UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA – UFBA ESCOLA POLITÉCNICA – DEPARTAMENTO DE TRANSPORTES

NOTAS DE AULAS – EDIÇÃO EXPERIMENTAL

PROF. LUIZ CARLOS A. DE A. FONTES

VERSÃO 2005.1

ENGENHARIA DE GEOMENSURA

MEDIÇÕES NO ESPAÇO GEOGRÁFICO

CAPÍTULO 01

Conceitua-se de superfície topográfica à superfície terrestre propriamente dita que acompanha as elevações nas regiões continentais e as depressões nas regiões submersas pelos rios, lagos, mares e oceanos. Variadas são as expressões geomorfológicas da superfície topográfica, objeto de estudo segundo diversos interesses, quer científicos, quer econômicos e outros. Para investigar a forma, as dimensões, os potenciais gravimétricos e magnéticos, bem como a configuração e a representação da sua superfície e dos elementos que compõe a paisagem continental ou submarina do orbe planetário terrestre ou de uma parcela do seu território, várias são as ciências, as teorias, as técnicas e os recursos tecnológicos utilizados. A definição dos recursos a serem empregados na investigação pretendida dependerá das finalidades e dos interesses envolvidos.

Na elaboração de plantas, cartas e mapas temáticos, que são produtos cartográficos, exigem-se a utilização de técnicas de medição no espaço geográfico, bem como a execução de cálculos a partir das observações realizadas e a sua representação gráfica com determinado nível de detalhamento.

Atribui-se a origem das medições no espaço geográfico, para atendimento às finalidades úteis ao sistema econômico produtivo na agricultura, como tendo início no antigo Egito. Às margens do rio Nilo desenvolvia-se intensa atividade agrícola que requeria, em função do seu potencial de valor econômico, a definição de limites das terras, parcelamento das mesmas, levantamentos cadastrais e avaliações de áreas rurais, além da necessidade periódica de novas demarcações de limites fronteiriços das propriedades em função das enchentes deste famoso rio após as ocorrências de chuvas intensas. Assim nasceu uma atividade de medição denominada de Agrimensura, realizada pelos sacerdotes dos templos egípcios, segmento social melhor dotado de conhecimentos e técnicas nesta etapa histórica da humanidade. A partir de então, foram desenvolvidos teorias, métodos de medição, equipamentos e procedimentos técnicos de cálculos e desenho, que possibilitaram o surgimento da atividade de Geomensura, atingindo contemporaneamente um estágio extraordinário de recursos tecnológicos, em termos de instrumental e de outros recursos eletrônicos para medições no espaço geográfico e de sua representação. Além dos procedimentos convencionais de mensuração, historicamente bem estabelecidos e utilizados cotidianamente, dispõem-se de outros recursos complementares, tais como o registro por imagens digitais da superfície terrestre com o emprego de sensores orbitais, computadores para processamento de grande volume de dados e informações espaciais, apoiando-se na automação de todas as etapas do processo de produção cartográfica, com elevado grau de segurança e rapidez, a partir dos levantamentos de campo até o produto final., alcançando a atividade de Geomensura a estatura de uma área específica do conhecimento humano que se pode designar por Engenharia de Geomensura. Portanto, a área de conhecimento que agrupa as ciências e as técnicas de medição, de tratamento e de representação dos valores observados no espaço geográfico pode ser etimologicamente caracterizada pelo neologismo Geomensura, enquanto que a

aplicação dos seus conhecimentos científicos e de certas habilidades específicas e restritas à Agrimensura e Cartografia, para a produção de plantas, cartas e mapas para atendimento às inúmeras necessidades humanas mediante a engenharia, pode receber a nomenclatura de Engenharia de Geomensura.

No sentido lato, pode-se afirmar que se trata de uma engenharia de medições no espaço geográfico georeferenciado, que utiliza um conjunto de formulações teóricas, métodos, técnicas e procedimentos clássicos da Geodésia, da Topografia, da Fotogrametria da Cartografia, adicionado aos avanços tecnológicos nos setores da eletrônica e da informática, empregando os recursos da computação para a execução de cálculos de grande quantidade de informações obtidas pelas observações em campo, mediante algoritmos programáveis executáveis, obtendo seu produto final, quer em meio analógico, quer em meio digital, que são as expressões gráficas em termos de plantas, cartas e mapas e demais formas de registro cartográfico. Atualmente, dispõe-se de técnicas desenvolvidas mais recentemente, a partir da denominada tecnologia informatizada, tais como a telemetria dos sistemas de posicionamento por satélites, sensoriamento remoto, a cartografia digital dentre outras.

A Engenharia de Geomensura estrutura-se, portanto, nas ciências fundamentais, caracterizadas pela Geodésia, Topografia e Fotogrametria, com suporte na Teoria dos Erros, na Informática e num Sistema de Informações, sendo auxiliada pelas ciências complementares pertinentes ao domínio cartográfico, tais como a Astrometria, a Cartografia e a Hidrografia. A Engenharia de Geomensura recorre, para atender aos seus objetivos primordiais de mapeamento, às denominadas Técnicas de Geomensura, estas, por sua vez, caracterizadas pela Topometria, Sensoriamento Remoto e Telemetria, contribuindo adicionalmente para as áreas de posionamento, locações, controle ambiental e de deformações de grandes estruturas da lavra da engenharia civil (barragens, pontes, edifícios e outras), controle de montagens industriais, cadastro técnico, base cartográfica para Sistemas de Informações Geográficas e outras aplicações.

AS TÉCNICAS DE GEOMENSURA

UMA ABORDAGEM SINÓTICA

CAPÍTULO 02 01 GENERALIDADES

A necessidade de representação de fenômenos que ocorrem no espaço geográfico tem-se ampliado nos dias atuais, quer para analisá-los e divulgá-los, quer para adotar decisão frente às diversas necessidades científicas, técnicas, militares, econômicas e outras, em qualquer área do conhecimento humano.

No século XXI, a demanda por mapas temáticos – topográficos, náuticos, aeronáuticos, geológicos, hidrográficos e outros, produtos da Cartografia, aumentou acentuadamente com o desenvolvimento das ciências naturais, tais como a geologia, a geomorfologia, a ciência do solo e a ecologia, bem como em função da crescente necessidade de monitoramento do consumo de recursos naturais extinguíveis e de aspectos ambientais modernos que degradam a sua qualidade.

Um mapa é modernamente conceituado como sendo um modelo gráfico do mundo que possui características descritivas (atributos), de cuja análise resulta a possibilidade de uma intervenção no mundo real. Os mapas são utilizados como meios de exibição e gerenciamento de dados espaciais. Porém, um mapa é uma representação estática de uma realidade dinâmica, apresentando informações relativas a um tema, de uma área geograficamente definida, possuindo uma determinada precisão, com formas convencionais de representação gráfica. Um mapa necessita de atualização constante das informações nele contidas.

Expressões como Geoprocessamento e Sistema de Informações Geográficas – SIG fazem parte do vocabulário usual nos meios técnicos da Engenharia, conduzindo-nos, como profissionais, à busca de capacitação nestas áreas recentes de aplicação em inúmeros projetos de obras no domínio da Engenharia Civil

Geoprocessamento, simplificadamente, refere-se ao uso automatizado de informação que, de alguma forma, está vinculada a um determinado lugar no espaço geográfico, seja por meio de um simples endereço ou por um sistema mais complexo de coordenadas espaciais. Existem várias ferramentas para captura, armazenamento, processamento e apresentação de informações espaciais georeferenciadas. As ligações técnicas e conceituais destas ferramentas conduziram ao desenvolvimento da tecnologia de processamento de dados geográficos, resultando no vocábulo Geoprocessamento para sintetizá-las.

Por sua vez, o termo Sistema de Informações Geográficas, simplificadamente SIG, refere-se a um sistema computacional que reúne maior capacidade de processamento e análise de dados espaciais. A utilização das ferramentas computacionais produz informações que permitem tomar decisões para colocar em prática determinada ação, em diversas áreas de atividade profissional. Estes sistemas se aplicam a qualquer tema que manipule dados ou informações vinculadas a um determinado lugar no espaço geográfico e que seus elementos possam ser representados em um mapa, como casas, escolas, hospitais, relevo topográfico, sistemas viários,

cadastros municipais, locais de ocorrências de eventos tais como acidentes de veículos, incêndios, etc. Sinteticamente, um SIG é um conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados e informações sobre o mundo real para atendimento a um objetivo específico. Esta definição enfatiza, explicitamente, as ferramentas de um SIG: equipamentos (hardwares), aplicativos computacionais (softwares), banco de dados institucionais, sistemas de gerência de banco de dados, bem como de pessoal qualificado. Portanto, um SIG é um conjunto de ferramentas computacionais compostas de equipamentos e de programas que, por meio de procedimentos técnicos, integra dados, pessoas e instituições, de modo a tornar possível a coleta, o armazenamento, o processamento, a análise e a disponibilização, a partir de dados georeferenciados, de informações produzidas por meio das aplicações disponíveis, visando maior facilidade, segurança e agilidade nas atividades humanas referentes ao monitoramento, planejamento e tomada de decisões relativas aos fenômenos de ocorrência localizada no espaço geográfico.

A montagem da base de dados, incluindo a base cartográfica, apresenta custos de aquisição superior a 80% do valor global para a implantação deste sistema.

Para representar as informações espaciais dispõe-se dos recursos e dos diversos modelos projetivos pertinentes à Cartografia, objeto de estudo em capítulo posterior.

Serão descritas neste capítulo, de maneira sinótica, as principais técnicas de geomensura de aquisição dessas informações espaciais, cujo emprego decorre em função da densidade de informações, precisão, escala de representação e custos operacionais. 02 AS TÉCNICAS DE GEOMENSURA

2.1 Geodésia

O levantamento de uma grande extensão da superfície terrestre deve apoiar-se sobre um certo número de pontos, cuja posição no espaço geográfico deverá ser determinada com uma precisão superior às inerentes das operações topográficas ordinárias. Esta rede de pontos é necessária para evitar a acumulação dos erros instrumentais e sistemáticos pertinentes aos levantamentos topográficos, para facilitar a repartição ou compensação dos erros naturalmente cometidos, assim como permitir orientar os planos cartográficos resultantes dos levantamentos parciais e uni-los.

Classicamente, a Geodésia foi definida, a partir de seus objetivos, como a Ciência que se ocupa da determinação da forma, das dimensões e do campo gravitacional do planeta Terra.

Figura 1: Definição de pontos de uma rede geodésica

O problema geodésico, de natureza físico-geométrica, em primeira análise, pode ser tratado como o da definição de um sistema de coordenadas em que fiquem caracterizados os pontos descritores da superfície física da Terra. Denomina-se de SISTEMA GEODÉSICO ao sistema de coordenadas espaciais associado à família de pontos descritores do espaço geográfico, sendo necessário que o mesmo se estenda por toda a superfície terrestre para que se possam realizar os objetivos da Geodésia.

Um Sistema de Referência Geodésico define o posicionamento geográfico de elementos de destaque presentes na superfície terrestre, mediante a caracterização das suas coordenadas tridimensionais: longitude, latitude e altitude. A Figura 2 ilustra a compreensão do sistema. Isto significa a possibilidade de localização de qualquer elemento no espaço geográfico terrestre.

Figura 2: Sistema de coordenadas geográficas Os sistemas clássicos de referência terrestre foram adaptados a cada

continente e, até mesmo, a cada país, devido às limitações científicas, tecnológicas, militares e metodológicas da Geodésia em cada época.

Assim, o estabelecimento de um sistema geodésico em um país desenvolve-se tendo como objetivo contribuir para a solução do problema geodésico, sem, contudo, se descuidar dos aspectos aplicados, em que a preocupação maior é a referência para as atividades cartográficas. Os pontos geodésicos, subsidiariamente, suprem a comunidade técnica nacional das informações necessárias à condução dos assuntos públicos, principalmente as que permitem apoiar as grandes obras de engenharia, tais como: sistemas de comunicação, transmissão de energia, barramentos para geração de energia ou abastecimento de água, titulação de propriedades, dentre outras não menos importantes.

Denominam-se Levantamentos Geodésicos ao conjunto de atividades voltadas para as medições e observações de grandezas físicas e geométricas que conduzem à obtenção dos parâmetros definidores das coordenadas dos pontos integrantes do sistema geodésico.

A superfície de referência para a definição matemática de cada ponto de um sistema geodésico pode ser o Esferóide (Raio terrestre médio ≅ 6.371 km) ou, com

maior rigor, o Elipsóide de Revolução. A altura dos pontos da rede geodésica é definida em relação ao Geóide (Nível médio do mar). Por sua vez, a superfície de projeção utilizada para a produção cartográfica será mediante uma superfície desenvolvível no plano: cônica, cilíndrica ou um plano horizontal tangente à superfície de referência.

2.2 Topografia A Topografia, cuja etimologia do termo significa "descrição do lugar", é

classicamente definida como sendo a ciência que estuda uma área limitada da superfície terrestre, com a finalidade de conhecer sua forma (quanto ao contorno e ao relevo) e a posição que a mesma ocupa no espaço geográfico georeferenciado, sem levar em consideração no tratamento dos dados medidos no campo a curvatura do modelo geométrico-matemático que representa idealisticamente a Terra. Para alcançar seu objetivo primordial, a Topografia fundamenta-se no conhecimento dos instrumentos e dos métodos que se destinam para executar as observações de campo e a representação do terreno sobre uma superfície plana de projeção denominada de plano topográfico.

Conceituam-se os levantamentos topográficos como sendo operações através das quais se realizam medições no espaço geográfico com a finalidade de serem determinadas posições relativas de pontos descritores do trecho da superfície terrestre que está sendo objeto de estudo. Trata-se de um processo de aquisição de informações espaciais através da medição de ângulos e distâncias, utilizando-se geralmente de instrumental goniométrico e diastimométrico, com acessórios de apoio, com fundamentos conceituais quer mecânico, ótico-mecânico, ótico-eletrônico e eletrônico. As observações de campo são necessárias para a determinação de coordenadas pontuais georeferenciadas das informações espaciais que possibilitem a definição geométrica do contorno da área que está sendo estudada topograficamente (limites físicos), assim como do seu relevo e da sua posição relativa no espaço geográfico e da posição de pontos representativos dos detalhes do local - construção em geral, árvores, rios, lagos e outros pormenores, enriquecendo a base cartográfica.

Figura 3: Levantamento topográfico clássico

2.3 Sensoriamento Remoto

Entende-se por Sensoriamento Remoto a utilização conjunta de

modernos sensores, equipamentos para processamento e transmissão de dados,

aeronaves, espaçonaves e outros, com o objetivo de estudar o ambiente terrestre através do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias componentes do planeta Terra, em suas mais diversas manifestações. Os sensores permitem obter imagens orbitais, por via indireta, da superfície observada ou registros na forma de gráficos ou dígitos. Considera-se como imagem orbital a aquisição de dados de sensoriamento remoto através de equipamentos sensores coletores situados a bordo de satélites artificiais.

Figura 3: Estrutura de um sistema de aquisição de informações

espaciais pela técnica de sensoriamento remoto A técnica de geomensura para aquisição de dados por sensoriamento

remoto permite obter informações espaciais que podem ter aplicações práticas no

inventário e no manejo dos recursos naturais do planeta, na meteorologia, na oceanografia, na geomorfologia, estudos urbanísticos e outros.

2.4 Sistema de posicionamento por satélites

A Era Espacial iniciada com o lançamento do primeiro satélite artificial,

o SPUTNIK I, em 4 de outubro de 1957, marcou uma mudança radical em muitas ciências e em particular nos métodos de posicionamento

A era dos satélites artificiais foi imediatamente seguida pela revolução da eletrônica, proporcionando novos e atraentes rumos a Geodésia e à Topografia.

Historicamente, os sistemas utilizados para a definição da posição de pontos situados no espaço geográfico, querem estejam no continente, no mar ou no espaço aéreo, sofreram extraordinária evolução. Inicialmente, o sistema de posicionamento mais antigo teve por base observações astronômicas. Com o desenvolvimento da ótica e dos métodos geodésico-topográficos clássicos, estes foram utilizados para posicionamento e orientação. As condições de visibilidade limitavam a execução dos trabalhos.

Métodos topográficos, denominados clássicos, que se valiam de instrumentos óticos foram utilizados, desde que fosse possível a observação visual dos pontos a terem as suas posições relativas definidas, as quais estão, por sua vez, associadas a posições geodésicas previamente definidas.

Até a relativamente poucos anos, a determinação de pontos situados, principalmente no mar, só era possível através da observação visual de sinais (estações) localizados na costa, segundo métodos clássicos que se valia de instrumentos óticos.

O extraordinário desenvolvimento da eletrônica, permitindo o domínio da técnica de propagação das ondas eletromagnéticas e a medição de intervalos de tempo com rigor da fração de mili-micro-segundo, contribuíram para o aperfeiçoamento dos métodos de posicionamento.

Em palavras simples, navegar significa saber onde se está e aonde se vai - saber ir e voltar. Os recursos de que se necessita para navegar dependem das características da viagem como a distância e o meio (terrestre, aéreo, aquático, etc).

Sejam quais forem os recursos para a navegação, o conhecimento da forma da Terra e a adoção de um referencial adequado são imprescindíveis.

O sistema de posicionamento global, identificado pela sigla GPS (Global Positioning System), é uma constelação de satélites de navegação que orbita a Terra. A informação de tempo preciso e de posição transmitida pelos satélites é usada por um receptor GPS para definir uma posição fixa.

O sistema foi oficialmente declarado “operacional”, permitindo continuamente, durante 24 horas, determinar cobertura em três dimensões (posição mais elevação) em qualquer lugar sobre a superfície terrestre.

O Sistema GPS foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos para proporcionar informação consistente e confiável para navegação, que não é afetada pela irregularidade da superfície terrestre e por condições climáticas adversas, sendo também altamente resistente aos erros de multicaminhamento e interferências.

O Departamento de Defesa dos Estados Unidos lançou, paulatinamente, 24 satélites que giram em seis planos orbitais ao redor da Terra, a uma altitude de aproximadamente 20 mil e duzentos quilômetros, inclinados 55º em relação ao plano equatorial e com período (tempo gasto para um giro completo) de 12 horas, cuja disposição geométrica espacial está ilustrada pela Figura 4. Tanto os receptores GPS

fabricados comercialmente como os satélites possuem relógios de alta precisão usados no cálculo das distâncias. O Departamento de Defesa continua a administrar e controlar o Sistema de Posicionamento Global.

Figura 4: Estrutura espacial do Sistema GPS Concebido inicialmente para contornar as deficiências verificadas no

Sistema de Navegação Transit, seu predecessor imediato, o Sistema GPS foi projetado de forma que em qualquer lugar do planeta e a qualquer momento existam pelo menos quatro satélites acima do plano do horizonte do observador, numa altitude de 20.200 km. Esta situação garante a condição geométrica mínima necessária à navegação em tempo real por este novo sistema. Embora o GPS tenha sido desenvolvido como um sistema militar de navegação, seu uso civil e comercial foi reconhecido.

Posteriormente, cientistas e pesquisadores no mundo todo começaram a descobrir e explorar as potencialidades do sistema, não somente aquela de aplicação destinada à navegação. Com isto, surgiram as aplicações na área da geodésia, geodinâmica, cartografia, etc., atingindo níveis de precisão inalcançáveis com os métodos clássicos utilizados até então, para surpresa dos próprios idealizadores do sistema.

Cada satélite GPS transmite sua localização precisa (posição e elevação) e o início da transmissão. Um receptor GPS capta o sinal, então mede o intervalo entre a transmissão e a recepção do sinal para determinar a distância entre o receptor e o satélite: isto consiste numa faixa de valores dentro da qual valor estimado está situado. Uma vez que o receptor tenha computado uma faixa para pelo menos três satélites, sua localização sobre a superfície terrestre pode ser determinada.

Cada satélite transmite dois tipos de dados, denominados de almanaque e de efemérides. Os dados do almanaque são informações gerais sobre a localização e as condições de cada satélite na constelação. Desde que ele contenha informações gerais, um almanaque pode ser obtido a partir de qualquer satélite. Com um almanaque atualizado em sua memória, um receptor sabe onde observar, no céu, os satélites e informar sua última posição conhecida e o tempo do dia. Dados de efemérides consistem no posicionamento preciso do satélite que é usado para a determinação da

faixa de valores de distâncias. Cada satélite transmite seus próprios dados de efemérides.

Ambos, dados do almanaque e de efemérides são necessários por um receptor GPS para localizar e captar satélites rapidamente, copiando suas mensagens automaticamente, e calculando sua posição fixa.

Figura 5: Receptor GPS utilizado para posicionamento topográfico com precisão centimétrica

Entre outras finalidades, os receptores permitem executar levantamentos topográficos com diversas vantagens sobre as denominadas Estações Totais. Os sistemas topográficos convencionais (ótico-mecânicos) enfrentam problemas de intervisibilidade em terrenos ondulados, perto de barreiras físicas, limitação de distâncias (só permitem visadas curtas); só podem ser utilizados durante o dia; não permitem o trabalho em dias chuvosos e chegam a exigir equipes de quatro ou cinco pessoas, dependendo do caso. Em locais de mata fechada, exigem a abertura de picadas. Orientado por satélites, o sistema GPS supera todos esses limites. Apenas uma pessoa opera o receptor na coleta ou locação das coordenadas. A sua aplicação se justifica em situações que exijam grande número de levantamentos topográficos, locações e medições.

Os trabalhos de apoio aos levantamentos aerofotogramétricos, por exemplo, conduzidos através dos processos topográficos, hoje se valendo de estações totais eletrônicas, exigem o conhecimento de um ponto de partida com coordenadas conhecidas e de uma direção com um azimute estabelecido. Esta tarefa ficou tremendamente facilitada com o sistema GPS. Utilizando receptores geodésicos de uma ou duas freqüências, as coordenadas podem ser transportadas em distâncias de centenas ou até milhares de quilômetros com precisão de poucos centímetros em um período de 2 horas ou até menos. Desta forma, é fácil implantar dois pontos de apoio numa área de interesse, transportando as coordenadas desde uma estação pertencente a uma rede qualquer de referência. Isto satisfaz a exigência da topografia em relação às coordenadas e ao azimute.

2.5 Hidrografia

A Hidrografia consiste numa ciência que se ocupa da medida e descrições das características físicas dos oceanos, mares, lagos e rios, bem como das suas áreas costeiras contíguas, com a finalidade, em geral, de navegação. Os mapas dos mares e das partes navegáveis dos rios servem não apenas para mostrar as profundidades das águas, mas também a amplitude das marés, velocidade e direção das correntes, a forma do litoral e até a natureza do fundo do mar, para fins de navegação.

O mapeamento do relevo do fundo marinho, medições das marés, correntes e ondas, realizadas através de levantamentos em mar aberto ou em águas interiores, é executado utilizando-se de equipamentos de hidrografia. O conhecimento do fundo e subfundo dos ambientes marinho, lagunares e fluviais é obtido mediante a investigação por intermédio de métodos indiretos acústicos. Os métodos indiretos acústicos permitem a perfilagem contínua das camadas do subfundo (técnica da reflexão sísmica) e identificam com precisão as variações na topografia e nas feições do fundo marinho (sonografia e ecobatimetria).

Figura 5: Área de relevo submerso caracterizado pela técnica hidrográfica e representado tridimensional por técnica computacional 3D

A batimetria pode ser definida como sendo o conjunto dos princípios,

métodos e convenções utilizadas para determinar a medida do contorno, da dimensão e da posição relativa da superfície submersa dos mares, rios, lagos, represas e canais.

Os levantamentos batimétricos podem ser realizados segundo técnicas diversas: sondagens batimétricas (método mecânico executado nas verticais da seção de medição para determinar a sua profundidade utilizando-se guincho hidrométrico e lastro) e sondagens ecobatimétricas (método para medir a profundidade da água pelo cálculo do intervalo de tempo necessário para que as ondas sonoras viagem ida e volta, a uma velocidade conhecida, desde um ponto conhecido bidimensionamente até um ponto situado na vertical sobre o terreno submerso que as reflita). As posições nas quais serão medidas as profundidades são caracterizadas, geralmente, com o emprego de métodos topográficos clássicos ou, atualmente, pela técnica do posicionamento por satélites.

Figura 6: Modelo comercial de ecobatímetro onde se destaca, no detalhe, o perfil batimétrico levantado

2.6 Fotogrametria

A Fotogrametria é conceituada classicamente como sendo “ciência e técnica de obter formas, posições e dimensões de objetos retratados em fotografias”. A American Society of Photogrammetry conceitua, moderna e abrangentemente, a Fotogrametria como sendo “Arte, ciência e tecnologia de se obter informações confiáveis sobre objetos físicos e do meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretação de imagens fotográficas e padrões de energia eletromagnética radiante e outros fenômenos". O ato principal é o da medição, constituindo-se tão somente a fotografia como memória principal da informação.

Figura 7: cobertura aerofotogramétrica

Mapas e fotografias aéreas são usados para obtenção de cadastros

técnicos. Os cadastros técnicos são executados com a finalidade de obtenção de informações técnicas detalhadas sobre áreas específicas, que possibilitem a implementação de ações de lançamento de impostos e taxas, inventários e controle de

equipamentos e serviços públicos, desapropriações, indenizações, localização de obras – redes elétricas, de telefonia, de saneamento etc, entre outros objetivos. Uma maneira de se obter rapidamente tais informações técnicas é mediante a utilização do método aerofotogramétrico com a finalidade de produzir a base cartográfica georeferenciada do espaço geográfico, principalmente voltado para a elaboração de projetos de engenharia e de arquitetura – estradas, barragens, planos diretores de cidades, loteamentos etc.

Sob o seu aspecto científico aplicado à Cartografia, a Fotogrametria tem como objetivo determinar, por intermédio de imagens fotográficas apropriadas, a posição de objetos localizados sobre a superfície terrestre. No início do século XIX, a técnica da fotogrametria distinguia-se da topografia clássica, somente pela maneira da obtenção dos dados: em vez da medição de direções, com um goniômetro, e das distâncias, com um diastímetro, estas eram obtidas através de fotografias. Portanto, não é uma ciência nova, porém sua aplicação à Topografia foi concretamente iniciada através dos trabalhos do engenheiro francês Aimé Laussedat, em 1849.

A utilização da técnica fotogramétrica como ferramenta útil à Agrimensura e à Cartografia possibilitou uma acentuada evolução em equipamentos e metodologias de produção de plantas, cartas e mapas topográficos. Um mapa topográfico planimétrico é uma representação gráfica, em determinada escala, que demonstra somente a posição horizontal dos detalhes representados, tais como estradas, pontes, barragens, lagos, rede hidrográfica, edificações, divisas territoriais, áreas de vegetação etc. O mapa topográfico planialtimétrico contém, além das informações planimétricas, detalhes referentes às distâncias verticais, ou seja, informações acerca das alturas dos pontos topográficos representados planimetricamente, por intermédio de valores de cotas ou altitudes, bem como a expressão do relevo terrestre mediante curvas de nível (sua altimetria). Então, em lugar do levantamento topográfico clássico para a confecção de cartas topográficas, cadastrais e técnicas, pode-se empregar o levantamento fotogramétrico que utiliza fotografias aéreas para a obtenção das referidas representações espaciais. Os mapas topográficos produzidos com o auxílio da técnica aerofotogramétrica são denominados de mapas topográficos restituídos.

03 LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS ESPECIAIS

Classificam-se na classe de especiais àqueles levantamentos que são executados para atendimentos de objetivos muito específicos, tais como os levantamentos topográficos subterrâneos, topohidrográficos, por triangulação topográfica (4a Ordem) e os de precisão.

Os levantamentos topográficos de precisão são aqueles destinados para medição de recalques de fundações de edificações prediais ou de reservatórios de grande capacidade - destinados ao abastecimento predial de água ou de combustíveis, elevados ou apoiados sobre o solo -, monitoramento de acomodação de camadas de solos em zonas de extração subterrânea de sais minerais, monitoramento de deformações de grandes estruturas de engenharia – silos elevados, barragens, vigas em grandes vãos -, nivelamento de redes planimétricas para apoio à interpretação de aerolevantamentos, etc.

Os trabalhos de engenharia que necessitam dos levantamentos topográficos subterrâneos são, principalmente, os desenvolvidos na exploração mineira, secundados pelas atividades de engenharia no campo hidroelétrico. Nestes últimos, essa necessidade tornou-se maior, devido ao crescente abandono da solução clássica (às

vezes muito onerosa) de se construir grandes barragens, pela criação de uma central subterrânea, com saída de túneis alimentados por lagos naturais ou artificiais. Em outras obras de engenharia, tais como na construção de vias de transporte rodo-ferroviários que exijam a abertura de túneis para vencer obstáculos naturais, na implantação de reatores de usinas nucleares, na construção de garagens subterrâneas, na abertura de canais subterrâneos, etc., os levantamentos topográficos subterrâneos apresentam importância primordial e, de modo particular, no acompanhamento da execução e do controle geométrico das obras construídas em trechos localizadas em subsuperfície.

Os levantamentos topohidrográficos são realizados com a finalidade de caracterizar a superfície topográfica que está submersa em reservatórios naturais, barragens, canais, trechos de rios, portos, marinas, etc. São também denominados de levantamentos batimétricos e são definidos como sendo o conjunto dos princípios, métodos e convenções utilizadas para determinar a medida do contorno, da dimensão e da posição relativa da superfície topográfica submersa de trechos de mares, rios, lagos, represas e canais. Os levantamentos topohidrográficos tornam-se importantes como suportes ao desenvolvimento de projetos de obras portuárias, avaliação da capacidade hídrica de reservatórios, na operação de dragagem de sedimentos na área de evolução de embarcações, de assoreamento em barragens, etc., pois proporcionam um acompanhamento das alterações do relevo submerso, permitindo a avaliação de volumes depositados ou retirados.

A triangulação é o mais antigo e utilizado processo de levantamento planimétrico de precisão. Os levantamentos topográficos clássicos que sejam executados mediante a utilização de métodos topométricos e planialtimétricos, tem os seus erros máximos estabelecidos pelas especificações oriundas de órgãos públicos que guardam enorme experiência acumulada na utilização das medições topográficas em projetos e execução de obras de engenharia ou das normas brasileiras. Procedimentos operacionais de campo são rigidamente observados pelas equipes de topografia e pela atuação da fiscalização para que se possa alcançar o nível de precisão desejada nos levantamentos topográficos. Estes aspectos técnicos são atendidos para uma grande maioria de obras de engenharia civil. Existem por outro lado, técnicas de geomensura que são utilizadas para atender determinados tipos de obra de engenharia, tais como barragens, rodovias, ferrovias, hidrovias, mineralodutos, gasodutos, oleodutos e outras que são executadas em áreas muito extensas, com relevo muito acidentado e de acesso muito difícil, que exigem níveis mais elevados de precisão nas atividades de mensuração e maior complexidade nos cálculos a serem efetivados para atender as finalidades de projeto. Quando a extensão for superior ao limite teórico estabelecido para o campo topográfico, deve-se considerar nos cálculos que envolvem medições de distâncias horizontais ou inclinadas a necessidade de ser considerada a curvatura terrestre e o modelo geométrico-matemático idealizado para representar a forma física da Terra, sob pena de cometer-se erros apreciáveis e prejudiciais à elaboração dos projetos de engenharia, seja a partir dos resultados obtidos nos levantamentos topográficos, seja estes sendo utilizados como suporte para detalhamento da localidade ou para a constituição de uma rede planialtimétrica de pontos topográficos de suporte, por exemplo, para a interpretação de levantamentos aerofotogramétricos. Para que os erros sejam minimizados e os laboriosos cálculos sejam evitados, recorre-se a uma técnica de levantamento de precisão denominada de MÉTODO PLANIMÉTRICO DA TRIANGULAÇÃO TOPOGRÁFICA.

Conceituam-se os levantamentos topográficos como sendo operações através das quais se realizam medições no espaço geográfico, com a finalidade de serem

determinadas posições relativas de pontos da superfície terrestre. Neste sentido, entende-se por triangulação como sendo um método de levantamento em que as estações são pontos definidos na superfície topográfica, os quais estão situados nos vértices duma rede de triângulos. Os ângulos destes triângulos são medidos com instrumentos enquanto que os lados são obtidos por cálculos a partir de lados escolhidos, denominados bases, as quais são conseguidas mediante medições diretas no terreno. Os triângulos devem-se aproximar, tanto quanto possível, da forma eqüilateral no comprimento dos lados, ou da forma isósceles, quando um dos lados já pertence a um triângulo de ordem superior, por imposição; nestes casos, o ângulo oposto a este lado deve ser o mais próximo possível, do ângulo reto. Os ângulos muito agudos ou muito obtusos devem ser absolutamente proibidos. Os vértices dos triângulos são constituídos por sinais bem visíveis, naturais (torres de igrejas, por exemplo) ou artificiais (pilares e plataforma de alvenaria, madeira, etc). O estabelecimento de uma triangulação comporta, portanto, em princípio, a medida de uma base e os ângulos dos triângulos, necessários para efetuar o cálculo trigonométrico sucessivo dos lados e, posteriormente, das coordenadas que os identificam no espaço geográfico georeferenciado. A Figura 8 ilustra uma rede planimétrica a ser definida pelo método da triangulação topográfica.

Figura 8: Rede de pontos topográficos definidos com o auxílio de uma ampliação de base (CD) a partir da mensuração e orientação da base (AB)..

Um sistema de triangulações se forma com triângulos adjacentes – unidos em rede segundo se necessite, e assim, conhecendo uma só distância (base) e todos os ângulos dos triângulos, se calculam todos os lados e as coordenadas dos vértices. Cada triângulo terá pelo menos um lado comum com o triângulo seguinte. As figuras geométricas que se usam nos sistemas de triangulação podem ser triângulos simplesmente, ou polígonos de vértice central formados, por sua vez, por triângulos ou quadriláteros com diagonais. Portanto, o método planimétrico da triangulação topográfica, denominado de 4a Ordem, é o procedimento que se emprega para o controle de levantamentos extensos que, caso sejam realizados simplesmente com poligonais definidas nos levantamentos topográficos clássicos, o grande número de alinhamentos s

acumularia erros de grande magnitude. O controle que se estabelece com a triangulação topográfica consiste, então, em obter-se as coordenadas retangulares dos vértices com maior grau de precisão. Posteriormente, as poligonais a serem definidas para o levantamento de detalhes se apóiam nestas coordenadas para sua comprovação, ou seja, que parte de um vértice de triangulação com certas coordenadas, deve chegar a outro vértice com as coordenadas obrigadas deste (previamente conhecidas ao detalhamento topográfico). Na atualidade, este método planimétrico de precisão é executado não mais utilizando teodolito e fio de invar para a definição geométrica da rede, mas a tecnologia de posicionamento por satélites, de modo particular o denominado Sistema GPS, descrito anteriormente.

04 COMENTÁRIOS FINAIS

A automação dos procedimentos relacionados às técnicas de geomensura atualmente está presente em diversas etapas do trabalho, permitindo a obtenção de observações de campo com elevado grau de qualidade, permitindo obter produtos cartográficos confiáveis com menor custo e demanda de tempo. A obtenção de uma base cartográfica e dos dados que irão servir de elementos básicos para constituir um SIG na área de projetos da Engenharia Civil é uma realidade inegável e requer urgentemente uma formação profissional mais adequada ao novo tempo numa época histórica da globalização. Com enfoque nesta perspectiva, apresentou-se uma descrição sucinta das diversas técnicas de geomensura existentes e mais comumente utilizadas, as quais serão descritas detalhadamente em capítulos posteriores.

Salienta-se que outros procedimentos técnicos são utilizados na execução de um SIG, principalmente em termos de abastecimento de informações do banco de dados, que deve partir de uma definição clara dos parâmetros, indicadores e variáveis que serão necessários para cada projeto específico a ser implementado. A utilização do processo de digitalização tem sua importância no sistema de aquisição de dados já existentes e sua conversão.

De uma maneira abrangente, os módulos existentes num SIG consistem de:

• Sistema de aquisição e conversão dos dados • Banco de dados espaciais • Sistema de gerenciamento de banco de dados • Sistema de análise geográfica • Sistema de processamento de imagens • Sistema de modelagem digital de terreno • Sistema de análise estatística • Sistema de apresentação cartográfica

É objetivo apresentar, para estudo e aplicação, o Sistema SPRING –

Sistema de Processamento de Informações Georeferenciadas, produto desenvolvido com tecnologia totalmente nacional, feito pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE/SP, gratuito e disponível no site http://www.dpi.inpe.br/spring. Trata-se de um aplicativo computacional (software) de domínio público na área de geoprocessamento.