O Sistema de PERFILAMENTO A LASER (ALS - Airborne Laser Scanning) ou Sistema Aerotransportado de Laser para Mapeamento do Terreno (ALTM - Airborne LASER Terrain Mapper) é um sistema que adquire dados digitais de superfície do terreno com precisão equivalente ao GPS, mas de forma mais eficaz, pois o sensor principal do sistema está localizado em uma aeronave cujo deslocamento é extremamente rápido sobre uma área de interesse.

PERFILAMENTO A LASER

O PERFILAMENTO A LASER desenvolveu-se a partir da necessidade de usuários de Modelos Digitais de Superfície (DSM - Digital Surface Model) em casos onde os métodos tradicionais não eram suficientes. As experiências iniciais com esta metodologia datam de 1993, realizadas por um grupo de pesquisa alemão da Deustche Forschungsgemeinsschaft que mais tarde levaram a criação da Topscan GMBH. Em conjunto com a empresa canadense Optech Inc., a Topscan GMBH desenvolveu um método de PERFILAMENTO A LASER considerado como o primeiro projeto demonstrativo da técnica.

Até a metade dos anos 90, havia apenas uma empresa comercializando sistemas de PERFILAMENTO A LASER e as empresas especializadas nesta tecnologia eram poucas. Em um dos últimos levantamentos de mercado realizados no ano de 2000, constatou-se mais de 5 fabricantes de Sistemas de PERFILAMENTO A LASER que produzem sistemas completos ou os componentes principais deste conjunto.

Neste mesmo levantamento de mercado, foram enumerados mais 25 empresas que adquiriram sistemas e 10 empresas trabalhando em regime de locação, além dos sistemas de testes e demonstração das empresas fabricantes que totalizavam 5 sistemas. Assim, são cerca de 40 sistemas de PERFILAMENTO A LASER concentrados principalmente na Europa, Estados Unidos, Canadá, Japão, Austrália e África do Sul.

O princípio básico de funcionamento deste sistema é a obtenção de registros contínuos de coordenadas espaciais, as quais constituem os elementos primários para modelagem do terreno e geração de um mapa topográfico derivado destas informações.

Um LASER de alta precisão é direcionado para o solo através de uma abertura no fundo de uma aeronave ou embarcado em um helicóptero. No caso das aeronaves, esta abertura é a mesma utilizada em aeronaves preparadas para execução de coberturas aéreas. Durante o levantamento, o sistema emite feixes de luz (LASER) que um espelho dirige para o solo. O LASER varre a superfície do terreno abaixo da aeronave e registra a distância até o solo para cada um dos feixes emitidos, sendo registrado também o respectivo ângulo de inclinação de cada feixe em relação à vertical do lugar.

ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO

A varredura é feita no sentido transversal à direção de vôo com um ângulo de abertura especificado pelo operador. Este ângulo de abertura permite a determinação da largura de faixa abrangida pela Perfilagem LASER, enquanto o movimento da aeronave permite a cobertura na direção de vôo. As pulsações ópticas refletidas no solo são coletadas pelo receptor e são convertidas de sinal ótico para eletrônico. O tempo gasto para o feixe sair do receptor e refletir no solo é medido e, baseado na velocidade conhecida de luz, pode ser determinado a distância do sensor até o solo.

Outra característica marcante dos sistemas de Perfilagem a LASER é a medição da primeira e da última reflexão de cada pulsação de LASER, além de detectar reflexões múltiplas oriunda de objetos pequenos como fios e cabos suspensos acima do solo. Este recurso permite num processamento posterior que se faça a distinção de objetos acima do solo (árvores, casas, postes, etc.)

EQUIPAMENTO EM AERONAVE

Os movimentos da aeronave durante o levantamento são registrados por meio de sistema de referência inercial (IMU - Inertial Measurement Unit) e seus ângulos de inclinação durante o vôo são utilizados no pós-processamento para determinação com precisão das coordenadas dos pontos. Um receptor de GPS na aeronave registra sua posição a intervalos fixos. Outro receptor baseado no solo provê a correção de diferencial para uma determinação de posição mais precisa.

Por meio de pós-processamento, as medidas LASER com seus respectivos ângulos, os dados de GPS e dados de navegação inercial são combinados para determinar a posição dos pontos varridos na superfície terrestre.

Praticamente, os Sistemas de PERFILAMENTO A LASER operam em qualquer horário diurno ou noturno. As únicas interrupções são físicas como chuva ou nuvens muito densas entre o local perfilado e a aeronave. Os fabricantes argumentam que os mesmos impedimentos para luz vísivel são os impedimentos para o PERFILAMENTO A LASER, uma vez que se trata de luz dentro do espectro visível.

Os Sistemas de PERFILAMENTO A LASER dependem basicamente da detecção de luz refletida em uma superfície natural ou artificial. Assim, esta reflexão depende basicamente das características desta superfície. O desvio de feixes LASER emitidos é de 10 a 20% em terrenos arenosos, entre 30 a 50% em vegetação e 50% a 80% em coberturas metálicas de edifícios. Em resumo, quanto mais reflexiva for a superfície, maior será o desvio de feixes emitidos e menor será o retorno de pulsos ao sistema.

O ângulo e a freqüência de Perfilamento combinados com a altura de vôo e velocidade da aeronave determinam a densidade e distribuição dos pontos LASER na superfície trabalhada. A largura de um Perfilamento é proporcional ao ângulo de abertura para Perfilamento que varia de +/- 20° (na maioria dos sistemas comerciais) e da altura de vôo.

Os sistemas podem operar de 500 m a 3.000 m acima do nível de solo (com dispositivos opcionais, a altura pode ser de 6.000 m) para sistemas compatíveis com aeronaves. Isto eqüivale a uma faixa de cobertura com largura de cerca de 350 a 2.100 m respectivamente. A uma altura de 1.000 m, o diâmetro do feixe LASER projetado no solo é de aproximadamente 25 cm.

A seguir, uma tabela ilustrativa que faz uma composição de todos os parâmetros variáveis e os resultados de largura de faixa de Perfilamento e densidade de pontos (supondo uma velocidade da aeronave de 230 km/h):