Os próximos blogs explorarão algumas aplicações de nuvens de pontos que atraem a imaginação. Nesta semana mergulhe no fascinante mundo do mapeamento aéreo e aprenda como essa técnica pode ser usada em aplicações práticas.

Uma breve história

Uma das mais antigas adoções de dados de nuvens de pontos foi o mapeamento 3D a partir da observação. Pode-se argumentar que isso é mais ou menos onde as nuvens de pontos começaram. Essa técnica despertou interesse em mapear cidades e edifícios. Não apenas mapeamento em grande escala, mas também medidas detalhadas de edifícios individuais.

No início dos anos 1960, a invenção da Lidar tornou possível mapear rapidamente grandes áreas. Antes, isso só era possível com equipes de levantamento de solo demoradas e caras. O público entrou em contato pela primeira vez com o mapeamento de superfície Lidar durante a Missão lunar Apollo 15 em 1971. Usando um Altímetro a laser, a tripulação da Apollo foi capaz de criar um mapa altimétrico da lua, enquanto orbitavam ao redor dela.

Figura 1. Mapa Lidar da lua. Foto com pontos coloridos. A cor representa a elevação: vermelho = alto, azul = baixo. (Fonte: Missão Clementine, Wikipedia).

Nos anos 80, o exército dos EUA autorizou o uso civil do GPS. Isso permitiu acompanhar com precisão a posição de um avião. Ao equipar os scanners Lidar a bordo dos aviões, tornou-se possível, para cidadãos particulares, mapear a partir do céu em tremendos detalhes.

Em 1990, pesquisadores se interessaram pelo mapeamento automático de cidades e modelos de cidades em 3D a partir de estéreo-fotos no ar. No entanto, interpretar automaticamente essa informação visual era difícil. Por esse motivo, começaram a usar o Lidar aerotransportado para medições 3D. Essa solução tornou a medição e interpretação de dados mais fácil e mais rápida.

Desde então, mais e mais empresas adotaram a técnica para criar medições 3D rápidas, muito precisas e altamente detalhadas. A precisão atual da elevação com este tipo de varredura é de cerca de 15 cm em espaços abertos e meio metro em áreas florestais.

Mapeando demarcações sob vegetação

As nuvens de pontos baseadas no Lidar aerotransportado ofereceram uma ferramenta única para inspecionar a superfície da Terra, mesmo quando coberta de vegetação.

Como é que isso funciona?

Quando um feixe de laser sai do avião, ele tem menos de 1 cm de largura. No entanto, quando chega ao solo a largura é 20 ou até 30 vezes maior! Mesmo com vegetação densa, há uma boa chance de que parte deste feixe alcance o solo e o sensor no plano o capte. Veja a Figura 2.

Figura 2: Como o LIDAR pode ver detalhes ocultos na paisagem. Um raio laser aerotransportado geralmente é bastante amplo. Parte dela reflete sobre a vegetação, mas mesmo que apenas uma pequena fração possa penetrar na vegetação, esta pode ser registrada. Os dados são suficientes para mapear o que estiver sob a vegetação.

Na Universidade de Ghent, Bélgica, (cidade natal de Bricsys) eles usaram este princípio para estudar 'cicatrizes' da paisagem, da Grande Guerra. Isso incluiu antigas crateras de bombas e trincheiras de defesa da Primeira Guerra Mundial em Flandres, na Bélgica.

Figura 3: Trincheiras alemãs da Primeira Guerra Mundial em Kapellen (Mastenbos), uma linha de defesa em torno de Antuérpia e ao longo da fronteira Holandesa. DHMV II (sigla de vista do modelo de altura digital, em inglês) à esquerda e ortofoto visual à direita. © Ghent University (imagens com cortesia da Geopunt Informatie Vlaanderen)

Outro exemplo é o estudo das cidades Maias perdidas na selva da Guatemala.

Arqueólogos também usaram Lidar para mapear a área ao redor de Angkor Wat (Camboja). Eles descobriram que sua extensão é muito maior do que se pensava anteriormente.

Lidar pode ser combinado com técnicas como Radar de Penetração no Solo (GPR, na sigla em inglês). Um estudo recente visualizou antigas fortificações na Prisão de Alcatraz (San Francisco, EUA) construída durante a Guerra Civil.

Outras aplicações

Uma das aplicações mais comuns do Lidar é o mapeamento de ruas e contornos de edifícios em áreas de cidade.

Também pode ser usado para mapear grandes áreas com corredores de linhas de transmissão elétrica para identificar onde a vegetação pode causar danos.

Outra aplicação é para monitorar mudanças na vegetação ao longo do tempo, em vastas áreas florestais, como na floresta Amazônica.

Conjuntos de dados gratuitos

Se você quiser usar conjuntos de dados do Lidar no BricsCAD, há muitos conjuntos gratuitos disponíveis publicamente. Exemplos incluem:

Como exemplo, importamos uma parte dos dados Lidar do centro em Londres. O resultado é mostrado na Figura 4.

Figura 4: Dados Lidar de Londres, UK. A torre piramidal inferior é a Shard London Bridge. Abaixo à direita: A Torre de Londres e a Tower Bridge. Também visíveis são os telhados de arranha-céus como The Walkie Talkie e The Gherkin (Pepino).

Estes foram os passos que seguimos:

  1. Escolhendo as seguintes opções:
    • tile: TQ38SW
    • produto: “National LIDAR Programme Point Cloud”
    • Ano “2018”
    • Resolução: “1 metro”
  2. O formato de download é .laz, que convertemos para .las usando o CloudCompare, um software Open Source, com licença disponível sob GPL.
  3. Pré-processamos esse arquivo .las no BricsCAD e o visualizamos com o mapa de cores “Elevation” - “Spectrum”. Este é o mesmo mapa de cores usado na Figura 1.

Nota: como esses dados são de um scanner aéreo, você vê apenas os telhados, não as laterais dos edifícios.

Geopunt Informatie Vlaanderen

Geopunt Informatie Vlaanderen libera esses mapas para uso público em geral. O exemplo abaixo é a colina Alvinus em Stekene, na Bélgica. Alguns supõem que este é um antigo cemitério romano, outros sugerem que costumava ser uma antiga fortificação. Como você pode ver, este ponto de referência é mais fácil de ser identificado pelo mapa de altura do que numa foto aérea (abaixo).

ponto de lidar com a nuvem
Foto aérea
ponto de lidar com a nuvem
Mapa de alturas

Ao visitar o Geopunt, você pode selecionar diferentes modalidades de mapas. O exemplo acima usa:

  • “Digitaal HoogteModel Vlaanderen (DHMV) II, Multidirectionale hillshade 0,25 m”
  • “Luchtfoto Vlaanderen, zomer 1979-1990 – kleur”.

Em "Mijn Selecties", você pode alternar entre os mapas selecionados, como foi mostrado acima, e explorar esse e muitos outros pontos de referência.

Para ajudá-lo a encontrar locais interessantes, esse site pode mostrar mapas de elevação com pontos de referência extras e informações. Por exemplo, você pode selecionar “DHMV II Multidirectionale hillshade 0,25 m” como uma camada e “Beschermd Onroerend Erfgoed” como uma sobreposição para destacar os locais de referência interessantes.

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