uso de vant para anÁlise temporal de talude …

60
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE INSTABILIZADO RAFAEL SIMAS SANTANA CRUZ DAS ALMAS/BA 2018

Upload: others

Post on 01-Aug-2022

12 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE

TALUDE INSTABILIZADO

RAFAEL SIMAS SANTANA

CRUZ DAS ALMAS/BA

2018

Page 2: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

RAFAEL SIMAS SANTANA

USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE

TALUDE INSTABILIZADO

Trabalho de conclusão de curso apresentado à

Universidade Federal do Recôncavo da Bahia

como parte dos requisitos para obtenção do título

de Bacharel em Ciências Exatas e Tecnológicas.

Orientador: Prof. Dr. Joanito de Andrade Oliveira

CRUZ DAS ALMAS/BA

2018

Page 3: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RECÔNCAVO DA BAHIA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

BACHARELADO EM CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE

TALUDE INSTABILIZADO

RAFAEL SIMAS SANTANA

Trabalho de Conclusão de Curso aprovado em 05/04/2018 como requisito parcial

para obtenção do grau de Bacharel em Ciências Exatas e Tecnológicas no curso de

Bacharelado em Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Federal do Recôncavo da

Bahia.

EXAMINADORES:

_________________________________________________

Prof .Dr. Joanito de Andrade Oliveira - Orientador

Universidade Federal do Recôncavo da Bahia - UFRB

_________________________________________________

Prof. Dr. Mário Sérgio de Souza Almeida.

Universidade Federal do Recôncavo da - UFRB

_________________________________________________

Prof. MSc. Weiner Gustavo Silva Costa.

Universidade Federal do Recôncavo da - UFRB

CRUZ DAS ALMAS/BA

2018

Page 4: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

RESUMO

Com o avanço da tecnologia, a topografia vem atualizando gradativamente seus

métodos de trabalho. A abrangência da topografia para estudos, coletas de dados e

levantamentos planialtimétricos são diversificados, desde a coleta de pontos com

poligonais para determinações de área até obtenção de dados para monitoramento

estrutural. Neste trabalho, utilizou-se dados aerofotogramétricos na análise temporal

de um talude localizado na BR-101/BA, com objetivo de calcular o volume da massa

deslocada. O veículo aéreo não tripulado, Phantom 4 Pro, efetuou o aerolevantamento

e os softwares PhotoScan e ArcGis foram utilizados para o processamento e geração

do modelo digital do terreno (MDT), onde o ortomosaico obtido das fotos possui um

GSD de 2,76 cm/pixel, garantindo boa qualidade aos modelos digitais. A geração dos

modelos digitais e da análise temporal foi fundamental para criar o modelo digital do

volume de massa antes e depois do processo de deslizamento. O volume da massa

do talude, desde sua ruptura até o dia do levantamento com o drone, foi de

13557,63 m3 para a região deslocada e de 2879,37 m³ para a região de acumulo,

correspondente a diferença de volume entre os modelos temporais. Além das

informações do levantamento com o drone a respeito da massa deslocada no talude,

foi notado a identificação de possíveis áreas afetadas podendo sofrer uma nova

ruptura ou que possa intensificar a região já cedida.

Palavras-Chave: VANT, Drone, Aerofotogrametria, Talude, MDE, PhotoScan, ArcGis.

Page 5: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

ABSTRACT

With the advancement of technology, the topography has been gradually updating its

working methods. The topography coverage for studies, data collection and

planialtimetric surveys is diverse, from the collection of points with polygons to area

determinations to obtaining data for structural monitoring. In this work,

aerophotogrammetric data were used in the temporal analysis of a slope located in

BR-101 / BA, in order to calculate the volume of the displaced mass. The unmanned

aerial vehicle, Phantom 4 Pro, performed the aerial survey and the software PhotoScan

and ArcGis were used for the processing and generation of the digital terrain model

(MDT), where the ortomosaico obtained from the photos has a GSD of 2.76 cm / pixel,

ensuring good quality digital models. The generation of digital models and time

analysis was fundamental to create the digital mass volume model before and after the

sliding process. The volume of the slope mass, from its rupture until the day of the

survey with the drone, was 13557.63 m³ for the displaced region and 2879.37 m³ for

the accumulation region, corresponding to the difference in volume between the

temporal models. In addition to the drone survey information regarding the mass

displaced on the slope, it was noted the identification of possible affected areas, which

may suffer a new rupture or that may intensify the already ceded region.

Key words: UAV, Drone, Aerophotogrammetry, Slope, DEM, PhotoScan, ArcGis.

Page 6: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

LISTA DE FIGURAS:

Figura 2.1: Ortofotos ................................................................................................... 9

Figura 2.2: Exemplo de alvo para pontos de controle. .............................................. 10

Figura 2.3: Linha de referência de voo ..................................................................... 11

Figura 2.4: Sobreposição Longitudinal ...................................................................... 14

Figura 2.5: Sobreposição Lateral 30 % e Sobreposição Lateral 60 % ...................... 14

Figura 2.6: Nuvem de Pontos .................................................................................... 15

Figura 2.7: Curvas de nível em MDT ......................................................................... 16

Figura 3.1: Fluxograma, aerofotogrametria ............................................................... 18

Figura 3.2: Fluxograma Exportação para ArcMap ..................................................... 18

Figura 3.3: Localização do talude .............................................................................. 19

Figura 3.4: Definição de voo no Map Pilot ................................................................. 20

Figura 3.5: Malha Triangular Irregular, em PhotoScan .............................................. 22

Figura 3.6: MDE, em PhotoScan ............................................................................... 23

Figura 3.7: Ortomosaico, em PhotoScan .................................................................. 23

Figura 3.8: Curvas de nível, em ArcMap ................................................................... 24

Figura 3.9: Curvas de nível ajustadas ....................................................................... 25

Figura 3.10: Máscara com área de trabalho .............................................................. 25

Figura 3.11: Vista 3D com curvas de nível no modelo atual ..................................... 26

Figura 3.12: Curvas de nível do modelo inicial em ArcMap (esquerda). Vista 3D com

curvas de nível no modelo inicial em ArcScene (direita) ........................................... 27

Page 7: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

Figura 3.13: Área de trabalho para talude atual (esquerda), talude inicial (direita) ... 28

Figura 3.14: TIN, modelo de talude atual (esquerda), modelo de talude inicial (direita)

.................................................................................................................................. 29

Figura 3.15: Vista 3D no ArcScene do talude atual (esquerda), talude inicial (direita)

.................................................................................................................................. 29

Figura 4.1: Etapas para conclusão do resultado ....................................................... 30

Figura 4.2: Fotografias georreferenciadas ................................................................ 31

Figura 4.3: Relações altimétricas .............................................................................. 32

Figura 4.4: Exemplo de uma das áreas das sobreposições ...................................... 33

Figura 4.5: GSD obtido pelo PhotoScan no ortomosaico .......................................... 33

Figura 4.6: Informações da câmera ........................................................................... 34

Figura 4.7: Imagem ampliada com relação do pixel com a qualidade da foto ........... 35

Figura 4.8: Fator de influência, tráfego local ............................................................. 36

Figura 4.9: Grade de fotos obtidas no levantamento, software PhotoScan ............... 37

Figura 4.10: Alinhamento das fotos, em PhotoScan ................................................. 37

Figura 4.11: Antes da otimização da câmera ............................................................ 38

Figura 4.12: Depois da otimização da câmera .......................................................... 38

Figura 4.13: Nuvem de Pontos Densa ...................................................................... 39

Figura 4.14: Vista ampliada dos pontos organizados que formam a nuvem densa .. 39

Figura 4.15: Curvas de nível no Ortomosaico (à esquerda) e no MDE (à direita), em

PhotoScan ................................................................................................................. 40

Page 8: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

Figura 4.16: MDE gerados por TIN a partir das curvas de nível. Modelo atual

(esquerda) e modelo inicial (direita) .......................................................................... 41

Figura 4.17: Volume de massa deslocada no talude ................................................. 42

Figura 4.18: Obstrução das canaletas do sistema de drenagem do talude ............... 43

Figura 4.19: Possível região de fissura ..................................................................... 44

Page 9: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

SUMÁRIO:

1. INTRODUÇÃO: .................................................................................................... 1

1.1. Objetivo: ......................................................................................................... 2 1.2. Objetivo especifico: ........................................................................................ 2

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA: .......................................................................... 3

2.1. Encostas: ....................................................................................................... 3 2.2. Talude: ........................................................................................................... 3

2.3. VANT: ............................................................................................................. 7 2.4. Fotogrametria: ................................................................................................ 7

2.5. Modelo Digital do Terreno (MDT): ................................................................ 12 2.6. Curvas de Nível: ........................................................................................... 16

3. MATERIAIS E METODOLOGIA: ....................................................................... 17

3.1. Área de estudo: ............................................................................................ 19

3.2. Projeto e Levantamento fotogramétrico com drone: .................................... 20 3.3. Processamento fotogramétrico e otimização da câmera: ............................. 21 3.4. Obtenção dos dados: ................................................................................... 21

3.5. Manipulação e ajustes das curvas de nível: ................................................. 23 3.6. TIN (Triangulated Irregular Network): ........................................................... 28

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES: ...................................................................... 30

4.1. Plano de voo e levantamento aerofotogramétrico: ....................................... 30

4.2. Processamento e análise digital do terreno: ................................................ 32 4.3. Análise de interferências: ............................................................................. 35

4.4. Modelo temporal do talude: .......................................................................... 40 4.5. Fotointerpretação: ........................................................................................ 43

5. CONCLUSÃO: ................................................................................................... 45

5.1. Sugestões para trabalhos futuros: ............................................................... 45

6. REFERÊNCIAS: ................................................................................................. 46

ANEXOS: .................................................................................................................. 49

Anexo A: Vista do talude da BR 101/BA, km 199 em Google Earth. ..................... 49

Anexo B: Vista do talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps. ..................... 50

Page 10: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

1

1. INTRODUÇÃO:

O mercado dos levantamentos topográficos com uso de Veículos Aéreos Não

Tripulados (VANTs) no Brasil vem aumentando em larga escala. Nos últimos anos,

em virtude do desenvolvimento tecnológico de sensores versáteis, microeletrônica,

sistemas de computação portáteis, foi possível aplicar VANTs no monitoramento

ambiental, agricultura de precisão, inspeção industrial, linha de energia e atividades

de exploração (SANKARASRINIVASANA et al, 2015; LONGHITANO, 2010). As

tecnologias embarcadas nos VANTs favorecem a autonomia nos levantamentos e

possibilita, através dos dados, a geração de ortomosaicos e o Modelo digital de

Elevação (MDE).

A topografia é amplamente usada no monitoramento de estruturas. Em projetos

de estradas, o estudo e observação de taludes utiliza de dados topográficos para

analisar os processos de instabilidades e rupturas. Segundo Guidicini (1984), um

talude pode vir a romper devido a tensão atuante em sua superfície de deslizamento,

a mudança de cargas externas e a redução da resistência ao cisalhamento do solo. O

monitoramento de talude está atraindo considerável interesse em pesquisa com uso

de VANT, motivado pela acurácia posicional, redução do tempo de obtenção de

dados, o baixo custo dos levantamentos de campo e a acessibilidade em terrenos

íngremes (MELO E COSTA, 2015).

O levantamento com VANT consiste em realizar todas as etapas básicas da

aerofotogrametria, gerando os modelos digitais a serem utilizados. A geração do MDE

e do Ortomosaico torna possível obter características do terreno como distâncias e

áreas ou pontos de interesse, além das informações planialtimétricas, mantendo

relação entre as dimensões do terreno e as respectivas dimensões gráficas.

O presente levantamento para o estudo da instabilidade do talude, visa

comparar a geometria de modelos temporais geradas a partir de curvas de nível do

terreno. A comparação entre os modelos digitais criados, fornece fatores posicionais

e geográficos da superfície do talude, na qual o produto gerado apresentará o quanto

teve do volume de massa deslocada com o passar do tempo.

Page 11: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

2

1.1. Objetivo:

O objetivo geral do trabalho é a criação de modelos digitais temporais

confeccionados por dados fotogramétricos com VANT, para a determinação do

volume de massa deslocado em um talude instabilizado.

1.2. Objetivo especifico:

O trabalho destaca-se pelos seguintes pontos a serem analisados, como:

• Levantamento planialtimétrico da área;

• Obtenção de coordenadas dos pontos de interesse no talude;

• Análise do talude com geotecnologias e softwares;

• Determinar e ajustar o perfil geométrico temporal do talude.

Page 12: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

3

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:

Esta revisão bibliográfica tem como objeto de pesquisa o deslizamento de

massa de um talude rodoviário, o uso de fotografias adquiridas com VANT e o

levantamento do volume de massa deslocada. Para o estudo de deslizamento de

talude com uso de VANT, é necessário conhecer sobre tipos de rochas e de solos

para entender os processos físicos que originaram a patologia. Além disso, torna-se

importante o entendimento sobre as diferenças entre talude e encostas.

2.1. Encostas:

Encosta é toda e qualquer superfície inclinada que une outras duas, sendo a

inclinação de uma elevação natural (STOCHALAK, 1974 apud MATTOS, 2009;

ABNT NBR 11682, 1991).

2.2. Talude:

Segundo Caputo (1987), talude é um termo genérico usado para descrever

superfícies inclinada de origem natural, como as encostas, ou artificiais, como os

taludes de corte e aterros. Para Wolle (1980 apud MATOS, 2009), o termo talude

possui caráter mais geotécnico e relacionado a áreas mais restritas, como para

processos de escavação realizada pelo homem e obras de mineração.

A seguir serão apresentadas as características referentes aos taludes, como:

rocha e solo, movimento de massa, ruptura, causas de deslizamentos, etc.

2.2.1. Rocha e Solo:

Segundo Caputo (1987), a palavra rocha designa apenas os materiais naturais

consolidados, duros e compactos, da crosta terrestre ou litosfera. Ao material não

consolidado que recobre as rochas e destas provêm por intemperismo, denomina-se

Page 13: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

4

solo. Quanto à gênese das rochas, podem ser classificadas em: rochas magmáticas,

sedimentares e metamórficas. Quanto aos principais tipos de solos, encontra-se: solos

residuais, solos sedimentares e solos de formação orgânica.

2.2.2. Movimentos de massa:

O movimento de massas, ou movimentos coletivos de solos e de rochas

(genericamente chamados escorregamento), têm sido objeto de amplos estudos em

diversos países, não apenas por serem importantes na formação e evolução de outros

relevos, mas também em função de suas aplicações práticas e de importância no

ponto de vista econômico (GUIDICINI, 1984).

Segundo Caputo (1987), podem-se classificar os principais tipos de

movimentos de taludes em três grandes grupos:

a) Desprendimento de terra ou rocha:

É uma porção de um maciço terroso ou de fragmentos de rocha que se destaca

do resto do maciço, caindo livre e rapidamente, acumula-se onde estacionar.

b) Escorregamento (“landslide”):

É o deslocamento rápido de uma massa de solo ou de rocha que, rompendo-

se do maciço, desliza para baixo e para o lado, ao longo de uma superfície de

deslizamento. Podendo ser um escorregamento rotacional ou escorregamento

translacional.

c) Rastejo (“creep”):

É o deslocamento lento e contínuo das camadas superficiais sobre camadas

mais profundas, com ou sem limite definido entre a massa de terreno que se

desloca e a que permanece parada. A velocidade média de avanço de um

escorregamento é da ordem de 30 cm por hora. A curvatura dos troncos de

árvores, inclinação de postes e fendas no solo torna notável a ocorrência do

rastejo.

Page 14: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

5

Uma outra classificação proposta pelo Eng. Eduardo Solon de Magalhães

Freire na revista “Construção”, de março de 1965, em seu trabalho “Movimentos

coletivos de solos e rochas e sua moderna sistemática” é a seguinte:

a) Escoamento: deformação ou movimento contínuo, com ou sem superfície

definida de escorregamento. Dividindo-se em dois tipos segundo suas

características de movimento:

i. Corridos (escoamento fluido-viscoso);

ii. Rastejo ou reptação (escoamento plástico);

b) Escorregamento (stricto sensu): deslocamento finito ao longo de superfície

definida de deslizamento, preexistente ou de neoformação. Com dois subtipos:

i. Escorregamentos rotacionais: predomínio de rotação;

ii. Escorregamentos translacionais: predomínio de translação.

c) Subsidência: deslocamento finito ou de deformação contínua de direção

essencialmente vertical; encontram-se classificadas em três tipos

fundamentais:

i. Subsidências propriamente ditas: em que o movimento consiste

essencialmente em uma deformação contínua;

ii. Recalque: em que, por expulsão de um fluído verifica-se uma

deformação global do solo, produzida pelos deslocamentos e rearranjos

das partículas individuais;

iii. Desabamentos: que consistem em um deslocamento vertical,

geralmente rápido.

A partir destes três tipos e sete subtipos fundamentais, o autor diferencia 32

classes principais. Essas classes passam, então, a ser caracterizadas de acordo com

os parâmetros físicos – mecânicos – causais, abaixo descriminados:

a) Natureza e superfície de movimentação;

b) Inclinação do talude;

c) Características qualitativas do movimento;

d) Tipo de movimento;

e) Velocidade e duração;

f) Termos de passagem de um tipo de movimento para outro;

g) Causas intrínsecas e extrínsecas (possuindo outras subclasses);

Page 15: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

6

h) Ainda contido no item causas, o modo de ação das mesmas;

i) Natureza física de ações significativas das causas;

j) Efeitos sobre as condições de equilíbrio;

k) Processos corretivos de movimentos de massa.

2.2.3. Causas de deslizamento:

É simples notar que em alguns casos uma encosta venha a sofrer

escorregamento devido a própria força gravitacional, porém podem ocorrer casos

onde grandes quantidades de chuvas venham a causar a instabilidade do talude. A

presença de água no solo traz grandes problemas, devido ao aumento na saturação

do solo e consequente perda de estabilidade (GUIDICINI & NIEBLE, 1984).

Para Guidicini (1984), divide-se as causas de deslizamento em agentes

predisponentes (trata apenas de condições naturais) e efetivos (responsáveis pelo

movimento de massa, nele se incluindo a ação humana). O autor também cita que

grande parte das erosões e escorregamentos trágicos para o meio tropical brasileiro

deve-se as chuvas intensas.

Segundo Terzaghi (1952 apud FIAMONCINI, 2009), as causas podem ser

separadas dependendo de sua posição com relação ao talude, sendo elas:

a) Causas Internas: são as que levam ao colapso sem que se verifique qualquer

mudança nas condições geométricas do talude e resultam de uma diminuição

da resistência interna do material (aumento da pressão hidrostática, diminuição

de coesão e ângulo de atrito interno por processos de alteração);

b) Causas Externas: provocam um aumento das tensões de cisalhamento, sem

que haja a diminuição da resistência do material (aumento do declive do talude

por processos naturais ou artificiais, deposição de material na porção superior

do talude, abalos sísmicos e vibrações);

c) Causas Intermediárias: resultam de efeitos causados por agentes externos no

interior do talude (liquefação espontânea, rebaixamento rápido, erosão

retrogressiva - piping).

Page 16: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

7

2.3. VANT:

VANT é a abreviação usada para os Veículos Aéreos Não Tripulados ou do

termo em inglês UAV – Unmanned Aerial Vehicle que são popularmente conhecidos

como drones. As aeronaves são controladas a distância sem a necessidade de um

piloto a bordo e possuem uma carga útil embarcada (SILVA, 2013).

Segundo Silva (2013), por não haver padronização para definição de VANTs,

cada país desenvolve suas regras para agrupá-los em diversas categorias, resultando

em inúmeros tipos de classificação. Uma classificação muito utilizada mundialmente

é a definida pela UVS International (Associação Internacional de VANT’s). No Brasil,

além dessa classificação, divide-se as categorias de VANTs em três grupos: pequeno,

médio e grande porte. Dessa divisão resulta diferentes classificações, podendo um

mesmo VANT ser enquadrado em diferentes categorias.

De acordo com um artigo da GEODRONES ([201-]), o avanço do uso de

sistemas aéreos não tripulados como dispositivo de levantamento e monitoração

estrutural têm sido empregados na análise de estudos topográficos. Os VANT´s

tornaram-se conhecidos por facilitarem as atividades de engenharia, principalmente

para levantamentos topográficos. O uso de VANT fornece imagens com resolução

espacial de 1 cm, gerando ortofotos e modelos digitais de forma automatizada e de

qualidade. Entre outras vantagens para a engenharia, podemos destacar fatores como

acessibilidade, agilidade, rendimento e economia para os levantamentos topográficos

em comparação as aeronaves tripuladas.

2.4. Fotogrametria:

A fotogrametria é uma ciência aplicada, que a partir de imagens em alta

definição utiliza de técnicas rigorosas com o propósito de extrair informações

confiáveis e precisas a partir dos atributos e interpretações dessas imagens

(DRONENG, 2015).

A fotogrametria com VANT pode variar de acordo com os métodos de análise

e podem ser feitos em observância da necessidade do levantamento ou a habilidade

do manuseador. Segundo Da Silva et al. (2014):

Page 17: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

8

A fotogrametria por VANT refere-se ao uso de uma plataforma aérea

de levantamento fotogramétrica que pode ser operada remotamente, de

forma semiautônoma ou totalmente autônoma. Essa plataforma é equipada

com um sistema de câmera fotográfica digital comum ou infravermelho, um

sistema GNSS para fornecer a posição do centro de cada fotografia, um IMU

(Inertial Measurement Unit) composto de giroscópios, acelerômetros,

altímetros e bússola, que permite a determinação da orientação exterior

aproximada para cada imagem tomada durante o voo, link de rádio e uma

pequena CPU que controla tudo. O controle humano é feito por um sistema

remoto com o link de rádio.

O processamento fotogramétrico obtido por VANT é realizada a partir de suas

próprias posições dadas pelo seu sistema GNSS (coordenada geográfica do centro

de cada fotografia), porém não é garantida a precisão para a avaliação no modelo de

mosaico, sendo necessário o uso de pontos de controle (GCPs, do inglês Ground

Control Points) no terreno de levantamento da pesquisa (DA SILVA et al., 2014). Faz-

se necessário o uso destes pontos de controle ao solo e suas coordenadas afim de

uma maior precisão, não usando somente as coordenadas fornecidas pelo VANT,

para que venha a realizar uma correção geométrica satisfatória das imagens.

De acordo com D'Alge (2001), a primeira razão para a realização de correção

geométrica de imagens (georreferenciamento ou geocodificação), obtidas através do

processamento fotogramétrico é a existência de distorções sistemáticas introduzidas

durante a aquisição das imagens. Portanto, a correção geométrica trata,

prioritariamente, da remoção dos erros sistemáticos presentes nas imagens.

Um dos produtos da fotogrametria são as ortofotos, imagens em projeção

ortogonal, corridas de efeitos de perspectiva, sobre a qual é possível realizar

medições exatas (DIAS, 2014). O processo consiste em realizar um novo arranjo dos

pixels da imagem, que envolve o conhecimento da posição e da altitude no momento

da tomada da foto e o modelo do terreno no sistema cartográfico pretendido. A essa

transformação dá-se o nome de ortorretificação.

Page 18: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

9

Figura 2.1: Ortofotos

Fonte: SERMA (2017)

Um outro processo é a fototriangulação ou aerotriangulação que segundo

Andrade (1987 apud DIAS, 2014) fornece as coordenadas precisas para a orientação

absoluta dos modelos fotogramétricos, sendo utilizados pontos de ligação na região

de sobreposição para relacionar uma foto com a subsequente. Os pontos de apoio

são necessários para relacionar com um referencial.

2.4.1. Pontos de Controle x Check Points:

Na aerofotogrametria os pontos de controle (GCPs, também chamados de

pontos de apoio) são utilizados como referência em solo para o processamento das

imagens aéreas e coletados com um receptor geodésico de alta precisão. No

processamento das imagens (aerotriangulação) o alvo dos pontos de controle é

encontrado nas imagens e suas coordenadas são inseridas no software para o

georreferenciamento do modelo (NETO1, 2016).

Já a coleta dos pontos de verificação (Check Points) é idêntica aos pontos de

controle, diferenciando-se pela sua utilização no momento do processamento, porém,

Page 19: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

10

não são utilizados na aerotriangulação, pois se utilizados no processamento, as

coordenadas dos pontos serão influenciadas pelo ajuste das observações

(NETO1, 2016).

O ponto de verificação será o indicador da qualidade do produto, pois quando

realizado uma determinada medida no mosaico de ortofotos, este é o responsável por

determinar o erro, ou seja, a acurácia posicional do seu produto gerado

(NETO1, 2016).

Figura 2.2: Exemplo de alvo para pontos de controle.

2.4.2. GSD – Ground Sample Distance:

A fotogrametria é a ciência que se utiliza de imagens aéreas para realizar

medidas, mas não qualquer imagem e nem de qualquer jeito. É necessário certo

cuidado no modo como essas imagens são feitas. Por exemplo: as fotos devem ter

sobreposição mínima de 60 % para que tenha um modelo estereoscópico entre

diferentes imagens, permitindo que se veja em 3D (DRONENG, 2017).

Uma condição existente é que o voo deve ser feito sempre a mesma altitude

(relação ao Nível Médio dos Mares), ou seja, você determina um ponto de partida

(ponto HOME), e seu VANT utilizará aquela atitude do terreno como referência para

seu voo, e independente da variação do terreno ele continuará voando na mesma

altitude (DRONENG, 2017).

Page 20: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

11

Figura 2.3: Linha de referência de voo

Fonte: DronEng (2017).

A sigla GSD é referente a “Distância de amostra do solo”, o GSD é a

representação do pixel da imagem em unidades de terreno (geralmente em cm). O

GSD tem uma relação direta com a altura de voo e a distância focal (tamanho da

lente). (DRONENG, 2017). Temos que o GSD é dado pela seguinte fórmula:

𝐸 =1

𝑑𝑒𝑛_𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎=

𝑡𝑎𝑚_𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙

𝐺𝑆𝐷=

𝑓

𝐻′ Equação 1

Onde as variáveis f e H’ são: distância focal (valor fixo definido pelo tipo de

câmera) e altura de voo (definida inicialmente pelo usuário e depois mantendo-se fixa

durante o levantamento), respectivamente. Assim, determina-se a escala da foto (E),

que é inversamente proporcional a densidade de escala (den_escala). De acordo com

a DronENG o tamanho do pixel (tam_pixel) é obtido por:

𝑡𝑎𝑚_𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙(𝑥) =𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑚 Equação 2

Page 21: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

12

𝑡𝑎𝑚_𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙(𝑦) =𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑜𝑟

𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑖𝑚𝑎𝑔𝑒𝑚 Equação 3

2.5. Modelo Digital do Terreno (MDT):

Segundo Burrough (1986 apud NETO2, 2016), o Modelo Digital do Terreno é:

Uma representação matemática da distribuição espacial da

característica de um fenômeno vinculada a uma superfície real. A superfície

é em geral contínua e o fenômeno que representa pode ser variado. Através

do MDT é possível gerar diversos produtos como:

• Armazenamento de dados de altimetria para mapas topográficos;

• Análises de corte e aterro para projeto de estradas e barragens;

• Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio à

análise de geomorfologia e erodibilidade;

• Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas;

• Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).

Para a representação de uma superfície real no computador é

indispensável à criação de um modelo digital, podendo ser por equações

analíticas ou por uma rede de pontos na forma de uma grade de pontos

regulares e ou irregulares. A partir dos modelos pode-se calcular:

• Volumes

• Áreas

• Desenhar perfis e seções transversais

• Gerar imagens sombreadas ou em níveis de cinza

• Gerar mapas de declividade e exposição

• Gerar fatiamentos em intervalos desejados e

• Perspectivas tridimensionais.

Porém, a aquisição do MDE é realizada por levantamentos de campo,

digitalização de mapas, medidas fotogramétricas a partir de modelos

estereoscópicos e dados altimétricos adquiridos de GPS’s, aviões e satélites.

Entretanto as aplicações ou produtos do MDT não são elaborados sobre os

dados amostrados, mas sim dos modelos gerados no formato de grade

regular ou irregular. Estes formatos simplificam a implementação dos

algoritmos de aplicação e os tornam mais rápidos computacionalmente.

Page 22: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

13

Segundo um artigo publicado por Neto2 (2016), com a comparação entre os

métodos aplicados pela topografia e a fotogrametria para a determinação de MDT

(Modelo Digital do Terreno), ele define que:

MDT com Topografia:

A Topografia utiliza o método de aquisição de dados por meio do

levantamento de campo, uma equipe vai até o campo e com uma estação

total coleta diversos pontos espaçados no terreno, esse espaçamento pode

variar de acordo com o objetivo do projeto, como 10 em 10 metros ou 20 em

20 metros, através de um ou dois pontos de coordenadas conhecidas são

transportadas estas coordenadas para os demais pontos do terreno.

No final o que se tem é uma quantidade de pontos com coordenadas

conhecidas nos eixos x, y e z, como vimos a superfície é modelada através

do eixo z que é formado em função dos eixos x e y, de maneira prática cada

ponto terá as coordenadas geográficas (latitude e longitude) ou coordenas

UTM (Norte e Este) e a altitude que será a mesma para ambos os sistemas

de coordenadas.

MDT com Drones (Fotogrametria):

Já a Fotogrametria utiliza o método de aquisição de dados através de

medidas fotogramétricas a partir de modelos estereoscópicos, isso é possível

devido à sobreposição das imagens aéreas, isso mesmo, quando realizamos

um mapeamento aéreo com drones as imagens não são tiradas uma do lado

da outra, elas possuem uma sobreposição mínima de 60 % em relação às

imagens conhecida como sobreposição longitudinal e 30 % em relação às

faixas de voo conhecida como sobreposição lateral.

Page 23: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

14

Figura 2.4: Sobreposição Longitudinal

Fonte: Neto2 (2016).

Figura 2.5: Sobreposição Lateral 30 % e Sobreposição Lateral 60 %

Fonte: Neto2 (2016).

Segundo Neto2 (2016), o processo de geração de MDT com VANTs é dividida

em duas etapas:

A. Sendo a primeira a geração do Modelo Digital da Superfície (MDS),

onde o produto são as imagens aéreas com todos os fatores locais como

relevo, vegetação, construções, automóveis etc. Então não é aconselhável

tratar os dados a partir do MDS devido estes fatores terem influência e não

gerar resultados satisfatórios.

Page 24: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

15

Figura 2.6: Nuvem de Pontos

Fonte: DronEng (2016).

B. Portanto, é necessária uma outra etapa, onde é realizado

manualmente um processo de filtragem desses fatores a partir de softwares

adequados, nesse processo de filtragem os objetos acima do solo são

removidos e temos uma nova superfície para análise construída a partir do

processo de interpolação de pontos (Nuvem de Pontos).

O Modelo Digital de Superfície (MDS) representa a superfície terrestre junto a

quaisquer objetos existentes sobre ela e que interferem no valor da reflectância do

pixel. Desta maneira, se existirem formações de vegetações ou edificações, por

exemplo, a superfície representada será o topo destas superfícies. Já o Modelo Digital

do Terreno (MDT) representa a superfície real do terreno sem elementos que

influenciam na reflectância do pixel como os que interferem no MDS

(EGG, 2012 apud CAMARGOS, 2015).

Page 25: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

16

2.6. Curvas de Nível:

A curva de nível representa a declividade do terreno e são geradas a partir do

Modelo Digital do Terreno (MDT) que por sua vez é gerado através de uma filtragem

realizada no Modelo digital de Superfície (MDS), onde ocorre a retirada dos objetos

acima do terreno. As vantagens apresentadas em relação aos métodos tradicionais,

o principal é a produtividade, sendo possível levantar as informações de forma rápida

e barata. Além da qualidade de detalhamento do terreno devido a grande quantidade

de pontos gerados, apresentando erros posicionais centimétricos (CAMPITELI, 2016).

Figura 2.7: Curvas de nível em MDT

Fonte: DronEng (2016).

Page 26: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

17

3. MATERIAIS E METODOLOGIA:

A tabela abaixo, apresenta os equipamentos e parâmetros utilizados para

realização do voo.

Equipamento e Parâmetros do voo

Modelo do VANT DJI PHANTOM 4 - PRO

Altura de voo 80 m

Câmera DJI FC6310

Ground Sample Distance (GSD) 2,76 cm/pixel

Sobreposição Longitudinal 70 %

Lateral 70 %

Software para processamento dos dados

Map Pilot

PhotoScan 1.2.5

ArcMap 10.4

ArcScene

Tabela 1: Informação dos equipamentos e parâmetros de voo

Para o desenvolvimento do levantamento em campo foi utilizado o VANT

PHANTOM 4 – PRO e conhecimentos sobre as técnicas de aerofotogrametria para o

gerenciamento das fotografias. Este modelo de drone tem um sistema GNSS

embarcado para gerenciamento das coordenadas de cada foto realizada na

fototriangulação.

Na figura abaixo, é possível verificar um fluxograma das etapas realizadas para

a geração das curvas de nível e outros produtos importantes para análise, como o

Modelo Digital de Superfície (MDS), a nuvem de pontos, as malhas do modelo digital

3D e o ortomosaico georreferenciado. Estes parâmetros são utilizados como base

para análise e extração das informações necessárias sobre o desenvolvimento do

processo de levantamento fotogramétrico por VANT.

Page 27: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

18

Figura 3.1: Fluxograma, aerofotogrametria

Apesar do PhotoScan gerar as curvas de nível, este produto foi gerado no

ArcMap, a partir da exportação do MDE e do ortomosaico. Com os arquivos das curvas

de nível e os parâmetros que a antecedem devidamente analisados, elaborou-se a

análise, inspeção, edição e tratamento dessas curvas de nível no software ArcMap.

Na figura abaixo, é possível verificar o fluxograma de trabalho para a análise

temporal do modelo digital do terreno com base nas curvas de nível.

Figura 3.2: Fluxograma Exportação para ArcMap

Aerofotogrametria

Geração da nuvem

Malha e textura MDE

Curvas de nível

Ortomosaico

Alinhamento das fotos em PhotoScan

1) CURVAS DE NÍVEL EM ARCMAP

• Exportação do MDE e doOrtomosaico do PhotoScanpara o ArcMap.

• Geração das curvas denível.

2) AJUSTES

• Ajuste e Edição dascurvas de nível.

• TIN.

3) RESULTADOS

• Modelos temporais.

• Geometria.

• Volume.

Page 28: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

19

3.1. Área de estudo:

Este trabalho foi desenvolvido a partir de um levantamento planialtimétrico na

cidade de Cachoeira-BA, em um talude próximo a BR-101/BA, Km 199. O talude

sofreu um processo de instabilização, onde parte de sua massa veio a deslizar e

invadir a faixa de acostamento da rodovia. A figura abaixo, ilustra a localização do

talude e parte de sua massa de terra presente em parte da rodovia.

Figura 3.3: Localização do talude

Os processos principais para estudo no trecho analisado são os da

aerofotogrametria, movimento de massa, levantamento planialtimétrico e

georreferenciamento. A área de estudo apresenta um histórico de deslocamento de

massa e um grau elevado de risco para os condutores que trafegam pelo trecho da

BR-101. Além disso, o local possui fatores propícios para o desenvolvimento do

trabalho:

• Localização de fácil acesso;

Page 29: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

20

• Proximidade com a instituição de ensino (UFRB – Cruz das Almas/BA);

• Baixo custo para execução;

• Curto tempo para levantamento;

• Facilidade na instalação dos equipamentos.

3.2. Projeto e Levantamento fotogramétrico com drone:

O local de ruptura do talude, como visto na Figura 3.3, é de fácil percepção em

uma imagem ortogonal. A pesquisa fundamentou-se na coleta de informações a

respeito do rompimento do talude, a partir de métodos fotogramétricos com VANT e

utilizando-se softwares para o tratamento dos dados coletados.

Para o plano de voo com o drone foi necessária uma visita técnica para

conhecer o local de levantamento e assim determinar uma área útil para desenvolver

o levantamento. A partir do software Map Pilot, foi projetado uma área onde o drone

extraiu as fotografias.

No mesmo software, determina-se o ponto inicial do levantamento, a altura de

voo e as sobreposições longitudinal e lateral das fotos. Ao iniciar o software, com

essas informações devidamente configuradas, o drone passa a operar de forma

autônoma.

Figura 3.4: Definição de voo no Map Pilot

Page 30: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

21

Pelo fato do drone apresentar um sistema de referencial próprio, seu sistema

GNSS já nos fornece as fotografias com as informações a respeito de sua localização,

como: altitude, latitude e sua altura de voo.

3.3. Processamento fotogramétrico e otimização da câmera:

Finalizado o processo fotogramétrico com a obtenção das fotos pelo drone,

foram extraídos os dados físicos necessários para obtenção de informações mais

apresentáveis e de fácil entendimento para o estudo.

O processo manual para obtenção dos dados na digitalização das fotos foi feito

inicialmente a partir do software PhotoScan, onde iniciou-se seu uso com objetivo de

remover os fatores que influenciavam na qualidade das fotos, como: fotos tremidas,

borradas, embaçadas, baixa resolução, desfocadas, etc.

O processamento inicia-se com a adição das fotografias do levantamento aéreo

e com alinhamento das fotos, processo é conhecido como fototriangulação. As

fotografias são organizadas e assim temos uma ortoimagem do local de levantamento

pretendido.

Ainda sobre o alinhamento das fotografias, o processamento gera o Tie Points

(tradução do inglês como Pontos de ligação), que são pontos espalhados de forma

organizada, dando forma a um modelo digital, que representa a superfície fotografada,

ou seja, uma nuvem de pontos. É a partir da criação do Tie Points que poderá ser

gerado a nuvem de pontos densa, modelo digital 3D e modelo digital de elevação

(Figura 3.1).

3.4. Obtenção dos dados:

A Nuvem Densa pode ser gerada apenas depois de gerar a Nuvem de Pontos

(Tie Points), ambos se assemelham por serem modelos que representam uma

superfície. Observe a Figura 4.13 e Figura 4.14, onde foi ampliada para visualizar os

pontos da formação da superfície.

Page 31: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

22

O modelo digital 3D quando processado pode representar a superfície a partir

de modelos de malhas (Figura 3.5). A malha da figura abaixo representa o modelo do

terreno a partir de ligações com 27346 faces de triângulos e 13971 vértices,

organizados de tal forma a representar a superfície real com seus desníveis. O modelo

é denominado de Malha Triangular Irregular.

Figura 3.5: Malha Triangular Irregular, em PhotoScan

A geração do MDE (Figura 3.6) e do Ortomosaico (Figura 3.7) foi de

fundamental importância para esta pesquisa, pois estes serão exportados para

obtenção das curvas de nível no ArcMap, onde trabalhou-se a partir destas curvas.

Page 32: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

23

Figura 3.6: MDE, em PhotoScan

Figura 3.7: Ortomosaico, em PhotoScan

3.5. Manipulação e ajustes das curvas de nível:

As curvas de nível do talude foram geradas no ArcMap, através do modelo

gerado no PhotoScan do MDE (Figura 3.6). A partir daí foi gerado um novo modelo no

ArcMap com as curvas de nível (Figura 3.8), onde essas curvas através da ferramenta

deste programa são editáveis.

Page 33: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

24

Foi feito o ajuste para gerar um novo perfil de superfície estimando-se onde as

curvas de nível encontravam-se antes do escorregamento da massa do talude. Esta

edição é possível devido sua vizinhança, onde é mostrado um perfil constante no

desenho das linhas que compõem as curvas de nível e ao chegarem no local de

ruptura sofrem modificação em seu contorno.

Nesta etapa foram utilizadas os dados e produtos gerados pelo PhotoScan,

deste foi utilizado o MDE e a ortoimagem (Figura 3.6 e Figura 3.7, respectivamente),

como bases para a geração e análise das curvas de nível.

A partir da ferramenta do ArcMap e os modelos que foram exportados do

PhotoScan criou-se o modelo para as curvas de nível com intervalos de 1 metro de

diferença altimétrica para cada linha, como pode ser visto na figura abaixo.

Figura 3.8: Curvas de nível, em ArcMap

Com as curvas de nível como mostra a figura acima, foi necessário realizar

ajustes nestas, a fim de obter melhores resultados, dando origem ao modelo da figura

abaixo.

Page 34: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

25

Figura 3.9: Curvas de nível ajustadas

A remoção dos fatores de interferência das curvas de nível (visto na figura

acima), foi feita delimitando-se uma área próxima a cunha de ruptura do talude (ver

figura abaixo), para trabalhar somente aquela região de interesse, deixando assim de

lado algumas características que atrapalhariam na identificação das curvas de nível

locais.

Figura 3.10: Máscara com área de trabalho

Com a delimitação da área de interesse e feitos os ajustes para melhor

representar a área de estudo, foi feito uma análise temporal para ajustes das curvas

Page 35: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

26

de nível gerando assim mais dois modelos distintos. Os novos modelos de curvas de

nível representam o talude no estado que ele encontra-se no momento do

levantamento e um outro modelo de como este talude encontrava-se antes da ruptura.

(1) Curva de nível para modelo de talude no momento do levantamento:

Este modelo, foi determinado com base no da Figura 3.9, entretanto

foram realizados novos ajustes nas curvas de nível, gerando um novo modelo

a ser utilizado como o talude em seu estado atual ao levantamento.

Para efeito de uma melhor visualização da localização de cada curva de

nível para edição, foi utilizado o ArcScene, onde foi gerado um modelo

estereoscópico com o MDE e a ortoimagem, como pode ser visto na figura

abaixo.

Figura 3.11: Vista 3D com curvas de nível no modelo atual

(2) Curvas de nível para modelo de talude antes do deslizamento:

Este modelo deve representar em seu estado inicial, sem deslizamento,

como base foi utilizado as curvas de nível do modelo do talude atual. As curvas

Page 36: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

27

de nível foram editadas uma-a-uma obedecendo o seu nível altimétrico e o do

terreno.

Diferente das curvas do modelo anterior, estas foram sendo editadas e

reorganizadas de forma a estimar onde estas estariam inicialmente (ver figura

abaixo). A partir do modelo 3D no ArcScene (Figura 3.11), foi possível editar

cada curva de nível com a finalidade de se obter a melhor representação para

o talude inicial (Figura 3.12).

Figura 3.12: Curvas de nível do modelo inicial em ArcMap (esquerda). Vista 3D com curvas de nível no modelo inicial em ArcScene (direita)

Os ajustes realizados nestes modelos foram feitos com a ferramenta de edição

do ArcMap, onde cada curva de nível possui seu conjunto de vértices ao longo da

curva. Nestes vértices foram feitos ajustes (como remoção de partes onde as curvas

de nível mudavam de direção devido as árvores do local e adição de vértices para

contornar essas curvas) a fim de melhorar curva por curva, para melhor representar a

superfície de estudo.

Com as curvas de nível referentes aos dois modelos de talude (modelo atual e

modelo inicial) todas já ajustadas e editadas, foi selecionado uma área menor que

cobre a parte onde ouve o escorregamento de massa do talude e definida essa área

como uma máscara para ser a área de trabalho, ou seja, a área útil para estudo. Essa

seleção foi feita a fim de eliminar a vegetação que encontra-se próxima a cunha de

ruptura.

Page 37: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

28

Figura 3.13: Área de trabalho para talude atual (esquerda), talude inicial (direita)

A esta máscara (representada na figura acima como a área em vermelho) foi

adicionado um atributo altimétrico, onde foi tomado como base para a escolha o valor

da cota inicial do talude de 70 m, significa dizer que temos um plano delimitador na

superfície inferior representado por esta máscara (plano delimitador próxima a cota

paralela a pista).

3.6. TIN (Triangulated Irregular Network):

Obtidos os dois modelos de curvas de nível para o talude, representando de

forma satisfatória a realidade da superfície de levantamento para ambos os casos,

criou-se novos modelos de elevação para cada modelo de curvas de nível. Cada

modelo criado é a representação de uma rede triangular irregular (TIN), como já foi

visto na Figura 3.5. As representações dessas novas malhas podem ser vistas nas

figuras abaixo.

Page 38: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

29

Figura 3.14: TIN, modelo de talude atual (esquerda), modelo de talude inicial (direita)

Figura 3.15: Vista 3D no ArcScene do talude atual (esquerda), talude inicial (direita)

O modelo digital do talude também pode ser visto em diferentes datas através

do sistema de mapas do google (Google Maps e Google Earth), onde algumas das

imagens encontram-se em anexo neste trabalho.

Page 39: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

30

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES:

Figura 4.1: Etapas para conclusão do resultado

A figura acima, resume todas as etapas para a discussão a respeito de cada

resultado obtido. Onde iniciou-se com a obtenção dos dados fotográficos, a geração

do modelo digital de elevação, criação e ajustes das curvas de nível, confecção dos

modelos temporárias para o talude atual e antes do deslizamento e a conclusão para

a comparação entre os modelos temporais para a obtenção do volume entre estes

modelos. A seguir, temos cada tópico com a apresentação dos resultados para a

conclusão do objetivo geral do trabalho.

4.1. Plano de voo e levantamento aerofotogramétrico:

No momento em que o drone é iniciado pelo software Map Pilot, ele passa a

operar de forma autônoma. O software determina o ponto de coordenadas iniciais do

drone (HOME), ponto este, onde será utilizado no fim da tomada de fotos como o local

para retorno (podendo variar devido ao erro de localização do sistema GNSS do

drone, sendo assim, nesta etapa de retorno recomenda-se operar manualmente).

Volume

Modelo Temporal

Tratamento de Dados

Coleta de Dados

Page 40: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

31

Durante voo, o drone percorre toda área tirando fotos da superfície do

levantamento com sobreposições longitudinal e lateral de 70 %, que foi definido no

software Map Pilot antes de iniciar o voo, ver Figura 3.4. Como o drone possui um

sistema de referenciamento, as fotos são alocadas com suas respectivas

coordenadas (Figura 4.2).

Figura 4.2: Fotografias georreferenciadas

A altura de voo foi definida como 80 m acima do ponto de “home” ou 195 m

acima do nível do mar (como já visto na Figura 2.3). Adotou-se essa altura devido

aquela área estar próxima de uma linha de transmissão elétrica, podendo causar

interferência no sistema de comunicação via rádio do drone, como até mesmo

acidente por contato entre o drone e a rede elétrica.

A altura de voo não pode ser em proporções elevadas, pois quanto maior a

altura de voo, maior o valor do GSD, visto que eles são diretamente proporcionais

como pode ser visto na Equação 1 do capitulo 2. Ocorre também uma diminuição no

valor da acurácia, pois quanto maior a altura do voo, menor a precisão, assim tem-se

um maior erro de levantamento.

Nota-se que as informações da Figura 4.2 estão pelo sistema de coordenadas

UTM, assim a sua altura está referente ao nível do mar. Por este motivo, comparando-

a com a Figura 3.4, temos uma altura de voo de 80 m e uma outra com altitude em

Page 41: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

32

média de 195 m, devido a esta última estar georreferenciada ao nível do mar, como

foi ilustrado na Figura 2.3.

O levantamento aerofotogramétrico teve como resultado, fotografias

georreferenciadas, como vista na Figura 4.2. Onde é possível, devido as coordenadas

geográficas obter um sistema com fotos organizadas obedecendo um padrão pré-

estabelecido e também devido as sobreposições longitudinais e laterais.

O drone estava voando a uma altura de 80 m do ponto mais alto do talude

(home), sendo que o voo manteve-se a uma altura constante de 195 m ao nível do

mar. Assim, de acordo com informações sobre a altitude do terreno, o ponto mais

baixo (correspondente ao pé do deslizamento do talude na parte do acostamento da

pista) possui 70 m, enquanto ponto mais alto (home) 115 m, ambos também

referentes ao nível do mar. Portanto, segue um desnível entre o ponto mais baixo e o

mais alto de 45 m de altitude. Em ilustração temos:

Figura 4.3: Relações altimétricas

4.2. Processamento e análise digital do terreno:

Quando iniciado o programa PhotoScan, durante o alinhamento das fotografias,

ocorre seu auto ajuste com base das informações da aerotriangulação. Portanto, na

aerotriangulação, essas fotografias são organizadas de tal forma a terem suas

coordenadas sobrepostas as fotografias seguintes. Como um dos exemplos temos a

superfície da figura abaixo, onde a região em destaque possui uma quantidade de 46

fotos obedecendo a sobreposição longitudinal e lateral de 70 %.

Linha de voo

Nível Médio dos Mares

H’ = 80 m

H’ = 125 m

H’ = 195 m

GSD = 2,2 cm

GSD = 3,4 cm

Page 42: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

33

Figura 4.4: Exemplo de uma das áreas das sobreposições

Após o processamento das fotografias e geração do ortomosaico que

representa a superfície do talude, obteve-se o GSD de 2,76 cm/pixel (figura abaixo).

Figura 4.5: GSD obtido pelo PhotoScan no ortomosaico

A partir das equações para o cálculo do GSD do capitulo 2, temos:

Page 43: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

34

Figura 4.6: Informações da câmera

𝐺𝑆𝐷 =𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑜 × 𝑇𝑎𝑚𝑎𝑛ℎ𝑜 𝑑𝑜 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙

𝐷𝑖𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑜𝑐𝑎𝑙 =

80 × 0,00241228

8,8

𝐺𝑆𝐷 = 2,2 𝑐𝑚

Esta diferença no valor do GSD obtido no PhotoScan de 2,76 cm/pixel e o GSD

calculado de 2,2 cm, deve-se, ao programa considerar a área de forma integral para

realização do cálculo e devido a região possuir grande parte com vegetação, este fator

vem a alterar no resultado do GSD.

Apesar da não utilização dos pontos de controle para uma melhor precisão no

georreferenciamento das imagens, foi obtido um GSD aproximadamente de

2,76 cm/pixel. Mostrando que poderíamos obter na captura das fotos, objetos de

dimensões maiores ou igual a 2,76 cm na superfície do terreno para cada pixel da

imagem. Pois, nas fotografias o que define a qualidade da imagem é a quantidade de

pixels que ela possui, quanto maior, melhor será sua qualidade.

Assim, no momento do tratamento das imagens obteve-se bons resultados para

a nuvem de pontos densa, o modelo digital de elevação, ortomosaico e o modelo 3D

(malha). Essa relação do GSD com o pixel e a qualidade da imagem pode ser vista

ampliando-se a ortoimagem (ver figura abaixo).

Page 44: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

35

Figura 4.7: Imagem ampliada com relação do pixel com a qualidade da foto

4.3. Análise de interferências:

Durante o voo, na coleta das fotografias é possível acontecer alguns eventos

prejudiciais a qualidade das imagens e ocorrer distorções nestas. Estes eventos

podem ser vistos como uma forte ventania capaz de desestabilizar o drone, reflexos,

chuviscos ou poeiras que podem embaçar a lente da câmera. Estes fatores

influenciará na perda de qualidade das fotografias, deixando-as então de ser útil, pois

implicará nos resultados futuros, modificando a precisão do resultado e aumentado

seu erro.

Devido as distorções que podem estar introduzidas nas fotografias durante o

levantamento aerofotogramétrico, foi necessário analisar todas as fotos afim de

encontrar por distorções, fotos tremidas, borradas, desfocadas ou de baixa resolução.

Portanto, esta correção geométrica trata, prioritariamente, da remoção dos erros

sistemáticos presentes nas imagens.

Durante a tomada das fotos, como o talude encontra-se localizado na beira da

BR-101/BA, havia um trafego de automóveis próximo a este local (figura abaixo). Este

é um outro fator que pode interferir quando os dados são processados, criando falsos

parâmetros que podem influenciar nos resultados.

Page 45: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

36

Figura 4.8: Fator de influência, tráfego local

O processamento inicia-se adicionando as fotos do levantamento (Figura 4.9,

com 111 fotos obtidas) e em seguida com o alinhamento das fotografias (Figura 4.10),

onde cada foto possui sua informação de georreferenciamento e também esse

alinhamento nos fornece um valor de erro (Figura 4.11 e Figura 4.12). Este erro

representa a qualidade câmera na tomada das fotografias (dado em metros), referente

as sobreposições das imagens e suas coordenadas.

Page 46: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

37

Figura 4.9: Grade de fotos obtidas no levantamento, software PhotoScan

Figura 4.10: Alinhamento das fotos, em PhotoScan

A otimização da câmera, opção encontrada na barra de menus do PhotoScan,

quando processada, modifica o valor do erro das imagens, passando de um valor total

Page 47: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

38

de 3.241555 m para 3.241479 m, como pode ser visto nas figuras abaixo (Figura 4.11

e Figura 4.12), que é um valor menor que o seu anterior sem a otimização, gerando

assim um melhor resultado. Porém não significativo para este trabalho, pois apresenta

alteração de valor na quarta casa decimal (unidade utilizada em metros).

Figura 4.11: Antes da otimização da câmera

Figura 4.12: Depois da otimização da câmera

Note também que o software PhotoScan informa a quantidade de pontos

gerados como pode ser acompanhado Figura 4.5, onde o Tie Points possui 72.379

pontos e a nuvem de pontos densa possui 44.093.646 pontos. Essa diferença na

quantidade de pontos é bastante nítida de observar, visto que, enquanto a nuvem de

pontos densa nos fornece uma imagem de qualidade do terreno, no Tie Points temos

uma imagem distorcida do terreno.

Page 48: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

39

Figura 4.13: Nuvem de Pontos Densa

Figura 4.14: Vista ampliada dos pontos organizados que formam a nuvem densa

Com a nuvem de pontos densa pronta, é gerado o modelo digital de elevação

(Figura 3.6), já a geração do ortomosaico, será utilizado para representação da

superfície (Figura 3.7).

Page 49: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

40

4.4. Modelo temporal do talude:

As curvas de nível é uma das etapas importantes para este projeto, pois a partir

destas serão feitos os ajustes para uma análise temporal a respeito do volume

deslocado da cunha de ruptura do talude. Pelo fato das curvas de nível serem um

modelo determinístico nos nivelamentos altimétricos da superfície do terreno, pôde-

se obter a representação do modelo digital atual do talude e ajustar essas curvas para

analisar como era antes do processo de erosão e escorregamento do solo.

Figura 4.15: Curvas de nível no Ortomosaico (à esquerda) e no MDE (à direita), em PhotoScan

Apesar do software PhotoScan tratar todos os dados do levantamento e a partir

das informações de georreferenciamento das fotografias gerar o modelo de curvas de

nível, a sua manipulação e edição não é possível. Foi usado então o ArcMap, a partir

de um arquivo exportado pelo PhotoScan com toda sua base de dados e informações

sobre o levantamento aerofotogramétrico.

Tem-se então, representado pela Figura 3.8 o modelo definitivo para a edição

das curvas. A partir deste modelo foram obtidos outros dois, que buscavam

representar de forma fiel, através das curvas de nível como encontra-se o talude

atualmente e como encontrava-se anterior a seu deslizamento de massa. O resultado

dos dois modelos para a representação de como encontram-se as curvas de nível

Page 50: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

41

podem ser vistos na Figura 3.9, representando o modelo atual e na Figura 3.12,

representando o modelo inicial.

Afim de obter melhores resultados, foi selecionado apenas a região que

encontra-se o deslizamento de massa do talude, sendo assim, sua vizinhança não foi

usada para fins de obtenção de resultados do volume de massa. Esta região

selecionada pode ser vista na Figura 3.13, assim não temos interferência por parte da

vegetação local.

Com os dois modelos de curvas de nível prontos, são gerados também dois

modelos de elevação, uma para a superfície atual e a outra para a superfície inicial.

Este modelo é o TIN, que representa a partir de uma malha de triângulos organizados

de forma a contornar a superfície de estudo. A seguir temos os modelos finais para

compara-los, afim de obter o volume de massa resultante do deslocamento.

Figura 4.16: MDE gerados por TIN a partir das curvas de nível. Modelo atual (esquerda) e modelo inicial (direita)

Criado o TIN para os dois modelos que representam os modelos temporais do

talude atual e inicial, foi feito a comparação entre os dois modelos, gerando assim um

modelo final com três tipos de informações a respeito da massa deslocada do talude:

a massa permaneceu constante; houve perda de massa; houve ganho de massa.

Page 51: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

42

Figura 4.17: Volume de massa deslocada no talude

Portanto, a figura acima representa duas regiões para análise, sendo as regiões

onde houve deposição (azul) e deslizamento de massa (vermelho) no talude. Estes

resultados de movimento de massa do talude, foi feito de acordo com a comparação

entre os modelos criados para representar o talude antes do deslizamento e o modelo

como ele encontra-se no momento do levantamento das fotografias (Figura 3.15 e

Figura 4.16).

A partir dos resultados temos:

a) A região em vermelho correspondente a parte em que houve o deslizamento

de massa, obteve-se aproximadamente 13.557,63 m3 de massa deslocada.

b) A região em azul representa a deposição de massa nessa região, com um

volume de 2.879,37 m3 de massa. Entende-se que para esta região, a

deposição de massa funciona como uma barreira em caso de mais

deslizamentos na região em vermelho.

Page 52: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

43

Observação: estes volumes representam uma comparação entre os dois

modelos criados, sendo assim, não é possível a identificação real da massa

deslocada, devido a retirada e ao escoamento de solo com o passar do tempo (desde

o deslizamento até o levantamento do talude) para aquela região.

4.5. Fotointerpretação:

Figura 4.18: Obstrução das canaletas do sistema de drenagem do talude

Através do voo realizado foi possível, com uso da intepretação visual de

imagens, identificar um fator de possível responsabilidade para deslizamento do

talude. Foi observado a não manutenção das calhas de drenagem e assim um

acúmulo de sedimentos. Com o aumento do escoamento superficial para aquela

região e com uma maior percolação da água, pode ter ocorrido uma possível

saturação solo, que veio a gerar o deslizamento de massa do talude (Figura 4.18).

Page 53: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

44

Figura 4.19: Possível região de fissura

Neste levantamento, através da observação da ortoimagem foi possível a

identificação de uma outra região onde pode ocorrer um novo deslizamento de massa.

Nesta observação foi possível identificar possíveis fissuras no talude, como pode ser

visto na figura acima.

Page 54: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

45

5. CONCLUSÃO:

O modelo digital gerado a partir das fotografias obtidas em levantamento

planialtimétrico através de técnicas da aerofotogrametria e o GSD obtido no

ortomosaico de 2,76 cm/pixel, foram satisfatórios para a obtenção das curvas de nível

na determinação dos modelos temporais. Comparando-se os modelos, obteve a

informação necessária com o valor de massa que veio a deslizar no talude, com o

valor de 13557,63 m3 para a região de erosão e de 2879,37 m³ para a região de

acumulo.

A obtenção do resultado final com o valor dos volumes correspondentes ao

talude só foi possível devido aos bons resultados na edição das curvas de nível. Desta

forma pôde-se gerar novas superfícies que representavam de forma temporal o talude,

crucial para a determinação da massa deslocada.

Pela restrição no tempo de execução do projeto, outras variáveis topográficas

não foram utilizadas. A declividade, aspecto, perfil topográfico e escoamento

superficial (coeficiente runoff ou de deflúvio) são informações importantes que

auxiliam na descrição do terreno. No entanto, a metodologia aplicada foi suficiente

para entender a movimentação de massa e quantificar o volume.

5.1. Sugestões para trabalhos futuros:

• Monitoramento de deslizamento de massa do talude por métodos topográficos

ou por aerofotogrametria a partir da comparação de modelos digitais;

• Retaludamento: Métodos a serem empregados a partir do melhor Modelo

Digital obtido;

• Monitoração de possíveis áreas de erosão: como visto na Figura 4.19, realizar

um monitoramento temporal da região em destaque.

Page 55: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

46

6. REFERÊNCIAS:

CAMARGOS, Lucas Araújo et al. Aplicação do Modelo Digital de Terreno (MDT)

Advanced Elevation Series (AES) em parte do município de Formosa, GO. 2015. Anais

XVII Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, João Pessoa-PB, Brasil, 25 a 29

de abril de 2015, INPE. Disponível em: <http://www.dsr.inpe.br/sbsr2015/files/p0895.pdf>.

Acesso em: 22/08/2017.

CAMPITELI, Mauricio; DronEng. 2016. Aprenda a gerar curva de nível perfeita.

Disponível em: < http://blog.droneng.com.br/geracao-das-curvas-de-nivel-atraves-da-malha-

de-triangulos/>. Acesso em: 21/08/2017.

CAPUTO, Homero Pinto. 1996. Mecânica dos Solos e suas Aplicações. Vol. II. 6a ed. Rio de

Janeiro: LTC S.A. p. 378 - 416.

D'ALGE, J. C. L. Geoprocessamento - Teoria e Aplicações - Parte I - Cap. 6 - Cartografia

para Geoprocessamento. INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2001. Disponível

em: <www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/>. Acesso em 12 de ago. 2017.

DA SILVA, Daniel Carneiro et al. QUALIDADE DE ORTOMOSAICOS DE IMAGENS

DE VANT PROCESSADOS COM OS SOFTWARES APS, PIX4D E PHOTOSCAN.

2014. V Simpósio Brasileiro de Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação, Recife

– PE.

DIAS, Gilda Maria; PETER, Jeanine Cassini; PEREIRA, Marcelo. Levantamento de limites

de imóvel rural com uso de VANT, Eldorado do Sul – RS. 2014. 161p. Trabalho de

Conclusão de Curso de Engenharia Cartográfica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul,

UFRGS, 2014. Acesso em: 10/08/2017.

DRONENG. 2015. Fotogrametria a bordo do VANT. Disponível em:

<http://blog.droneng.com.br/fotogrametria-a-bordo-do-vant/>. Acesso em: 21/08/2017.

DRONENG. 2016. Aprenda a gerar a curva de nível perfeita. Disponível em: <

http://blog.droneng.com.br/geracao-das-curvas-de-nivel-atraves-da-malha-de-triangulos/>.

Acesso em: 21/08/2017.

Page 56: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

47

DRONENG. 2017. Variação de GSD: como funciona?. Disponível em: <http://blog.dronen

g.com.br/variacao-de-gsd/>. Acesso em: 21/08/2017.

FIAMONCINI, Charles Marcondes, Estabilização de taludes através da técnica de cortina

atirantada – Estudo de caso. 2009. 111 p. Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia

Civil, Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC, Criciúma, 2009. Acesso em:

29/06/2017.

GEODRONES. 201- Engenharia. Topografia. Disponível em: <http://geodrones.com.br/apli

cacoes/engenharia/>. Acesso em: 21/08/2017.

GIM INTERNATIONAL. Uas as a tool for surveyors. Disponível em: <https://www.gim-

international.com/content/article/uas-as-a-tool-for-surveyors>. Acesso em 14/07/2017.

GUIDICINI, G.; NIEBLE, C.M.. “Estabilidade de taludes naturais e de escavação”. São

Paulo: Editora Edgard Blücher Ltda., 1984.

LONGHITANO, G. A. VANTs para Sensoriamento Remoto: Aplicabilidade na Avaliação

e Monitoramento de Impactos Ambientais Causados por Acidentes com Cargas Perigosa.

2010. Disponível em: <http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3138/tde-10012011-

105505/publico/Dissertacao_George_Alfredo_Longhitano.pdf>. Acessado em: 11/10/2017.

MELO, Roseneia Rodrigues Santos de; COSTA, Dayana B. 2015. USO DE VEÍCULO

AÉREO NÃO TRIPULADO (VANT) PARA INSPEÇÃO DE LOGÍSTICA EM

CANTEIROS DE OBRA. SIBRAGEC - ELAGEC 2015 – de 7 a 9 de Outubro –

SÃO CARLOS – SP. Disponível em: <http://www.infohab.org.br/sibraelagec2015/artigos/SI

BRAGEC-ELAGEC_2015_submission_95.pdf>. Acesso em: 29/10/2017.

MATTOS, Kelly Cristina Andrade. Processos de Instabilização em taludes rodoviários em

solos residuais arenosos: Estudo na rodovia Castello Branco (SP 280), Km 305 a 313. 2009.

126 p. Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São

Paulo, São Carlos, 2009. Acesso em: 29/06/2017.

NETO1, Manoel Silva; DronEng. 2016. Acurácia e Precisão no Mapeamento Aéreo.

Disponível em: <http://blog.droneng.com.br/acuracia-e-precisao/>. Acesso em: 21/08/2017.

Page 57: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

48

NETO2, Manoel Silva; DronEng. 2016. Como gerar MDT com Drones?. Disponível em:

<http://blog.droneng.com.br/mdt-com-drones/>. Acesso em: 21/08/2017.

SILVA, Eristelma Texeira de Jesus Barbosa.2013. Veículos aéreos não tripulados: panorama

atual e perspectivas para o monitoramento de atividades ilícitas na Amazônia. Anais XVI

Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de

abril de 2013, INPE. Disponível em: < http://www.dsr.inpe.br/sbsr2013/files/p1457.pdf>.

Acessado em: 08 de ago. 2017.

SANKARASRINIVASANA, S., Balasubramaniana, E., Karthika K., Chandrasekarb, U.,

Guptac, R. Health Monitoring of Civil Structures with Integrated UAV and Image Processing

System. 2015. Eleventh International Multi-Conference on Information Processing-2015

(IMCIP-2015).

Disponível em: <https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050915013824>.

Acesse em:11/10/17.

SERMA. Orthophoto. 2017. Disponível em: <http://www.serma.it/en/photogrammetry/ortho

photo.html>. Acesso em:06/03/2018.

Page 58: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

49

ANEXOS:

Anexo A: Vista do talude da BR 101/BA, km 199 em Google Earth.

Figura A: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Earth no ano de 2002

Figura B: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Earth no ano de 2010

Page 59: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

50

Figura C: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Earth no ano de 2014

Anexo B: Vista do talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps.

Figura D: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps no ano de 2011

Page 60: USO DE VANT PARA ANÁLISE TEMPORAL DE TALUDE …

51

Figura E: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps no ano de 2013

Figura F: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps no ano de 2015

Figura G: Talude da BR 101/BA, km 199 em Google Maps no ano de 2016