Modelo Digital de Superfície da Praia do Paiva (Pernambuco) utilizando a
Tecnologia de Mapeamento Laser – LIDAR
Digital Elevation Model of the Beach of the Paiva (Pernambuco) using the Technology of Laser
Mapping - LIDAR
Márcia Cristina de Souza Matos Carneiro, Msc 1
Prof. Drª. Lucilene Antunes Correia Marques de Sá 2
Prof. Drª. Tereza Cristina Medeiros de Araújo 3
Universidade Federal de Pernambuco – UFPE
Centro de Tecnologia e Geociências – Pós-Graduação em Geociências – [email protected]
2
Departamento de Engenharia Cartográfica – Laboratório de Tecnologias da Geoinformação – LaTecGeo – [email protected]
3
Departamento de Oceanografia – Laboratório de Oceanografia Geológica – LABOGEO – [email protected]
1
1. Introdução
O município de Cabo de Santo Agostinho está compreendido entre os paralelos de 8°15’00”S e 8°30’00” S e dos
meridianos 34°55’00”WGr. e 35°05’00” WGr. Uma das características do litoral sul da Região Metropolitana
do Recife – RMR é o fato de possuir feições com presença de diversas planícies de cordões litorâneos geradas
durante o Quaternário, as quais podem formar, atualmente, extensas praias retas, enseadas, ou ainda, spit nas
proximidades do estuário da Barra de Jangada, onde a praia do Paiva é um excelente exemplo. A Praia do Paiva
possui uma distância aproximada de 40km da cidade do Recife. A implantação no início da década de 1980 do
Complexo Industrial Portuário de Suape ocasionou mudanças físicas em toda morfologia de praia do litoral deste
município. Diversos estudos consideram um dos processos mais impactantes para esse ambiente, o intenso
aporte de sedimentos, somados a períodos de dragagens na baía de Suape, que aumentam a turbidez da água,
atingindo representantes da macrofauna ao longo de toda a linha recifal, da costa do cabo de Santo Agostinho.
Os mapas se constituem de um modelo iconográfico (do grego ícone, imagem), uma abstração e simplificação da
realidade, devido à superfície da terra ser tridimensional. A superfície do terreno é irregular e torna-se difícil
representar matematicamente seus detalhes. Impõe-se, portanto, uma filtragem criteriosa de dados, na tentativa
da representação fiel do terreno. Assim sendo, devem-se obter os pontos notáveis, de cota mínima e máxima, em
mudanças de declividade, linhas de cumeadas ou vales; linhas d´água, a morfologia da praia, entre outros, de
forma que minimizem as distorções após a interpolação. Essas características configuram dados topográficos
imprescindíveis quando se pretende construir um modelo digital do terreno. Nas duas últimas décadas, em todos
os ramos da ciência, houve um grande avanço tecnológico, o mapeamento a laser destaca a topografia por
permitir a automatização de procedimentos, aliando precisão, acurácia e densidade de pontos tridimensionais.
Os avanços nas ciências da computação e nas tecnologias possibilitaram o aumento da capacidade de
manipulação e disseminação de dados, permitindo assim visualizar e avaliar informações detalhadas sobre o
meio ambiente. O mapeamento a laser, o sistema LIDAR (LIght Detection And Ranging), que é uma integração
de sistemas LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), GPS (Global Positioning
System) e INS (Inertial Navigation System), surgiram recentemente como uma nova tecnologia de captura de
informações sobre superfícies físicas, proporcionando inúmeras vantagens sobre o processo fotogramétrico
convencional, inclusive com a elaboração do MDT. A presente pesquisa utilizou o mapeamento a laser, tendo
como objetivo realizar uma experiência do mapeamento a laser na geração de Modelo Digital de Superfície
(DMS) com a finalidade de compreender os processos que atuam na morfodinâmica da Paia do Paiva localizada
no município de Cabo de Santo Agostinho – Pernambuco (Brasil).
2. Metodologia da pesquisa
A metodologia utilizada nesta pesquisa fundamentou-se na aplicação do mapeamento a laser para gerar MDT da
Praia do Paiva.
2.1 – Mapeamento a laser
Atualmente, existem três os tipos de sistemas LIDAR (FOWLER, 2001), que são: – os utilizados na
determinação das coordenadas tridimensionais absolutas de pontos ou objetos situados sobre a superfície do
terreno, denominados LIDAR topográficos; – os utilizados na determinação da profundidade de corpos d'água
(como rios, mares e oceanos), denominados LIDAR batimétricos ou hidrográficos; e – os utilizados em estudos
atmosféricos, como na determinação da velocidade dos ventos ou de alguns componentes da atmosfera terrestre
(gases, vapor d'água, partículas em suspensão) e de seus respectivos níveis de concentração. A metodologia é
baseada no tempo de emissão e recepção do pulso laser, que pode ser uni ou multidirecionais, com densidades de
emissão de pulsos que podem superar os 100.000 pulsos por segundo. O sistema LIDAR ALS (Airborne Laser
Scanner) possui três componentes construtivas principais: o INS, o GPS e o sistema de varredura laser, enquanto
que o TLS (Terrestrial Laser Scanner) é composto basicamente pelo sistema de varredura. O sistema gera
coordenadas tridimensionais de pontos sobre uma superfície. O processo tem como princípio básico o tempo de
emissão e retorno de um pulso de laser. O posicionamento da aeronave é determinado por GPS através de dois
receptores, um instalado na aeronave e outro no terreno, o que permite a correção diferencial e refino das
coordenadas. Durante o vôo, os dados gerados são combinados e determinam a posição precisa dos pontos de
terreno. A precisão nominal do sistema é de cerca de 10 a 20cm (emq - erro médio quadrático) para altimetria e o
fator h/2000 (onde h é a altura de vôo em metros) para planimetria, ou seja, para altura de vôo de 1000 m, o emq
para planimetria esperado é de 50cm.
2.2 – Modelo Digital do Terreno
A definição MDT consiste da representação matemática de superfícies, em termos de coordenadas (x, y, z). A
superfície digital pode ser aplicada para qualquer superfície cujas informações numéricas sejam suficientes para
a modelagem. Neste contexto, cita-se como exemplo: armazenamento de dados de altimetria para gerar
apresentação tridimensional de uma determinada área; camadas geológicas, morfologia de praia, entre outros. Na
automação de mapas, o MDT pode ser usado na otimização de projetos de estradas, no planejamento para
desenvolvimento regional, no planejamento físico-territorial, na análise de tendência do deslocamento da linha
de costa, no cálculo de volumes; no mapeamento da parte submersa de corpos d´água; entre outros projetos.
2.2.1 – Aquisição e Armazenamento de Dados.
Os modelos topográficos são originados a partir de três alternativas: levantamento de campo direto (topografia),
restituição fotogramétrica e digitalização de mapas existentes, levantamento a laser conforme ilustra o Quadro 1.
Através do mapeamento a laser os dados coletados geram automaticamente MDT.
Quadro 1 – Aplicações para MDT
Origem dos Dados
Levantamento Topográfico
Restituição
Fotogramétrica
Precisão
Boa
Alta – altura instantânea
Baixa – contornos
Mapas digitais
(rasterização e vetorização)
Levantamento a LASER
Baixa – contornos em
média e pequena escala
Alta – todas as escalas
Área de Cobertura
Limitada para áreas específicas
Projetos de áreas com grandes
extensões, principalmente em
terrenos bastante acidentados.
Grandes extensões e escala pequenas
Sem limite de área e escala.
Aplicações Principais
Planejamento e projetos de pequenas áreas
Projetos de represas; diques; reservatórios;
rodovias e minas; extensão regional
especialmente associado à ortofotocarta.
Simulação de vôo, visualização de relevo para
diversos fins.
Qualquer aplicação, especialmente as que
necessitam de alta precisão.
Fonte: adaptado Carneiro (2003)
3. Modelo Digital do Terreno da Praia do Paiva
O vôo apresentado, que resultou no mapeamento, foi realizado no dia 2 de Fevereiro de 2006. A aeronave
Cessna possuía uma altura de média de 600m. O apoio de campo foi feito com GPS Geodésico. Produtos
gerados a partir do mapeamento são apresentados nas figuras 1 e 2. O mapa de altitude (Figura 1) foi gerado a
partir de 50.000 pontos. O MDT (Figura 2) pode ser visualizado em diversos pontos de vista.
Figura 1 – Mapa de Altitude
Figura 2 – MDT da Praia do Paiva
5. Análise e Discussão dos Resultados
Os processos de alterações dos ecossistemas praiais são intensificados pelas constantes intervenções humanas.
Isso ocorre devido à ocupação desordenada da pós-praia, obras de engenharia para o controle da erosão,
represamento de rios, dragagem e, sobretudo, pela falta de uma política adequada para o manejo e gestão dessas
áreas costeiras. O estudo da morfologia de praia fornece excelentes contribuições para os planos de gestão
Costeira Sustentável, principalmente em áreas que sofrem ações antrópicas a partir de intervenções humana. O
mapeamento a laser oferece aporte substancial no estudo de morfologia praial. As vantagens do emprego desta
tecnologia em relação a outras são: a alta precisão e velocidade de execução; resultados parciais imediatos; vôo à
baixa altura, abaixo das nuvens; arquivos separados em planos de informação (solo e vegetação, por exemplo);
filmagem georeferenciada; imagem hipsométrica ou bicolor; e intensidade (permite a classificação de
pavimento, vegetação, e diferentes sedimentos, por exemplo). O sistema é recomendado para promover o
disciplinamento, por exemplo, em estudos do domínio morfo-sedimentar de regiões litorâneas, em particular, dos
fenômenos dinâmicos, como ondas, correntes e marés, e as formas resultantes de suas ações. Para tanto, recorrese ao uso da modelagem dinâmica. Os estudos devem ser realizados no verão, no inverno, e nos quatro estágios
de maré. O que se deseja para este litoral é uma gestão que promova a visão de futuro melhor para as próximas
gerações, onde áreas livres – como as “praias” proporcionem prazer e qualidade de vida para seus habitantes,
que aconteça um equilíbrio entre a sociedade e a natureza, ou seja, uma gestão com responsabilidade
sócioambiental que redirecione as zonas costeiras brasileiras.
6. Referências Bibliográficas
Ackermann, F.; Krzystek, P, 1991.MATCH-T: Automatic Mensuration of Digital Elevation Models. Presented
paper to the 3 rd Technical Seminar of the Sociedad Espanola de Cartografia Fotogrametria y Teledeteccion.
Carneiro, Marcia Cristina de Souza Matos, 2003. Tecnologias da Geoinformação no Monitoramento da Erosão
Costeira – Estudo A Partir De Olinda. Dissertação programa de Pós-graduação em Gestão e Políticas
Ambientais, vinculado a Pró-reitoria de Pesquisa e Pós-graduação,UFPE. Recife, 208 p.
Mitasova , H; Bernstein, D. et alli, 2002. Spatio.Temporal Analysis of Beach Morphology Using Lidar, RTK Gps
and Open Source Grass GIS. Proceedings of the Open source GIS - GRASS users conference 2002 - Trento,
Italy, 11-13.