GABRIEL JUVENIL GARCIA, Softwares Fotogramétricos para Engenharia Civil um levantamento de aplicações e custos;

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

GABRIEL JUVENIL GARCIA

SOFTWARES FOTOGRAMÉTRICOS PARA ENGENHARIA CIVIL: um

levantamento de aplicações e custos

Sinop - MT

2018/1

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT

GABRIEL JUVENIL GARCIA

SOFTWARES FOTOGRAMÉTRICOS PARA ENGENHARIA CIVIL: um

levantamento de aplicações e custos

Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.

Prof. Orientador: Dr. Érico Fernando de Oliveira Martins.

Sinop - MT

2018/1

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

1. Título: SOFTWARES FOTOGRAMÉTRICOS PARA ENGENHARIA CIVIL: um levantamento de aplicações e custos

2. Tema: Estruturas

3. Delimitação do Tema: Manutenção de Estruturas 4. Proponente: Gabriel Juvenil Garcia

5. Orientador: Érico Fernando de Oliveira Martins

6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso 7. Público Alvo: Acadêmicos do curso de Engenharia Civil

8. Localização: Avenida dos Ingás, 3001, Jardim Imperial. 9. Duração: 6 meses.

SUMÁRIO

6.2 RECURSOS GERAIS DA FOTOGRAMETRIA PARA A ENGENHARIA CIVIL .... 11

7 METODOLOGIA ... 13

8 CRONOGRAMA ... 14

1 INTRODUÇÃO

Na comunidade científica constantemente são desenvolvidas novas tecnologias para coletar informações sobre objetos de interesse, desde superfícies até elementos sólidos, com diversas finalidades. Alguns desses processos estão bem difundidos e são utilizados pelos profissionais da Engenharia Civil, já outros, apesar de apresentarem ótimos resultados em pesquisas acadêmicas, não são muito utilizados no mercado, por razões como o alto custo dos equipamentos necessários, a complexidade técnica envolvida, etc.

A Fotogrametria é uma das tecnologias que apesar de aplicações altamente eficientes comprovadas por pesquisa, é pouco utilizada no cotidiano do Engenheiro Civil. Fotogrametria é uma Ciência e Tecnologia que permite a medição de objetos indiretamente a partir de diversas fontes de dados, tendo como fonte primária a fotografia, podendo ser empregada desde o monitoramento de objetos microscópicos até a superfície de outros planetas. Seu conceito fundamental se baseia na relação entre os referenciais do espaço objeto e do espaço imagem por meio de modelos matemáticos.

Assim, partindo do pressuposto que um dos limitadores de uso da fotogrametria seja sua complexidade matemática, a abordagem para torna-la mais atraente seja o uso de softwares fotogramétricos mais amigáveis. Este projeto pretende identificar os softwares fotogramétricos disponíveis para a Engenharia Civil, suas potencialidades e limitações, bem como seus custos. Produzindo um catálogo de consulta para a comunidade de engenheiros civis.

O presente texto está organizado de forma a apresentar inicialmente a Problematização (Capítulo 2), seguida da Justificativa da pesquisa (Capítulo 3) e a Hipótese (Capítulo 4), que embasa os Objetivos Gerais e Específicos (Capítulo 5) da pesquisa. A Fundamentação Teórica (Capítulo 6) é iniciada com uma caracterização da Fotogrametria (Capítulo 6.1), seguido da definição de Fotogrametria de Curta Distância (Capítulo 6.2), que é uma das áreas da fotogrametria de maior proximidade com as engenharias. Na seção de Metodologia (Capítulo 7) é feita uma caracterização prévia dos materiais e métodos envolvidos nas etapas a serem executadas, que estão previstas no Cronograma (Capítulo 8) proposto.

2 PROBLEMATIZAÇÃO

Quais são os softwares fotogramétricos atuais disponíveis no mercado brasileiro voltados à Engenharia Civil e qual é a potencialidade de uso de cada um?

3 JUSTIFICATIVA

A Fotogrametria, oferece recursos de registro da cena, ou seja, captura da imagem que contenha o objeto de interesse, possibilitando que medições sejam feitas repetidas vezes por meio de diversas técnicas. As fotografias, principal fonte de dados para as técnicas fotogramétricas, são capazes de fornecer informação contextual e morfológica dos objetos presentes na cena, sendo possível a sua reconstrução, além de produtos derivados.

Historicamente a fotogrametria fornece soluções para problemas de registro, representação e medição de feições cartográficas e vem contribuindo com técnicas de monitoramento que podem ser aplicadas na Engenharia Civil. Esta aplicação pode ser constatada pela produção bibliográfica científica disponível em bases de dados, que apesar de não indicar uma forte produção nacional de estudos na área, demonstra a relevância do tema. Uma das barreiras de utilização das técnicas fotogramétricas está relacionada a alta complexidade dos modelos matemáticos envolvidos.

Assim, este projeto de pesquisa justifica-se por propor o levantamento dos softwares fotogramétricos disponíveis no mercado para a área de Engenharia Civil, tornando-a mais consumível para as rotinas diárias, auxiliando o engenheiro a incluí-la em seu portfólio de ferramentas técnicas.

4 HIPÓTESE

Há uma diversidade cada vez maior de softwares fotogramétricos voltados para a Engenharia Civil, porém sua utilização na rotina do Engenheiro Civil é modesta devido ao desconhecimento de suas potencialidades, fazendo com que a relação custo-benefício não pareça viável.

5 OBJETIVOS

5.1 OBJETIVO GERAL

Catalogar os softwares fotogramétricos voltados para a Engenharia Civil disponíveis no mercado, verificando seus recursos, potencialidades e custo de adoção.

5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Familiarizar-se com os processos fotogramétricos voltados a área de Engenharia Civil;

• Identificar os softwares fotogramétricos disponíveis no mercado empresarial brasileiro;

• Testar, se possível, os recursos destes softwares por meio de dados de sintéticos;

• Gerar para a comunidade de engenheiros uma relação detalhada de softwares, produtos e custos;

6 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nesta seção são apresentados os conceitos que embasam a presente proposta de pesquisa. Inicialmente é apresentada a definição de Fotogrametria (Seção 6.1), para em seguida ser detalhada a Fotogrametria a Curta Distância (Seção 6.2), que no percurso histórico é o ramo de maior proximidade com as engenharias.

6.1 FOTOGRAMETRIA

O termo fotogrametria deriva das palavras gregas PHOTOS, que significa luz, GRAMMA, que significa algo desenhado ou escrito e METRON, que significa "medir". Portanto, Fotogrametria, de acordo com suas origens, significaria “medir graficamente usando luz".

A Fotogrametria é uma Ciência e Tecnologia que permite a medição de objetos indiretamente a partir de fotografias. Sua aplicabilidade é ampla, podendo ser empregada desde a medição de objetos microscópicos até a superfície da Terra ou de outros planetas. Seu conceito fundamental se baseia na relação entre os referenciais do espaço objeto e do espaço imagem por meio de modelos matemáticos. O principal destes modelos é o modelo de colinearidade, que pode ser escrito na sua forma direta ou inversa. Uma das aplicações da Fotogrametria é a medição de objetos a curta distância, também denominada na literatura de Close Range Photogrammetry (ATKINSON, 1996).

Segundo Wolf (1974), Fotogrametria deve ser definida como a arte, ciência e tecnologia de obtenção de informações sobre os objetos físicos no mundo real e o ambiente, por meio de processos de gravação, medida e interpretação de imagens fotográficas tomadas com câmeras métricas convencionais ou câmeras não métricas, além de modelos de energia eletromagnética radiante. A definição ainda inclui análise de modelos de energia acústica radiante e fenômenos magnéticos.

Para Araújo (2005), a fotogrametria tem como alvo a reconstrução de espaço tridimensional (espaço objeto) a partir de imagens bidimensionais (espaço imagem), possuindo duas áreas distintas de atuação: a fotogrametria métrica e a fotogrametria interpretativa. A primeira relaciona-se à medição precisa a partir da fotografia determinando distâncias, ângulos, volumes, entre outros. Já a fotogrametria

interpretativa foca-se no reconhecimento e interpretação do espaço através de análise.

O rápido avanço da tecnologia projetou a Fotogrametria na era digital e possibilitou a cooptação com outras áreas do conhecimento, tais como: o Processamento Digital de Imagens (PDI), a Inteligência Artificial e a Visão Computacional. A integração de conhecimentos tornou possível a automação de algumas etapas fotogramétricas, no qual se destacam: orientações interiores e relativas, fototriangulação, a geração de MDT (Modelo Digital do Terreno) e a geração de ortofotos digitais.

Devido à esta técnica os mapas topográficos modernos são invariavelmente produzidos por Fotogrametria, pois somente após o início desta foi possível à compilação de mapas topográficos em pequenas escalas. Quase todas as fases de projetos, locação, construção e gerenciamento são conduzidas, se não totalmente, em grande parte, por processos da fotogrametria.

Dentre algumas das principais aplicações da Fotogrametria estão: • Locação de estradas;

• Arqueologia;

• Automação de processos industriais; • Mapeamento;

• Geração de Modelos Digitais de Terreno e Elevação; • Planejamento de superfícies;

• Realidade aumentada;

• Identificação de objetos presentes na superfície física; • Robótica;

• Etc.

A Fotogrametria tem se mostrado uma ferramenta viável na obtenção de formas e medidas de feições de interesse desde o seu desenvolvimento, em meados do século XIX. Porém, a utilização de fotos aéreas, foi a área que permitiu que a Fotogrametria experimentasse grandes avanços (GROETELAARS, 2004).

Em função do posicionamento espacial da câmara e a finalidade, adotou-se na fotogrametria uma classificação para os tipos de obtenção das fotografias, que são a fotogrametria orbital, uma técnica que abrange os casos de fotografias ou imagens extraterrestres onde a câmara pode ser fixada em um satélite artificial; a fotogrametria aérea (aerofotogrametria), envolvida com a geomática onde as fotografias do terreno

são tomadas por uma câmara de precisão acoplada a uma aeronave ou um Veículo Aéreo Não Tripulado – VANT; e a fotogrametria terrestre na qual as fotografias são tomadas de uma posição fixa no terreno (TOMMASELLI et al,1999).

A fotogrametria a curta distância encaixa-se na Fotogrametria Terrestre com o conceito da proximidade entre a câmara e o objeto a ser fotografado (TOMMASELLI et al, 1999). Esta técnica foca na reconstrução de superfícies de objetos cuja distância entre ele e a câmara seja inferior a 100 metros. É uma técnica que vem sendo aplicada em diversas áreas como arquitetura, controle industrial, engenharia civil, artes plásticas e medicina (BRITO & COELHO, 2002).

6.2 RECURSOS

GERAIS

DA

FOTOGRAMETRIA

PARA

A

ENGENHARIA CIVIL

Umas das aplicações mais comuns da fotogrametria de curta distância na Engenharia Civil é o monitoramento de estruturas. No que diz respeito à execução de monitoramento de estruturas, VISEU e ALMEIDA (2000) alertam para necessidade da periodicidade e especialização dos envolvidos na atividade, bem como para a automação na aquisição dos dados. Monitorar uma estrutura do ponto de vista do posicionamento geodésico significa determinar e comparar as coordenadas de pontos em duas épocas distintas, e verificar se, dentro de certo nível de confiabilidade (significância), houveram variações significativas nestas coordenadas (TOMMASELLI, SILVA, & HASEGAWA, 1999).

Em um trabalho realizado em Budapest por Ivany (1987), no intuito de analisar a reparação da ponte Széchenyi Chain sobre o Rio Danúbio, foram efetuados levantamentos que tinham como intuito analisar os deslocamentos verticais ao eixo longitudinal da estrutura, quando sujeita a carga, sendo que, foram analisadas quatro cargas diferentes. O estudo foi analisado a partir da fotogrametria e técnicas de nivelamento e foi comparado com os resultados da simulação numérica do ensaio. Os dois métodos variaram pouco e foram considerados idênticos dos quais variaram de 40 a 60 por cento na ponte não carregada e de 25 a 30 por cento nela carregada.

Além da área de estruturas a fotogrametria pode também ser aplicada na área de infraestrutura, por exemplo execução de uma estrada, onde é utilizada para estudos iniciais, analisando as áreas e as altimetrias do terreno a ser executado, na fase de projeto, tendo em vista a necessidade de uma maior precisão, pode – se

utilizar levantamentos aerofotogramétricos objetivando plantas na escala 1:1000 e 1:500 junto com um radar interferométrico aerotransportado e com o levantamento topográfico convencional podem Modelos Digitais de Terreno (MDT) e Modelos Digitais de Superfície (MDS), sendo útil, por exemplo, na análise da quantidade de solo a ser transportado ou na hidrografia da área.

Um estudo recente, feito por P. Negrão, J.C. Mura, F.F Gama e W. R. Paradella utilizando a fotogrametria foi realizado no complexo minerário de Germano, em Mariana – MG. O trabalho teve como intuito a detecção de deslocamentos superficiais na linha de visada do radar nas estruturas de barragens de Germano, em que foram utilizadas 30 imagens adquiridas com o satélite TerraSAR-X, com intervalo de 11 dias. Com a técnica foi possível detectar deslocamentos da ordem de centímetros na estrutura. A Barragem de Germano é composta por 4 estruturas, Baia 3, Sela e Tulipa, Selinha e Barramento Principal.

Após o processamento digital realizado com as imagens, pode – se notar um deslocamento maior na Sub-estrutura denominada Baia 3 foram detectados deslocamentos de até 8cm e em seu reservatório deslocamentos de até 10cm. Nos diques de Sela e Tulipa e Selinha foram detectados deslocamentos acumulados de até 3 cm e no Barramento Principal de até 4cm. Como a Baia 3 recebe rejeitos finos, essa subsidência é coerente com o processo, pois, existe a acomodação desses rejeitos. No entanto, após o rompimento da Barragem de Fundão, também em Mariana, os autores recomendaram uma maior investigação pois pode estar relacionada a outros fatores de risco.

7 METODOLOGIA

Esta proposta se identifica como sendo uma pesquisa exploratória e sua execução percorre as seguintes etapas:

1º. Revisão bibliográfica para identificação do estado da arte de aplicação da fotogrametria na engenharia civil;

2º. Identificação dos softwares fotogramétricos disponíveis;

3º. Identificação dos processos fotogramétricos disponíveis nestes softwares e os produtos gerados a partir deles;

4º. Processamento simulado, quando possível, a partir de dados sintéticos; 5º. Sistematização e divulgação dos resultados.

A revisão bibliográfica terá como fonte de material repositórios web de artigos científicos (Science Direct, Scopus, IEE Xploe), monografias de programas de pós-graduação (Periódicos Capes) e livros (Biblioteca ou LINE UNEMAT), além disso, pode ser encontradas a partir das palavras chave: fotogrametria, fotogrametria a curta distância e produtos fotogramétricos. A revisão deve abranger a bibliografia já tornada pública em relação ao tema de estudo, tendo como finalidade colocar o pesquisador em contato direto com este material. Esta etapa possibilitará o desenvolvimento da fundamentação teórica que embasará os processos, análises e discussões que irão compor o texto final do Trabalho de Conclusão de Curso.

A segunda etapa envolve a seleção dos softwares fotogramétricos voltados para a engenharia civil, enquanto a terceira etapa se refere a identificar em cada um desses softwares os produtos que podem ser gerados. Para verificar as exigências de familiaridade com os processos fotogramétricos, os softwares selecionados na etapa anterior serão testados a partir de dados sintéticos (dados em condição perfeita, como por exemplo, uma fotografia com em ambiente ideal), na quarta etapa. Por fim, na quinta etapa, serão sistematizados os resultados e divulgados.

Ao final das etapas descritas, por meio do material gerado e dos relatórios descritivos, será confeccionado o texto do Trabalho de Conclusão de Curso.

8 CRONOGRAMA

Aqui estão distribuídas de forma cronológica as tarefas previstas para a execução da presente pesquisa.

ATIVIDADES MESES 1 2 3 4 5 6 Revisão bibliográfica complementar Coleta de dados Processamento dos dados Redação do artigo Revisão e entrega oficial do trabalho Apresentação do trabalho em banca

9 BIBLIOGRAFIA

ARAÚJO, J. J. (2005). Dissertação de Mestrado. Avaliação da dinâmica de áreas

urbanas ocupadas por assentamentos irregulares utilizando visão

estereoscópica por imagens analógica. Universidade Federal de Pernambuco.

ATKINSON, K. B. (1996). Close Range Photogrammetry and Machine Vision. London: University College London.

BRITO, J. N., & COELHO , L. (2002). Fotogrametria Digital. Rio de Janeiro: Instituto Militar de Engenharia.

GROETELAARS, N. J. (2004). Dissertação de Mestrado. Um estudo da

Fotogrametria Digital na documentação de formas arquitetônicas e urbanas.

Salvador: Universidade Federal da Bahia.

IVANYI, M. (1987). Historic Danube Bridges in Budapest. Hungary: Budapest University of Technology and Economics.

NEGRÃO, P., MURA, J.C., GAMA, F.F., & PARADELLA, W.R. (2017). Detecção de Deslocamentos na Superfície da Barragem de Germano, em Mariana-MG, com Série Temporal de Interferometria Diferencial SAR. Instituto Nacional de

Pesquisas Espaciais. Fonte: Novo Asfalto:

https://novoasfalto.com/blog/asfaltofrio-x-pmf/

TOMMASELLI, A. G., SILVA, J. F., & HASEGAWA, J. (1999). Fotogrametria: aplicações a curta distância. Em J. M. MENEGUETE, & N. ALVES, FCT 40

anos, Perfil Científico – Educacional. Presidente Prudente.

VISEU, T., & ALMEIDA, A. B. (2000). Plano de Emergência Interno de Barragens. 5º

Congresso da Água. Lisboa.