ESTEIO - APLICAÇÃO DE LASER EM PROJETOS RODOVIÁRIOS DO RODOANEL EM SÃO PAULO

Aplicação de Laser em Projetos Rodoviários do Rodoanel em São Paulo

As aplicações dos levantamentos LASER a partir dos Modelos Digitais de Superfície (MDS) e dos Modelos Digitais de Terreno (MDT) têm sido cada vez mais amplas e usuais.

Com planejamento e parametrização adequados, esses dados podem ser aplicados na área de projetos, principalmente de infra-estrutura como ferrovias, aeroportos e rodovias.

Este é o caso do serviço realizado para subsidiar o projeto de engenharia do RODOANEL em seu trecho LESTE em São Paulo. O levantamento LASER permitiu modelar o terreno em todo o trecho de projeto, com detalhamento necessário para avaliar todos os aspectos de impacto e interferência visando a implantação da obra.

O serviço foi realizado de forma sequencial e dividido em três áreas denominadas lotes, pertencente às projetistas Engevix, Concremat, Maubertec, Figueiredo Ferraz, Planservi e Lenc, responsáveis pelo projeto do Rodoanel trecho Leste.

Os três lotes totalizaram 43 km lineares e os serviços de mapeamento com perfilamento com sensor LASER, referenciados ao Sistema Geodésico Brasileiro, originaram cartas altimétricas na escala 1:5.000, modelos digitais de superfície (MDS) e modelos digitais do terreno (MDT).

As áreas do Lote 01 (50,05 km²), Lote 02 (77,39 km²) e Lote 03 (40,42 km²) estão localizadas e delimitadas, conforme a figura abaixo, que representam o limite das áreas mapeadas, além da identificação da articulação de folhas e sua respectiva numeração.

Figura 01 – Articulação

Figura 02 – Imagem aérea da área do projeto

COBERTURA COM PERFILAMENTO A LASER

O perfilamento com sensor LASER é um levantamento que se destina a captar informações do relevo da superfície terrestre, a partir de um sistema aerotransportado, acoplado em uma aeronave.

Este levantamento realiza uma varredura no terreno, tendo como resultado um conjunto de pontos que definirão o modelo digital de superfície (MDS) e o modelo digital do terreno (MDT), após os devidos processamentos e classificações dos dados captados.

A cobertura com perfilamento a LASER foi planejada conforme as especificações técnicas e contemplada por 27 faixas de vôo, de maneira a cobrir o limite nas áreas do Rodoanel.

O vôo foi realizado de acordo com a ocorrência de condições atmosféricas favoráveis, com existência de algumas nuvens que não trouxeram dificuldades na execução do levantamento.

O levantamento precisa ter uma referência geodésica, que neste caso foi determinada e implantada no momento da definição do eixo do projeto em campo. Este marco foi medido com GPS e nivelamento.

A base utilizada foi a VB-27 com as seguintes coordenadas:

Datum Horizontal: CÓRREGO ALEGRE
Latitude: 23º34’30,39833” S
Longitude: 46º21’23,60018” W
Altura: 784,8188 m
Datum Vertical: MARÉGRAFO DE IMBITUBA

O planejamento do vôo LASER foi realizado definindo-se os parâmetros de vôo e do sensor LASER, para obtenção da nuvem de pontos no terreno,de acordo com os seguintes dados:

Ângulo de abertura (FOV): 30º;
Altura de vôo: 1.300 metros;
Largura da faixa: 700 metros;
Superposição lateral (entre faixas): 30%;
Número de faixas: 27;
Densidade de pontos (média): 1,5 / m².

O plano de vôo gráfico está ilustrado na figura abaixo, considerando dois blocos de vôo LASER de forma a cobrir com o levantamento os três lotes do projeto.

Figura 03 – Plano de vôo gráfico

O sistema aplicado no levantamento era composto basicamente por um scanner a LASER com abertura de 70º e freqüência de até 150 kHz, um sistema de referência inercial (IMU) e um receptor GPS, instalados numa aeronave.

As figuras abaixo ilustram o sistema aplicado neste serviço.

Figura 04 - Sensor ALS 50, instalado a bordo da aeronave

Processamento dos dados LASER

O processamento dos dados LASER é realizado de forma seqüencial, de maneira a atender requisitos importantes de verificação e controle de qualidade dos dados captados, garantindo dessa forma o sucesso do mapeamento.

Inicialmente é realizado um pré-processamento dos dados do vôo LASER, de forma preliminar, para avaliar os seguintes itens:

Nuvens ou obstáculos verticais;
Solução GPS base / GPS Aeronave / IMU;
Sobreposição lateral;
Densidade de pontos.

Após a fase de verificação preliminar da qualidade do vôo, foi realizada uma verificação da qualidade altimétrica do vôo, com a uma estatística comparativa entre os pontos do LASER e os pontos de verificação de campo, que neste caso foram os mesmos pontos da poligonal principal e secundária implantada ao longo do eixo da rodovia.

Com o processamento definitivo, obteve-se a nuvem de pontos que contém todo o processamento e a partir disso procedeu-se a classificação dos pontos para a geração do MDT.

A exatidão dessa classificação automática depende de alguns fatores, tais como tipo de cobertura vegetal, densidade, presença de subcamadas vegetais, presença e densidade de edificações, de modo que em áreas densamente florestadas, como é o caso da região levantada ou em áreas densamente edificadas é feita uma verificação manual dos resultados a fim de garantir a precisão do levantamento.MDT MDS e curvas de nível

Produtos Finais

Neste serviço foram contemplados três tipos de produtos, sendo: o Modelo Digital de Superfície (MDS), o Modelo Digital do Terreno (MDT) e as Curvas de Nível com eqüidistância de 1m.

O modelo digital do terreno foi preparado através de programas computacionais, que identificaram os elementos altimétricos, transformando-os em uma superfície que representa corretamente o relevo nas imagens digitais.

Este processamento dá origem a dois conjuntos de pontos, sendo os pontos referentes ao terreno o MDT, representados na figura abaixo na cor magenta e os associados a outros objetos o MDS na cor verde.

Figura 05 – Exemplo de arquivo de pontos

Na figura abaixo é possível observar o MDT do serviço a partir da representação hipsométrica da nuvem de pontos, considerando que os pontos mais baixos estão representados na cor azul e aplicando-se uma escala de cores, os pontos mais altos estão representados na cor vermelha.

Figura 06 – MDT do Rodoanel Leste

Nesta representação, foi possível analisar espacialmente as regiões de maior elevação, bem como, as regiões mais planas. O processo de edição do MDT, que foi realizada sobre esses modelos de imagem, foi facilitada a detecção de pontos que não faziam parte da superfície do terreno e a visualização das feições.

Os MDS dos serviços são apresentados após a filtragem dos pontos intermediários. Esse processo é automatizado para otimização de tempo e erros que ocorreriam num processo manual.

Os pontos que fazem parte deste produto são os primeiros retornos que ocorreram no perfilamento.

A imagem de composição é a junção de uma imagem hipsométrica e uma imagem de intensidade. Através da imagem de composição abaixo foi possível visualizar, analisar e medir as principais feições da área.

Figura 07 - Exemplo de Imagem de Composição

Figura 08 - Exemplo de Imagem de Composição em 3D

A partir dos pontos do MDT já filtrados e depurados, formando a "nuvem" de pontos LASER referente ao terreno, utilizando-se de algoritmos do tipo TIN (Triangle Irregular Network) para formação de triângulos, foi realizada a geração das curvas de nível com equidistância de 1m.