Utilização da tecnologia LiDAR na topografia

A delineação exata e pormenorizada de um terreno, de uma região, com todos os seus acidentes geográficos, há anos tem se baseado tradicionalmente no uso de instrumentos como o teodolito, o nível, a estação total e o GPS.

Em meados do século XIX, com o avanço da tecnologia de aquisição de imagens, surgiu a fotogrametria, técnica na qual fotografias aéreas são utilizadas para determinação da topografia de uma área.

No século XX, a descoberta da tecnologia LiDAR, acrônimo para Light Detection and Ranging, iniciou uma revolução na aquisição de informações geoespaciais 3D para estudos topográficos.

A tecnologia LiDAR é uma forma de detecção remota que utiliza luz emitida por sensores laser para medir a distância do sensor até objetos que são escaneados.  O produto bruto de equipamentos LiDAR são as nuvens de pontos, que reproduzem o ambiente escaneado em 3D com alto nível de detalhe estrutural.

Quando comparada aos métodos tradicionais de estudos topográficos, o uso de sensores laser provê uma maior capacidade de aquisição de dados, de modo rápido, automatizado e padronizado em grande escala. Isso garante um mapeamento detalhado de extensas áreas de interesse em um curto intervalo de tempo.

Ao contrário da fotogrametria, o LiDAR é uma tecnologia de sensoriamento remoto capaz de coletar dados topográficos e estruturais de ambientes florestais simultaneamente, ou seja, é capaz de penetrar a vegetação, coletando coordenadas 3D diretamente ao nível do solo.

Os sistemas LiDAR basicamente estão apoiados sob dois tipos de plataformas: o laser scanner aerotransportado, do acrônimo em inglês ALS (Airbone Laser Scanner) e o laser scanner terrestre, TLS (Terrestrial Laser Scanner). O laser aerotransportado é o indicado para estudos topográficos, devido a sua capacidade de mobilização e potencial de aquisição de uma grande quantidade de pontos com alta precisão.

Vejamos abaixo alguns produtos topográficos obtidos através de levantamentos que utilizam a tecnologia LiDAR.

Produtos topográficos

Um dos produtos gerados a partir de uma nuvem de pontos ALS, com pontos de solo classificados, é o modelo digital de terreno (MDT) de alta resolução espacial (Figura 1), a partir do qual derivam-se diversas camadas de informação úteis a atividades vinculadas ao planejamento de propriedades, agricultura e silvicultura de precisão, zoneamento rural e urbano, malhas hidrográficas etc.

Figura 1. Modelo digital de terreno.

Um MDT de alta resolução permite que sejam gerados mapas de declividade (Figura 2) e orientação do terreno (Figura 3) de alta precisão, servindo de base na construção de mapas hidrográficos, delineamento de estradas e definição de áreas de preservação.

Figura 2. Mapa de declividade com 0,5 m de resolução espacial.

                 

Figura 3. Mapa de orientação do terreno com 0,5 m de resolução espacial.

O MDT de alta resolução permite o traçado da malha hidrográfica fina, além do delineamento do perímetro das microbacias (Figura 4).

Figura 4. Malha hidrográfica e microbacias hidrográficas.

Mapas solares (Figuras 5 e 6) são outros produtos derivados do MDT de alta resolução, fornecendo informações úteis ao microplanejamento da propriedade, a partir dos quais pode ser feita estratificação de propriedades rurais num contexto de agricultura de precisão. Estes mapas permitem o zoneamento da propriedade por diferentes culturas e de forma sazonal, conforme o nível de exposição solar do terreno ao longo do ano.

Figura 5. Mapa de incidência solar direta.

Figura 6. Mapa de irradiância global no período do verão.

A combinação de dados sobre incidência solar com as malhas hidrográficas e topográficas subsidia ainda o planejamento urbano, estabelecimento de plantas de energia solar, mapas de produtividade para diferentes culturas, predição de desastres naturais etc.

A obtenção simultânea das camadas de pontos de superfície da vegetação e do solo permite a normalização dos dados florestais (Figura 7), em que se obtêm os dados de altura da vegetação relativamente ao solo, gerando um Canopy Height Model (CHM) onde não há influência da topografia.

Figura 7. Nuvem de pontos normalizada – sem influência da topografia.

Essa camada, em alta resolução, serve como base para detecção de árvores individuais, falhas de plantio, traçado de linhas de plantio, diferenciação de áreas de floresta plantada e floresta nativa etc.

O resultado do Modelo Digital de Cobertura do Dossel (Figura 8) pode ser observado abaixo. Na área destacada é possível visualizar estratos diferentes da vegetação de acordo com a altura (m).

Figura 8. CHM com resolução espacial de 0,5m.

Por combinação das malhas topográficas e hidrográficas, derivam-se áreas de preservação permanente na paisagem (Figura 9).

Figura 9. Áreas de preservação permanente sobrepostas ao CHM.

Com inúmeras aplicações, a utilização da tecnologia LiDAR na topografia contribui para ganhos em precisão, detalhamento da área mapeada, rapidez no levantamento de dados e, consequentemente, melhora na qualidade dos trabalhos.

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