Por: Eng. Agrimensor Paulo Borges

Durante décadas, a obtenção das medidas indiretas de distâncias foi, em termos, solucionada a partir da utilização de teodolitos óticos mecânicos com luneta estadimétrica e mira vertical. Entretanto, tais medidas, apresentavam erros da ordem de +/- 20 a 40 cm/100 m, se tornando uma variável que afetava significativamente, e de forma direta, na acurácia posicional planimétrica e altimétrica de pontos sobre a superfície terrestre.

Com o surgimento dos medidores eletrônicos de distâncias (MED’s) a partir da década de 40 (Geodímetro em 1943 e o Telurômetro em 1954), observou-se uma revolução no processo de obtenção de distâncias. A utilização dos MED’s propiciou o usufruto de grandes benefícios dessa tecnologia, com aplicações diretas nas áreas de Geodésia, Cartografia, Topografia, Engenharia Civil, entre outras.
Os MED’s usavam ondas do espectro eletromagnético com variações de comprimento de onda de alguns Ângstrons (luz visível) a 1mm (infravermelho). A partir do desenvolvimento de MED’s por ondas curtas, com comprimento de onda da ordem de centímetros a alguns metros, foram observados grandes avanços em sua utilização, uma vez que estes proporcionavam uma precisão da ordem de +/- 1 a 3 mm/km.

Há poucas décadas, essa tecnologia passou a ser implementada e utilizada em larga escala em equipamentos denominados “Estações Totais”, onde tornou-se possível a obtenção, não só de medidas lineares com grande precisão, bem como angulares, possibilitando ainda a gravação eletrônica em um HD interno para posterior descarga em microcomputadores.

Uma significativa melhoria nas Estações Totais foi observada há alguns anos, com o surgimento de novos equipamentos capazes de obter medidas sobre diferentes superfícies (objetos) sem a necessidade de alvos refletores (prismas ou adesivos especiais). Aliado a esta evolução surgiram os mecanismos servo-motores adaptados às Estações Totais de forma a permitir o controle programado das medições, locações e controle de maquinários (tratores, retroescavadeiras, motoniveladoras, entre outros).

Contudo, tais medidas embora precisas, rápidas e “inteligentes”, eram realizadas de forma pontual, afetando diretamente a produtividade em campo. O aprimoramento de todas as tecnologias citadas se deu mais recentemente, com o surgimento dos sistemas de varredura a laser (Laser Scanner 3D).

Estes equipamentos se sobressaem devido a alta acurácia obtida nos levantamentos, podendo alcançar níveis de precisão na casa do centésimo do milímetro. Cita-se ainda a não necessidade de refletores para a coleta das distâncias aos objetos, além da alta resolução, gerando-se densas nuvens de pontos com taxas superiores a 900.000 pontos/s.

Para gerar coordenadas tridimensionais (X,Y,Z) de pontos sobre uma superfície, os equipamentos laser scanners emitem pulsos de laser com o auxílio de um espelho de varredura. Esse pulso laser atinge o objeto e parte dessa energia volta para o sistema, permitindo o cálculo da distância. Essa distância é determinada através do intervalo de tempo entre a emissão e o retorno no pulso (Dalmolin et al, 2003).
Basicamente são três os princípios básicos de medição a laser:

Triangulação, Time of Flight (TOF) e por Diferença de Fase. 

Os aparelhos baseados no princípio da Triangulação possuem no mínimo um sensor CCD e uma fonte de energia (laser). O pulso laser é emitido e seu retorno é registrado por um ou mais sensores CCDs.

Esse tipo de sistema é adequado para a reconstrução de objetos pequenos e a distância máxima de operação depende da base entre o sensor laser e o sensor CCD. Como a base não é ajustável, essa distância máxima é limitada para atender a precisão. Nesse caso, a exatidão está no nível submilimétrico.

O princípio Time of flight permite estimar a distância através da determinação do tempo de retorno do pulso laser, que é emitido milhares de vezes por segundo. Com isso determina-se a distância e a inclinação de cada observação, que serão utilizadas para calcular a posição 3D de cada ponto da nuvem que forma o objeto.

 

 

No princípio da Diferença de Fase a medição eletrônica utiliza o método de comparação de fase ou a medida da defasagem entre a onda emitida e a onda de retorno. Assim, uma onda eletromagnética de alta freqüência, denominada onda portadora, é modulada em amplitude com um sinal de comprimento de onda muito maior e emitida de maneira contínua. Durante a medição o sinal é refletido pelo objeto e retransmitido para o equipamento onde se gerou o sinal, que será analisado e utilizado para calcular a distancia.

 

Em função da rapidez, qualidade e precisão dos mais variados tipos de Lasers Scanner disponíveis no mercado, observa-se diversas aplicações inerentes a eles. Entre várias aplicações, cita-se algumas principais e amplamente utilizadas com o Laser Scanner:

  • As-built Industrial;
    • Documentação e restauração de edifícios e monumentos históricos;
    • Sítios arqueológicos;
    • Monitoramento de estruturas;
    • Mineração, para cálculo de volumes;
    • Engenharia reversa;
    • Indústria aeronáutica e automobilística permitindo a construção, alinhamento, certificação de ferramentas e moldes e inspeção de peças;
    • Área forense, para registro de cenas de crimes;

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