Levantamento topográfico expedito de boçorocas com telêmetro a laser

7/25/2019 Levantamento topogrfico expedito de boorocas com telmetro a laser

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15 Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental 1

15 Congresso Brasileiro de Geologia de Engenharia e Ambiental

LEVANTAMENTO TOPOGRFICO EXPEDITO DE

BOOROCAS COM TELMETRO A LASER

Samuel Barsanelli Costa 1; Thiago Bueno de Araujo 2

ResumoO levantamento topogrfico planialtimtrico uma etapa fundamental em projetos decontrole de processos erosivos e inmeras tcnicas tm sido estudadas e aplicadas a esse fim,dentre as quais se apresentam os telmetros a laser (Laser Rangefinder), sensores de distnciaque se destacam pela facilidade de uso, alta produtividade e possibilidade de emprego simultneocom sensores de inclinao (hipsmetros), bssolas eletrnicas e receptores DGPS, compondosolues de mapeamento de baixo custo e mdia acurcia. Com o objetivo de aplicar essatecnologia na caracterizao de processos erosivos, este trabalho apresenta o levantamento

topogrfico expedito da booroca de reativao da cabeceira do crrego do Grito (Rancharia/SP),demonstrando seu potencial na representao de sees transversais e delimitao de contornos,com destaque s funcionalidades de triangulao e georreferenciamento de pontos remotos.

AbstractLand surveying is a key step in erosion control projects and numerous techniques havebeen studied and applied for this purpose, among which are laser rangefinders, distance sensorsthat overcomes by its user friendly operation, high productivity and the possibility of runningtogether with tilt sensors, electronic compass and DGPS receivers, making low cost mappingsolutions with medium accuracy. In order to apply this technology in the characterization of gullies,this work presents a moderate accuracy survey over the headward erosion of Gritos stream(Rancharia/SP), showing its potential in representing cross-sections and delimiting boundaries,

highlighting its laser offset functionality.

Palavras-ChaveEROSO; BOOROCA; MAPEAMENTO; LEVANTAMENTO TOPOGRFICOEXPEDITO; HIPSMETRO; TELMETRO; LASER.

1 Eng. Amb., Instituto de Pesquisas Tecnolgicas - IPT: So PauloSP, (11) 3767-4096, [email protected]

2 Eng. Amb., Universidade Federal do ABC: Santo AndrSP, [email protected]


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1. INTRODUO

O levantamento topogrfico planialtimtrico uma etapa fundamental em projetos decontrole de processos erosivos. Em conjunto com a caracterizao geolgico-geotcnica,proporciona o entendimento da sua dinmica de evoluo superficial e subsidia a proposio demedidas de engenharia para a estabilizao de seus taludes e reduo dos riscos s reas

adjascentes.Inmeras tcnicas tm sido estudadas e aplicadas representao planialtimtrica de

eroses, para fins de obteno de sees transversais representativas da massa de solo erodidae volumes de perda de solo. Nesses estudos, os mtodos topogrficos convencionais, tais comoestaes totais, so sistematicamente comparados com novas tcnicas de sensoriamento remotoe varredura laser (terrestre e aerotransportada), em termos de acurcia e produtividade(BREMER; SASS, 2012; CASTILLO et al., 2012; DESPRATS et al., 2013; GMEZ-GUTIRREZet al., 2014; PERROY et al., 2010; RESOP; HESSION, 2010; VINCI et al., 2015).

Dentre as novas tecnologias que buscam otimizar tempo e custo, produzindo levantamentosde campo com confiabilidade, apresenta-se o telmetro a laser (Laser Rangefinder), que utilizafeixes de laser para determinar a distncia a um objeto, baseado na estimativa de tempo que opulso de laser leva para chegar ao alvo, ser refletido e retornar ao equipamento. Tal tecnologia foiapontada como melhor prtica no levantamento morfolgico de canais fluviais pelo ServioFlorestal dos Estados Unidos da Amrica (LANIGAN et al., 2013), devido sua facilidade de uso,produtividade e reduzido tempo de treinamento das equipes.

Atualmente, encontram-se disponveis no mercado produtos que incorporam sensores alaser de distncia (telmetros), sensores de inclinao (hipsmetros) e bssolas eletrnicas,produzindo rotinas de clculos trigonomtricos que integram as leituras de forma simultnea.

Comparados com tcnicas de referncia, reconhecidas por sua comprovada acurcia e altadensidade de aquisio, os hipsmetros-telmetros a laser so classificados como medidores demdia acurcia. O tempo de levantamento comparvel ao de uma estao total. Se comparado

varredura laser terrestre (Terrestrial Laser Scanner), os custos chegam a ser trinta vezesmenores, com erros percentuais (em rea) da ordem de 10%, subestimando as seestransversais. Tal erro, no entanto, pode ser reduzido desde que calibraes prvias sejamconduzidas em campo (CASTILLO et al., 2012).

O objetivo deste trabalho apresentar a aplicao de uma soluo de mapeamento a laser,composta por um telmetro-hipsmetro e um GPS diferencial (DGPS), no levantamentotopogrfico expedito de um processo erosivo localizado no municpio de Rancharia/SP.

2. MATERIAIS E MTODOS

2.1. Caracterizao da rea de estudo

O processo erosivo levantado localiza-se no municpio de Rancharia/SP, ao sul da AvenidaDom Pedro II (Figura 1). Trata-se de uma booroca de reativao da cabeceira do crrego doGrito, afluente do ribeiro Rancharia/ribeiro Capivari/rio Paranapanema. Sua bacia decontribuio abrange a poro oeste da rea urbana do municpio.


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Figura 1. Localizao da rea de estudo.

O substrato rochoso da rea de estudo composto pelos arenitos da FormaoAdamantina, correlata ao Grupo Bauru, de idade cretcea (Bacia do Paran). O relevocaracteriza-se por colinas amplas, com declividades predominantes entre 0 - 3% e 3 - 6% eamplitudes locais de at 100 m. Predominam solos do tipo Latossolo Vermelho-Amarelo fasearenosa, ocorrendo tambm solos hidromrficos e depsitos aluvionares junto s linhas dedrenagem. Os perfis de alterao so caracterizados por um horizonte de 6 a 8 m de solo

superficial arenoso, homogneo e de cor vermelha-castanho. A passagem para o horizonte desolo saproltico ou residual jovem gradual. Afloramentos do saprolito ou do arenito alterado s sefazem presentes em alguns trechos dos talvegues das drenagens (INSTITUTO DE PESQUISASTECNOLGICAS, 1997).

2.2. Metodologia

O levantamento topogrfico expedito, proposto para fins de definio de diretrizes erecomendaes para estabilizao da booroca do crrego do Grito, consistiu na delimitao desua borda (crista dos taludes laterais, onde se identifica uma mudana brusca de declividade, a

partir do qual o relevo apresenta suas caractersticas morfolgicas originais) e na representaogeomtrica de algumas sees transversais ao longo do processo.

Foi utilizado um hipsmetro-telmetro a laser modelo TruPulse 360B, produzido pela LaserTechnology, e um receptor DGPS modelo MobileMapper 20, produzido pela Spectra Precision(Figura 2). Nessa soluo de mapeamento, o hipsmetro-telmetro responsvel pelo clculo dasdistncias, ngulos e azimutes, e o DGPS pela amarrao geogrfica dos pontos deestacionamento do hipsmetro-telmetro (estaes base). Os equipamentos foram montados emum trip de fibra de carbono e distanciados em 50 cm, devido sensibilidade da bssola a objetosmetlicos e eletrnicos.

Segundo os fabricantes, a acurcia esperada do TruPulse 360B para distncias da ordemde 30 cm (para alvos tpicos) a 1 m (para alvos de baixa reflexo), 0,25 para ngulos de

inclinao e 1 para azimute. Quanto ao MobileMapper 20, a acurcia para posicionamento ps-processado da ordem de 70 cm.


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Figura 2. Hipsmetro-telmetro (A) e DGPS (B) montados em um tripde fibra de carbono (C).

O hipsmetro-telmetro utilizado possibilita a medio direta de alvos, tendo o seu eixocomo referencial da triangulao (Figura 3) ou a medio de alvos remotos (Missing Line),retornando como resposta a triangulao entre dois pontos afastados do seu eixo (Figura 4). Asleituras de distncia em projeo horizontal (HD), projeo vertical (VD), distncia inclinada (SD),ngulo de inclinao (INC) e azimute (AZ) so exibidas na ocular do equipamento e a cada novamedio os dados anteriores so perdidos (no h memria interna de armazenamento).

As informaes exibidas pelo equipamento foram transcritas em planilhas de campo,tradicionalmente utilizadas em levantamentos topogrficos, com tomada das coordenadas daestao base (ps-processadas a posteriori), altura do equipamento, identificao do ponto

visado, altura da baliza, distancia horizontal, vertical e inclinada, ngulo de inclinao e azimute.Foi elaborada uma placa reflexiva, instalada sobre baliza, com altura ajustvel (Figura 5), parafacilitar a visualizao do alvo na ocular do hipsmetro-telmetro; no caso medies na prpriasuperfcie do relevo (sem uso de baliza), a altura da baliza na planilha foi identificada por zero.

Figura 3. Hipsmetro-telmetro em modo de medio direta.


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Figura 4. Hipsmetro-telmetro em modo de medio de alvos remotos(Missing Line).

Figura 5. Placa reflexiva montada sobre uma baliza, com altura ajustvel.

A soluo de mapeamento empregada tambm possibilita a realizao degeorreferenciamento remoto de pontos a partir de uma nica estao base, facilitando adelimitao da borda da booroca. Para essa rotina, so necessrias as coordenadas (projetadas)da estao base, as distncias horizontais para os alvos e os azimutes (em radianos), aplicadosna forma da Equao 1 (coordenada EW) e Equao 2 (coordenada NS). Para a leitura correta doAzimute, o hipsmetro-telmetro possibilita a definio da declinao magntica na rea deestudo, para o momento da realizao do levantamento.


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3. RESULTADOS

A Figura 6 apresenta as dez sees transversais levantadas na booroca e a delimitao desua borda, em planta. As sees transversais foram alocadas de forma a melhor representar asdiferenas morfolgicas ao longo do processo erosivo. Devido ao porte da vegetao,principalmente na margem esquerda (Figura 7), algumas medies foram dificultadas, motivo peloqual as sees no apresentam seu traado perfeitamente retilneo e o levantamento das seesC, D e E no foi estendido para alm dos limites da borda.

Figura 6. Vista em planta das sees transversais e da borda da booroca. Nanomenclatura das estacas, a primeira letra refere-se estaca cravada (E), a segunda seo (A a J) e a terceira margem (D, direita).

A cota topogrfica das estacas foi obtida por meio de nivelamento e contranivelamento (parafins de correo de eventuais erros de medio), atribuindo-se estaca EAD a cota de referncia100 m. As estacas (margem direita) tambm foram definidas como origem cartesiana das sees(x = 0 m). Um sumrio desse levantamento apresentado naTabela 1,Figura 8 e Figura 9. Todas

as sees so apresentadas com o referencial de visada para montante (menores valores do eixox representando a margem direita).


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Figura 7. Vista do talude lateral esquerdo, densamente vegetado.

Tabela 1. Cota das sees transversais

Figura 8. Detalhe da seo A (medidas emmetros, exagero vertical de 3x).

Seo Cota (m)

A 100,0B 98,7C 97,0D 97,7E 95,0F 92,4G 90,7H 87,9I 84,6J 83,3

Seo A Seo B Seo C Seo D Seo E

Seo F Seo G Seo H Seo I Seo J

Figura 9. Sees transversais (medidas em metros, exagero vertical de 4x).

85

90

95

100

-30 -20 -10 0 10 20 30 40


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Os trabalhos de campo demonstraram que, apesar da capacidade de resposta dohipsmetro-telmetro em alvos no reflexivos (diretamente na superfcie do relevo), obteve-semaior confiabilidade na medio sobre a placa reflexiva instalada na baliza. Entretanto, leiturassobre alvos no reflexivos so possveis, desde que seja possvel garantir que no haja obstruono caminho a ser percorrido pelo feixe laser. A presena de folhas de arbustos ou gramneas, porexemplo, tanto prximas ao equipamento quanto prximas ao alvo, podem obstruir o feixe eproduzir uma falsa resposta na medio. Cabe ao operador, nesses casos, a percepo sobre a

coerncia da leitura.

A exemplo, comparando-se medies sobre taludes com solo exposto (Figura 10), semobstruo da visada, em distncias da ordem de 20 metros, no foram observadas diferenas nasleituras com e sem a utilizao do alvo reflexivo.

Figura 10. Talude com solo exposto, onde foram obtidas medidas iguaiscom e sem o uso de alvo reflexivo, em distncias da ordem de 20 m.

Nesse contexto, considera-se importante que futuros trabalhos adotem como protocolo acalibrao metdica, in loco, a partir da medio de distncias horizontais conhecidas (medidascom trena, por exemplo) sobre alvos distintos, reflexivos e no reflexivos (solos com diferentescaractersticas de cor e textura, vegetao, diferentes condies de luminosidade), a fim de

identificar possveis erros sistemticos de leitura.

Por fim, destacam-se, ainda, os seguintes aspectos da aplicao da soluo demapeamento a laser, apresentada nesse trabalho, no levantamento topogrfico expedito deboorocas:

i. A exatido nominal do hipsmetro-telmetro (30 cm) mostrou-se satisfatria, umavez que o levantamento topogrfico expedito no apresenta critrios de exatido.Apesar de no ter sido conduzida nenhuma comparao sistemtica com outrosmtodos, a percepo dos operadores foi de medies com erros inferiores aonominal para pequenas distncias, demonstrando a necessidade de comparaocom outros mtodos em futuros trabalhos;

ii. A utilizao de GPS diferencial para georreferenciamento das estaes base fundamental, a fim de garantir a confiabilidade do levantamento. Ele necessrio,principalmente, para a delimitao das bordas, uma vez que essa atividade demanda


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a movimentao constante do equipamento, posicionando-o em pontos de visadafavorveis aos diversos trechos a serem levantados;

iii. Visadas parcialmente obstrudas por rvores ou gramneas devem ter atenoredobrada, uma vez que obstculos com possibilidade de movimento com o ventopodem, subitamente, interceptar o feixe laser, gerando falsa leitura. Uma vez mais,cabe ao operador a percepo sobre a coerncia das medies;

iv. Vislumbra-se a possibilidade de utilizao dessa soluo de mapeamento emlevantamentos topogrficos expeditos com produo de mapas de curvas de nvel,sendo necessrio o desenvolvimento de estudos que definam os limites aceitveisde equidistncia das curvas, de acordo com a acurcia do equipamento e condiesde uso.

4. CONCLUSES

A utilizao de hipsmetros-telmetros a laser tem sido ampliada nos ltimos anos, emespecial por sua capacidade de georreferenciamento e triangulao de pontos remotos,aumentando a produtividade dos trabalhos de campo e proporcionando maior segurana aosoperadores em locais de difcil acesso. O presente trabalho demonstrou seu potencial de uso nacaracterizao de processos erosivos, sendo que os resultados mostraram-se satisfatrios paralevantamentos topogrficos expeditos de mdia acurcia.

Para futuros trabalhos, recomenda-se a calibrao prvia do hipsmetro-telmetro in loco, apartir da medio de distncias horizontais conhecidas sobre alvos distintos, reflexivos e noreflexivos, a fim de identificar possveis erros sistemticos de leitura.

REFERNCIAS

BREMER, M.; SASS, O. Combining airborne and terrestrial laser scanning for quantifying erosionand deposition by a debris flow event. Geomorphology, v.138, n.1, p.4960, 2012.

CASTILLO, C. et al. Comparing the Accuracy of Several Field Methods for Measuring GullyErosion. Soil Science Society of America Journal, v.76, n.4, p.1319, 2012.

DESPRATS, J. F. et al. Mapping Linear Erosion Features Using High And Very High ResolutionSatellite Imagery. Land Degradation & Development, v.24, n.1, p.2232, 2013.

GMEZ-GUTIRREZ, . et al. Using 3D photo-reconstruction methods to estimate gully headcuterosion. CATENA, v.120, p.91101, 2014.

INSTITUTO DE PESQUISAS TECNOLGICAS. Diagnstico e proposio de medidasemergenciais e corretivas para 03 eroses de grande porte, localizadas no permetro urbano do

municpio de Rancharia/SP. IPT, 1997. (Parecer Tcnico 7.146).

LANIGAN, S. et al.Aquatic and Riparian Effectiveness Monitoring Program: 2012 Annual Report.USDA Forest Service/USDI Bureau of Land Management, 2013.

PERROY, R. L. et al. Comparison of gully erosion estimates using airborne and ground-basedLiDAR on Santa Cruz Island, California. Geomorphology, v.118, n.3,n.4, p.288300, 2010.

RESOP, J. P.; HESSION, W. C. Terrestrial Laser Scanning for Monitoring Streambank Retreat:Comparison with Traditional Surveying Techniques. Journal of Hydraulic Engineering, v.136, n.10,p.794798, 2010.

VINCI, A. et al. Measuring rill erosion by laser scanning. CATENA, v.124, p.97108, 2015.

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