Potencialidades da Geomática no desenvolvimento da … · da modelagem matemática, da definição dos sistemas de referência terrestre, da representação espacial e do posicionamento

Irineu da Silva

Escola de Engenharia de São Carlos - USP

Potencialidades da Geomática no desenvolvimento

da Engenharia de Transportes.

Geomática

Termo utilizado para definir a área do conhecimento científico que

engloba as ciências, as técnicas e os métodos que tratam da medição,

da modelagem matemática, da definição dos sistemas de referência

terrestre, da representação espacial e do posicionamento de objetos na

superfície terrestre ou próximos a ela, de forma a agrupá-las em uma

matéria de estudo coerente com as novas tecnologias e necessidades

da engenharia.

Resumidamente, pode-se entender a Geomática como o agrupamento

dos conhecimentos científicos relacionados a determinação geométrica,

físico-espacial e temporal de objetos da superfície terrestre ou próximos

a ela.

Por Irineu da Silva – Maio/2017

Áreas de Aplicações da Geomática na Engenharia

de Transportes

As áreas de aplicações da Geomática na Engenharia de Transportes

são diversas. Resumidamente se destacam:


• Coleta de dados de campo – Informações topográficas e cadastrais

para suporte aos projetos de transportes;

• Modelagem dos dados – Estabelecimento da base de dados

geográficos (georreferenciados) sobre a qual se baseiam os projetos

de transporte;

• Desenvolvimento de aplicativos específicos;

• Representação gráfica e disponibilização de dados digitais.

Meu objetivo aqui hoje!


• Estimular a sua imaginação;

• Apresentar o estado da arte das principais áreas

de pesquisa relacionadas ao uso da Geomática

na Engenharia de Transportes;

• Incentivar a inovação e mostrar diretrizes para

novas pesquisas e desenvolvimentos científicos.

Áreas de destaque das aplicações da Geomática

na Engenharia de Transportes


• Navegação por satélites - Mobilidade controlada;

• Tecnologia UAV;

• Sistemas de controle de máquinas para

construção da infraestrutura rodoviária.

Navegação por satélitesPor Irineu da Silva – Maio/2017

Navegação por satélites


Na área de navegação por satélites os avanços

mais significativos têm ocorrido nos seguintes

aspectos:

• Lançamento de novas constelações de satélites e

soluções WAAS (Wide Area Augmentation

System);

• Posicionamento automotivo;

• Navegação indoor e urbana.


Uso do UAV para a

Engenharia de Transportes

Na área de transportes a tecnologia UAV está presente:

Projeto Geométrico da Via

Construção da Via

Operação da Via

A Tecnologia UAV na Engenharia de Transportes



As aplicações na engenharia de transportes,

entretanto, ainda podem ser consideradas restritas

devido, principalmente, aos poucos estudos que

estão sendo desenvolvidos nessa área. Mesmo

assim, encontram-se estudos relacionados tanto ao

uso das imagens qualitativas como quantitativas.

Qualitativas – Uso das imagens sem preocupação

com a orientação fotogramétrica.

Quantitativas – Uso de imagens orientadas

fotogrametricamente.



Estudos realizados com o uso de imagens

qualitativas na engenharia de transportes:

1.Monitoramento de incidentes;

2.Monitoramento da infraestrutura;

3.Análises das condições de pavimentos;

4.Monitoramento de tráfego;

5.Vigilância e reconhecimentos por câmeras aéreas;

6.Gestão de áreas em construção;

7.Outros.



Estudos realizados com o uso de imagens

quantitativas na engenharia de transportes:

1.Mapeamento de pequenas áreas;

2.Reconstrução de superfícies 2D e 3D;

3.Outros.


O voo fotogramétrico convencional


A montagem fotogramétrica convencional


Sensor Digital Aéreo

Terminal

Operador

Sensor

Digital

Aéreo

Unidade de Controle

e Armazenamento


Sensor Laser Aéreo: Componentes


Sensor Laser Aéreo: Componentes

Superfície

Unidade de

Controle e

Armazenamento

Antena

GNSS

Sistema

IMU

Detector

Receptor

Transmissor

Laser

Unidade

Defletora


Exemplos Aplicativos

Section of City of Pavia, Italy

3D city models, ALS depending on point density has poor

quality at building edges

© CGR,Parma


Novas plataformas de voo

Octocopter

Vertical take-off

Flying 15 min

Payload 1.5 kg

Plane

Hand take-off

Flying 40 min

Payload 1 kg


30 minutos de voo com payload de 5 kg

O Drone montado na UNESP de Presidente

Prudente


Câmeras aéreas - Cameras mono, RGB, NIR

Avanços importantes na capacidade de resolução e formatos.

track 4’400 pix

CamLight 20Mpix

track 8’000 pix

PhaseOne 80Mpix

*0.10 *0.10

track 14’800 pix

ULTRACAM


• Abertura: 85º;

• Alcance: 0.3 m a 200 m

• Resolução no solo: 4 cm;

• Precisão vertical: 10 cm.

IBEOLUX LASER SCANNER


INS – Novatel Span-IGM-S1

Sensonor's STIM300 MEMS IMU

NovAtel's OEM615 receiver

Time stamps for scanner

synchronization - PPS and NMEA

Raw GNSS and IMU data

Rasbery PI – is used to record:

• INS raw data

• Laser data packages

Outros sensores utilizados


Digital Surface Model

Perfil de um faixa

Experimento: 100 m altura, 6 faixas

Monitoramento de incidentes com a tecnologia UAV

Os estudos nesta área têm-se concentrado na coleta de informações

sobre o incidente, com o intuito de minimizar o tempo de

congestionamento do tráfego.

Método tradicional:

Método proposto:


Monitoramento de infraestrutura com a tecnologia UAV

Os estudos nessa área têm-se concentrado na coleta de informações

sobre a condição de elementos da infraestrutura rodoviária e

ferroviária.

Caso 1: Inspeção de pontes e viadutos:

Método tradicional:

Método proposto:


Monitoramento de infraestrutura com a tecnologia UAV

Caso 2: Manutenção rodoviária por intermédio de SIG.

Estudos com tentativas de detecção e mapeamento automático

de incidentes.


Análise das condições de pavimentos com a tecnologia UAV

Caso 1: Inspeção com detecção automática de defeitos no pavimento.

Tratamento de imagens.


Condições de pavimentos com a tecnologia UAV

Caso 2: Inspeção de superfícies não pavimentadas.

Visualização e mapeamento.

Agregados soltos Irregularidades da superfície

Buracos na via Sulcos e erosãoPor Irineu da Silva – Maio/2017

Monitoramento de tráfego com a tecnologia UAV

Caso 1: Elaboração de modelos de análise de filas e

congestionamentos rodoviários. (Área com projetos e estudos

científicos de destaque).


Vigilância e reconhecimentos com a tecnologia UAV

Caso 1: Vigilância aérea – substituição de câmeras em casos

específicos. Visitas a trechos específicos.

Central de vigilância Vigilância local

ResultadoPor Irineu da Silva – Maio/2017

Mapeamentos rodoviários com a tecnologia UAV


Mapeamentos rodoviários com a tecnologia UAV

Reconstrução 3D


Reconstruções 3D de alta resolução

Estudos com tentativas de substituição de técnicas de fotogrametria terrestre.


E o Futuro?

1. As possibilidades são ilimitadas.

2. Novos sensores serão acoplados.

3. Automatização cada vez maior.

4. Qualidade e confiabilidade em constante melhora.

5. Novos usuários – novas ideias.


Sistemas de Controle de Máquinas


Sistemas de Controle de Máquinas

Implantação da obra sem a necessidade de

estaqueamentos.

O operador da máquina pode trabalhar em

diferentes áreas do projeto, sem que seja

necessário esperar pela implantação das estacas ou

pela verificação da progressão do trabalho.

Aumento de produtividade variando de 30% a 100%,

dependendo do tipo de obra, da máquina e do

sistema de automatização utilizado.


Tipos de Máquinas Automatizadas

Escavadeira Trator de EsteiraMoto-niveladora

Vibro-acabadora

PerfiladeirasFresadoras


Equipamentos usados para o Controle de Máquinas

Sensores de atitude: para a determinação dos movimentos

relativos dos implementos da máquina – orientação interna.

Instrumentos de localização topográfica: para a determinação

dos movimentos absolutos da máquina – orientação externa.

Válvulas hidráulicas: para comandar os movimentos dos

implementos.

Computador de bordo: para controlar o processo de

automatização.


Sensores de Atitude

Sensor que permite determinar a orientação espacial de um

objeto em relação a um sistema de referência externo,

geralmente o sistema inercial terrestre.

Por intermédio desse sensor medem-se os ângulos de

rotação (,,) ou (pitch, roll, yaw) do objeto em relação a

um sistema de eixos cartesianos (X,Y,Z).


Sensor de Inclinação

Projetados para medir a inclinação

de uma linha de referência, em

relação a vertical do lugar.

Sensor de

inclinação

longitudinalSensor de

inclinação

transversal


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Sensor de Rotação

Instrumentos eletromecânicos projetados

para medir a rotação de um alinhamento,

em relação a um index fixo interno ao

sensor ou em relação a um referencial

externo.


Válvula Hidráulica

Controla a pressão, em

cilindros e motores

hidráulicos, por intermédio

de fluidos pressurizados

distribuídos por intermédio

de mangueiras e tubos

interconectados entre os

vários elementos de

controle hidráulico da

máquina.


Modelos de Produção

Dá-se o nome de modelo de produção ao conjunto de

operações, que descrevem o trabalho a ser realizado em uma

obra, por meio de modelos matemáticos, que controlam a

reconstrução, sobre o terreno, de alinhamentos e superfícies

determinadas pelo projetista.

Em geral, ele é desenvolvido no escritório por um programa

de computador específico, baseado em plataforma CAD, e

inserido no computador de bordo da máquina para o controle

das operações de campo.


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Tipos de Modelos de Produção

• Descrição em texto .

• Representação gráfica 2D .

• Modelagem Numérica de Terreno.

Tipos de Modelos de Produção

• Modelagem para Projetos Geométricos de Vias de Transporte.


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Computador de bordo e Interface gráfica

A comunicação entre o operador da máquina e o computador

de bordo se faz por intermédio de um painel de controle

munido de uma tela LCD sensível ao toque, instalado na

cabine da máquina.


Instrumentos de Posicionamento Topográfico

Nível a laser


Pag. 50

Estações Totais Robóticas para o Controle de Máquinas


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Sistema GNSS para o Controle de Máquinas


Categorias de Sistemas de Controle de Máquinas

Os sistemas de controle de máquinas estão

classificados, segundo o referencial de

posicionamento que controlam, em três categorias:

Sistema 1D;

Sistema 2D;

Sistema 3D.


Sistemas de Controle de Máquinas 1D

O sistema de controle de máquina é do grupo 1D quando as

suas funções de controle do implemento da máquina variam

apenas na direção vertical, para cima e para baixo, sem

considerar a rotação ou a inclinação da máquina.





O sistema de controle de máquina é do grupo 2D quando as

suas funções de controle do implemento da máquina variam na

direção vertical, para cima e para baixo, em conjunto com

medições da inclinação e da rotação do implemento ou da

própria máquina



O sistema de controle de máquina é do grupo 3D quando o

posicionamento da máquina e se dá nos seus três eixos de movimento.

A automatização, neste caso, se dá pela instalação de todos os

sensores nos implementos e no corpo da máquina e pelo

posicionamento da máquina por intermédio de instrumentos

topográficos.


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Obrigado!!

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