através da nuvem de pontos por meio do software Orbit GT 3DM Feature Extraction Standard. B) Tablet Getac F1 10 configurado para o início de trabalho durante atividade de campo, com o software QGIS aberto e conectado com a base de dados.
4.1.1.4 Entrega de Dados
Na fase inicial de implementação da base de dados foi estabelecido um acordo entre a empresa e o cliente sobre a entrega dos dados armazenados na base de dados. Nele ficou decidido que os dados seriam entregues divido em 5 blocos, 1 para cada união de freguesia do município de Oeiras, para que a realização
validações o arquivo será transferido via plataforma online, acompanhado de um relatório impresso, além de um disco removível com a inserção de todos os dados.
Fase 2
Nessa fase do projeto, será utilizado pela Municípia o software DIALux para calcular a eficiência energética. Esse software que é gratuito e com uma interface simples e intuitiva, conta com dados digitais dos principais fabricantes de luminárias, simplificando o processo de análise e planejamento da iluminação pública.
Fase 3
Com base nas informações provenientes da Fase 1 e 2, será realizada uma pesquisa de mercado a fim de escolher os melhores modelos de luminárias a serem instalados na área. Sendo esses, os que apresentaram um custo associado razoável, e com uma economia elevada. Essa pesquisa de mercado é imprescindível para a realização do estudo de viabilidade econômico-financeira uma vez que o valor a ser investido irá indicar se o plano é rentável ou não.
O estudo de viabilidade econômico-financeira utilizará, dentre outras, a técnica de Retorno Sobre Investimento (ROI), que é uma ferramenta para determinar se rendimentos obtidos a partir de uma quantia de recursos investidos, serão rentáveis ou não. A maneira mais simplificada de calcular o ROI é a partir da fórmula:
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BASE DE DADOS
Para o desenvolvimento do projeto de cadastro em questão utiliza-se um conjunto de dados volumoso, embora apresente apenas 8 entidades principais. Esse grande volume de dados se dá principalmente em razão da extensão da área de estudo. Além disso, alguns formatos de entidade são particularmente volumosos, como é o caso da nuvem de pontos e da ortofotografia. Esses dados possuem proveniências distintas, designadamente a Câmara Municipal de Oeiras, a EDP, a Direção Geral do Território, e trabalho de campo, como pode ser observado no Quadro 2. É importante ressaltar que a maioria das entidades que foram fornecidas pelo cliente para o desenvolvimento do trabalho se encontravam imprecisas por estarem obsoletas e ou desatualizadas, dificultando o desenvolvimento do trabalho.
Quadro 2: Entidades com tabelas do tipo alfanuméricas e geométricas utilizadas durante o desenvolvimento do projeto.
Entidade Geometria Modo de
Aquisição
Extensão do ficheiro
Formato Datum
Instalações (PT + IT) Ponto EDP + Campo .shp Shapefile
ETRS 89 - Portugal TM06
EPSG: 3763 Ponto de Iluminação
Pública (PIP)
Ponto EDP + Campo .shp Shapefile
Ligações Eventuais Ponto Campo .shp Shapefile
Rede Viária Linha CMO / DGT .shp Shapefile
Limites
Administrativos
Polígonos CMO / DGT .shp Shapefile
Ortofotografia Raster CMO /
Municípia
.SID Multiresolution Seamless Image
Database
Nuvem de Pontos Pontos CMO /
Municípia
.LAS LiDAR Data Exchange File
Luminária Não possui Campo .csv Comma
Separated Value Não possui componente geográfico. Entidade Alfanumérica
Circuito Não possui Campo .csv Comma
Separated Value
Quadro Não possui Campo .csv Comma
Separated Value Não possui componente geográfico. Entidade Alfanumérica
Foto Não possui Campo .jpeg Joint
Photographic Experts Group
