Sensores aerotransportados

Imagens de sensoriamento remotos estão cada vez mais presentes no dia-a-dia das pessoas. Há uma gama de possibilidades para coleta de dados, com sensores de alta resolução espacial, hiperespectrais, radar, laser, entre outros.

Com a popularização das imagens do Google Earth, do Nasa World Wind e do Microsoft Virtual Earth, muitos usuários desta "nova geografia" imaginam estar sempre visualizando imagens de satélites. Porém, à medida em que são aproximadas as imagens e pode-se visualizar detalhes como carros e pessoas, mudam também as fontes dos dados, que geralmente são obtidos com sensores aerotransportados.

Estes sensores têm esta denominação pelo fato de serem embarcados em algum tipo de aeronave, que podem ser aviões, helicópteros, balões, ultra-leves, etc.. A aplicação vai desde uma câmara de pequeno formato, embarcada em um aeromodelo, até câmaras de um milhão de dólares, que viajam em aviões que custam outro milhão.

Os segmentos que mais usam mapeamentos com sensores aerotransportados são petróleo & gás, mineração e rodovias, e os principais clientes são grandes companhias de engenharia, além dos governos federal, estaduais e municipais.

Veja a seguir um apanhado sobre os principais tipos de sensores utilizados em aeronaves, com a finalidade de mapeamento.

Ópticos

Sensores ópticos, ou câmaras métricas baseadas em filme, são usados praticamente desde o início do século XX. Neste tipo de mapeamento são usadas câmaras aéreas de grande formato, com negativos de 25 x 25 centímetros, acopladas a aeronaves. As imagens são obtidas através de vôos com sobreposição, tanto no sentido longitudinal como lateral. A sobreposição é útil para que se obtenha a estereoscopia, que é o efeito tridimensional nas imagens.

Para a ligação entre modelos é preciso fazer o apoio de campo, com pontos no terreno com coordenadas conhecidas, ou então através do uso de sistemas inerciais. O produto final é um mosaico de fotos. Uma das desvantagens é que são necessárias operações para atenuar as emendas, problema que aumenta em função da altura de vôo.

A transformação da foto em uma ortofoto diminui os efeitos de distorções das imagens, onde os objetos são "verticalizados" ao máximo. Para este procedimento é necessária a utilização de um Modelo Digital do Terreno (MDT), um processo geralmente de alto custo.

Apesar de ser uma tecnologia relativamente antiga, continua bastante presente no mercado, com câmaras de excelente qualidade, que ainda produzem boas imagens.

Digitais

Assim como as câmaras caseiras de filme estão aos poucos sendo aposentadas, na área de aerofotogrametria não é diferente. As câmaras aéreas digitais apresentam algumas vantagens em relação às baseadas em filme, e a tendência é que em um futuro não muito longínquo elas dominem 100% do mercado. Atualmente, existem aproximadamente 150 câmaras digitais e 700 analógicas no mundo.

A grande vantagem do mapeamento digital é que pode-se ver em campo se o produto não ficou como desejado, e refazer o trabalho. No caso de câmaras ópticas, é preciso enviar o filme para revelação, para então saber se o trabalho foi aprovado. Outra vantagem é que a imagem digital pode chegar a até 16 bits, contra os cerca de 6 bits das imagens analógicas. O processamento e o tratamento dos dados é mais eficiente, pois apresenta bandas RGB, infra-vermelho e pancromáticas separadas.

Uma das desvantagens é o custo maior de aquisição dos dados, o que acarreta, geralmente, em perdas em licitações para as câmaras ópticas. Porém, grandes empresas como Petrobras e CVRD, que reconhecem a qualidade do mapeamento digital, geralmente contratam esse tipo de serviço.

Dependendo da altura de vôo, a resolução das imagens ópticas é superior à de sensores digitais. Neste caso, o pixel chega a no máximo cinco centímetros, e pode-se visualizar postes, muros, marcos delimitadores de dutos, etc., como na imagem abaixo.

Com o mapeamento digital, o trabalho de campo diminuiu drasticamente. Mesmo com a retirada do apoio de campo, pode-se chegar a resultados satisfatórios em algumas aplicações.

Laser

O princípio de funcionamento do laser scanning, ou perfilamento a laser, é o mesmo dos distanciômetros digitais. O sensor emite um laser para o solo e mede o tempo de volta, para calcular a distância até o alvo. Assim, tem-se uma "nuvem" de pontos, que deve ser tratada para possibilitar a extração de informações.

Outra importante característica do perfilamento a laser é a medição da primeira e da última reflexão de cada pulsação Laser, o que permite o processamento posterior para distinção de objetos acima do solo, como árvores, edificações, postes, etc.

As experiências iniciais com esta metodologia começaram em 1993, com um grupo de pesquisa alemão. Atualmente existem sistemas em todo o mundo que fazem perfilamento a laser, mas estão concentrados na Europa, nos EUA, Canadá, Japão, Austrália e África do Sul.

Os sistemas Laser podem operar em praticamente qualquer horário diurno ou noturno. As interrupções ocorrem somente em momentos de chuva ou quando há nuvens muito densas.

É uma tecnologia mais indicada para levantamentos onde o relevo é importante. Mesmo nova, é uma ferramenta com grande margem para futuros desenvolvimentos, em especial nos algoritmos de geração de MDTs, nos sistemas de varredura e na classificação de objetos.

Radar

O princípio de funcionamento do Radar, do inglês Radio Detection And Ranging, é a detecção de objetos à distância, em função da emissão e recebimento de ondas eletromagnéticas refletidas pelos mesmos. Pode ser Polarimétrico ou Interferométrico de Abertura Sintética.

O Polsar, ou Radar Polarimétrico, opera na banda L. Já o Ifsar, ou Radar Interferométrico de Abertura Sintética aerotransportado, opera nas bandas de freqüência X e P e emite, recebe e grava sinais eletromagnéticos, transformando-os em imagens de alta resolução. A banda X reflete o nível do topo das árvores, enquanto a P penetra na vegetação e reflete o solo.

As vantagens do mapeamento por radar são a grande área de abrangência e, principalmente, a independência em função das condições meteorológicas e a possibilidade de voar durante o dia ou noite.

Os produtos finais são modelos digitais de superfície e de terreno, ortoimagens e outros derivados. A Esteio, empresa da área de aerolevantamentos com sede em Curitiba, está em fase final de acertos de uma parceria com a Fugro/EarthData, para a introdução do GeoSAR, um sistema de radar aerotransportado.

Sistemas de posicionamento

Aliados aos sensores aerotransportados, estão os sistemas que fazem o posicionamento das aeronaves, como GPS e sistemas inerciais. No caso dos sistemas inerciais, é necessário obter uma autorização do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, pois a tecnologia é similar à que guia mísseis.

Na realização de vôos apoiados com GPS, cada tomada de foto é acompanhada de um event maker, ou marcador de eventos, que registra a posição segundo a segundo. Além disso, é instalado um receptor GPS em solo, para que sirva de base no posicionamento relativo.

O "apagão aéreo" foi um obstáculo para os aerolevantamentos, devido à necessidade de aprovação de controladores de vôo para as aeronaves de mapeamento. Como algumas aplicações dependem também das condições meteorológicas e de horários ideais de vôo, é preciso conciliar vários fatores para fazer o levantamento, o que às vezes aumenta em muito o tempo para aquisição dos dados.

Complementaridade

A tecnologia a ser utilizada depende da finalidade do que se destina. Em alguns casos, pode-se até mesmo usar uma combinação de dois ou três tipos de sensores em vôos diferentes, como digital e laser por exemplo, para a obtenção do produto final.A competição com as imagens orbitais existe em uma pequena faixa de superposição, na qual as duas tecnologias podem atender a uma mesma aplicação. Porém, na maioria dos casos, os produtos são complementares, pois cada um tem suas aplicações específicas, além de vantagens e desvantagens.

Por Eduardo Freitas Oliveira e Gustavo Ribeiro de Francisco.

(Disponível em: http://www.mundogeo.com.br/)