Cardoso Parente, Carvalho Felix, and Pessoa Picanço: Uso de vehículo aéreo no tripulado (VANT) en la identificación de falla superficial en pavimento asfáltico



1. Introducción

En virtud de las pocas inversiones ferroviários e hidroviários, y del alto costo del transporte aéreo, en Brasil, la mayoría del transporte de cargas y personas son realizadas por medios terrestres. Entre los tipos de pavimentos en las carreteras existentes existe el flexible (cuyo revestimiento está constituido por material bituminoso) y el rígido (formado por losas de concreto). (LUCENA, 2016)

Los pavimentos, según el DNIT (2011), configuran un patrimonio valioso, que debe ser conservado y restaurado de forma de garantizar su preservación. Cualquier interrupción ó reducción en la intensidad ó la frecuencia de los servicios de mantenimiento de esos pavimentos implica en aumentos en los costos de operación de los vehículos y en la necesidad de inversiones cada vez mayores con su recuperación.

Según Vieira et al., (2016), la degradación precoz de los pavimentos rehabilitados y de los nuevos, está relacionada a aplicaciones de proyectos inadecuados para las vías, proyectos que muchas veces son elaborados sin un levantamiento detallado del pavimento o de la situación en que el terreno se encuentra. En algunos casos ocurre que los métodos de evaluación de las condiciones reales de las vías son utilizados de forma inadecuada ó ineficiente.

La identificación de las patologías tiene por finalidad valorar el estado de conservación de los pavimentos asfálticos, permitiendo un diagnóstico de la situación funcional y con ello establecer soluciones técnicamente adecuadas, indicando las mejores alternativas para el mantenimiento ó restauración del pavimento. (MARCON, 1996)

Actualmente existen métodos de evaluación de pavimentos asfálticos que pueden pasar informaciones que permitirán saber la condición real de la superficie del pavimento asfáltico, y con esos resultados obtener las mejores formas para que sea realizada una acción preventiva ó una restauración de la vía. (SHAHIN, 1996)

En este contexto, el objetivo general de este trabajo es evaluar la potencialidad de las imágenes obtenidas por medio de VANT como subsidio en el proceso de identificación de fallas en pavimentos, con aplicación en un trecho de la vía TO-050, en Palmas - TO.

2. VANTs y la identificación de fallas en el pavimento

Aun cuando las inspecciones visuales sean indispensables y la calidad del producto generado tenga de forma fidedigna el estado de conservación de trechos de vías, este proceso viene ganando soporte con el avance de nuevas tecnologías. Una de ellas es la tecnología de sensoriamiento por VANTs, que presenta características, como adquisición rápida de datos y movilidad frente a las adversidades temporales.

Según Bento (2008), la integración de sensores de imágenes con sensores de posición (Global Navigation Satellite System - GNSS) en la plataforma del VANT posibilita el georeferenciamiento directo, permitiendo los procesos de generación de Modelo Digital de Superficie (MDS) y de ortoimágenes, herramientas utilizadas en esa investigación buscando la identificación de fallas superficiales en un trecho pavimentado.

En los últimos años, el uso de VANTs para fines civiles comenzó a aumentar gracias a los avances tecnológicos, reducción de costos y de tamaño de los sensores relacionados al Sistema de Posicionamiento Global (GPS), vuelos pre-programados, IMUs (unidades de movimiento inercial) y auto-pilotos. En este sentido, la tecnología puede llenar algunas lagunas de conocimiento, mejorando la resolución espacial y temporal de los sistemas de sensores remoto-actuales más comunes. (NISHAR et al., 2016)

Breen et al., (2015) relata que la relación costo-eficacia, facilidad de uso, flexibilidad de planificación e implantación de vuelo, la disponibilidad de una gama de sensores de alta resolución y software de post-procesamiento constatan a esa herramienta el potencial superior en relación a las imágenes de satélite e imágenes de aviones tripulados.

3. Procedimiento

Con la intención de evaluar la aplicabilidad de las imágenes obtenidas por VANTs para mapeamiento e identificación de las fallas existentes en un trecho de la vía TO-050, se propone este estudio, de carácter metodológico exploratorio- descriptivo y cualitativo.

3.1. Área de estudio

Como unidad de muestra para la investigación, fue seleccionado un trecho de aproximadamente 3,0km de la vía estadal TO-050. Se trata de una vía de pista simple, pavimentada que conecta las ciudades de Palmas, Porto Nacional y Silvanópolis con una extensión total de 124km. En el Mapa vial siguiente, es posible ver el alcance de la TO-050.

Figura 1

Vía estadal TO-050 conectando las ciudades de Silvanópolis, Porto Nacional y Palmas.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf1.png

Actualmente el trecho en estudio es considerado de extrema importancia para la movilidad urbana de la capital Palmas, una vez que conecta el área central de la ciudad a las urbanizaciones Aurenys, Taquaralto, Sector Sonia Regina, Sector Jardín Santa Barbara, entre otros, presentando así un flujo de vehículos en horarios comerciales bastante intenso.

3.2. Materiales

3.2.1 VANT eBee y softwares de procesamiento de imágenes

Para la recolección de las imágenes fue utilizado el vehículo aéreo modelo eBee (Figura 2). Consta de una plataforma aérea con sensores específicos acoplados que permiten obtener imágenes fotográficas y videos. La aeronave trae incorporados las sensores que posibilitan la estabilidad del equipo en misión, tanto como la transmisión de datos que garantizan el acompañamiento directo de la ejecución del vuelo.

Figura 2

VANT modelo eBee.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf2.png

La planificación de vuelo es elaborada por medio de la estación base con el siguiente conjunto: el software eMotion 2, responsable por la programación del vuelo y ejecución del trayecto de la aeronave, y una antena transmisora, que permite el acompañamiento en tiempo real de sobrevuelo, bien como el envío de comandos de aterrizaje, mudanzas de dirección y toma de imágenes. La interfaz del programa muestra informaciones importantes sobre el nivel de batería, temperatura ambiente, altitud, posición, duración y velocidad del vuelo, velocidad del viento, resolución y sobreposición longitudinal y latitudinal del área a ser sobrevolada, altitud y link del radio.

Para el procesamiento de las imágenes y generación de los mosaicos ortorectificados, la aeronave también dispone de software específico, el Terra 3D. En ese proceso los puntos capturados por el GPS de la aeronave son asociados a cada una de las imágenes.

3.2.2 Cámaras

Las cámaras utilizadas en la toma de las imágenes reúnen características adecuadas y compatibles con el sistema eBee y la aplicación de formación de ortomosaico, dos modelos S110 NIR y el S110 RGB, adaptadas de forma de ser controladas por el piloto automático de la aeronave. La cámara NIR adquiere datos en la banda del infrarrojo próximo y la cámara RGB obtiene datos de imagen en el espectro visible que consiste en la posibilidad de reproducir cualquier color, a partir de una mezcla de apenas tres colores primarios conjuntamente con la luz: azul, verde y roja.

3.3. Métodos

3.3.1 Planificación de vuelo y adquisición de las imágenes

Una vez seleccionada el área de vuelo y el tamaño del píxel, el software dispone automáticamente el área, tiempo estimado de vuelo, altitud, espaciado entre líneas de trayecto y distancia a ser recorrida. El plano establecido para la presente investigación vislubró la identificación de fallas superficiales en un trecho de 3,0km de vía, por medio de un único arreglo de sobreposiciones de vuelo y uso de dos tipos de sensores en la captura de las imágenes. La Figura 3 trae detallado el proceso de sobreposición de las imágenes.

Figura 3

Sobreposición longitudinal y lateral de imágenes.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf3.png

3.3.2 Montaje del ortomosaico

El mosaico debidamente georreferenciado fue obtenido luego de una serie de etapas, que incluía la remoción de los errores y distorsiones causadas por el proceso de adquisición de las imágenes, y visualizó orientar las imágenes relacionando unas con otras y con relación a la escena completa.

El georreferenciamiento de las imágenes es hecho por el software compatible con el modelo del sensor y de la aeronave, que dispone de GPS de navegación acoplado. Las coordenadas capturadas orientan todas las imágenes en la formación del mosaico georreferenciado. Su obtención posibilita el levantamiento de datos medibles, como área y volumen, facilitando la identificación de puntos imaginados.

4. Resultados y discusiones

4.1. Análisis de la superficie del pavimento

El análisis de las fallas en el trecho vial de la TO-050 fue realizado por medio de la fotointerpretación de los mosaicos, que versa distinguir e identificar elementos en la superficie terrestre, por medio de las respuestas espectrales de los dos sensores utilizados. Dentro de la variedad de fallas superficiales encontradas, se destacan fallas de borde, baches y hundimientos con soplado lateral.

La Figura 4 presenta la falla de borde del revestimiento en un trecho en el hombrillo de la vía. Se percibe en esa imagen la pérdida de material entre el hombrillo y la isla central, ocasionando por el desvío irregular y la ausencia de media vía, lo que hace al pavimento vulnerables a ese tipo desagregación.

Figura 4

Pérdida de revestimiento del hombrillo.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf4.png

En la Figura 5 son expuestas áreas afectadas por remiendos, fallas con mayor incidencia en el trecho sobrevolado. Generalmente los remiendos son causados por intervenciones correctivas en el pavimento, a razón de hundimientos, resbaladizos, grietas interconectadas, huecos, etc.

Figura 5

Remiendos de emergencias.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf5.png

Hundimientos y levantamientos laterales también se muestran presentes em algunos trechos. La Figura 6 ilustra ese tipo de fallas, caracterizado por la formación de depresiones en el sentido longitudinal de la vía, acompañada de movimiento lateral o de elevaciones de las áreas adyacentes. Esa manifestación patológica está asociada el tráfico de vehículos pesados de transporte público (autobuses), que es más intenso en esa línea.

Figura 6

Hundimientos y levantamientos en el trecho de tráfico pesado.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf6.png

La Figura 7 evidencia un área conteniendo juntas de servicio en el sentido longitudinal, localizadas entre el viejo y el nuevo pavimento ejecutado para ampliación de la pista.

Figura 7

Junta de servicio en trecho ampliado da vía.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf7.png

Las áreas comprometidas por desgaste superficial pueden ser observadas en la Figura 8. En esas situaciones ocurre la pérdida de la capa asfáltica que recubre los agregados, pudiendo ser acompañado por el desgaste de los agregados, exponiendo los mismos a la acción de las ruedas de los vehículos, siendo agravado por la acción abrasiva del tráfico, donde ocurre así la pérdida de los agregados, generando aspereza superficial del pavimento.

Figura 8

Desgastes superficiales en la entrada de la ciudad de Palmas - TO.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf8.png

La aparición del material bituminoso sin agregado en la capa de revestimiento, llamado exudación, ilustrada en la Figura 9, se caracteriza por presentar una superficie brillante, y también fue un tipo de falla identificada.

Figura 9

Exudación en el trecho próximo a la Urbanización Taquaralto.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf9.png

4.2. Comparativo de las áreas comprometidas

Con la finalidad de probar la confiabilidad de los datos levantados por medio de las imágenes, fueron hechas comparaciones entre las áreas del pavimento afectadas por las fallas levantadas en campo y por medio del MDS de la TO-050. La Figura 10 ejemplifica el proceso de levantamiento de un área afectada por bacheo profundo.

Figura 10

Bacheos profundos en las proximidades de la entrada a la Urbanización Santa Helena.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf10.png

Como unidad de muestra fueron puntualizadas 10 áreas a lo largo de toda la superficie del pavimento. Los resultados obtenidos por medio de los mosaicos y mediciones en sitio, así como las diferencias absolutas y porcentuales encontradas, están en la Tabla 1.

Tabla 1

Comparativo entre las áreas de bacheos identificados.

Figura Área in sitio (m²) Área de MDS (m²) Diferencia entre áreas (m²) Diferencia porcentual (%)
1 9,61 9,49 0,12 1,25
2 6,68 6,58 0,10 1,50
3 10,35 10,20 0,15 1,45
4 0,26 0,23 0,03 11,54
5 0,70 0,68 0,02 2,86
6 0,96 0,91 0,05 5,21
7 0,98 0,92 0,06 6,12
8 0,77 0,73 0,04 5,19
9 0,32 0,29 0,03 9,37
10 5,70 5,55 0,25 4,38

Los resultados evidencian que mientras mayor el área comprometida, menores las distorsiones proporcionales observadas en el ortomapa. Tal hecho puede ser explicado por el recubrimiento de una misma región afectada por un mayor número de imágenes, es decir, áreas mayores aparecen en más imágenes super puestas, aumentando así la precisión del análisis.

El margen de acierto es relevante y corresponde a 95,43%, en promedio, de similitud, tomando en cuenta que los resultados extraídos tuvieron un valor próximo al valor real, lo que constata la precisión de los MDSs y dos softwares de procesamiento.

4.3. Análisis comparativo entre imágenes NIR y RGB

En las imágenes RGB fue posible diferenciar baches recientes y más viejos, por medio de colores y de los formatos, mientras que las imágenes NIR, los baches recientes son claramente evidenciados por tener una tonalidad más oscura y una geometría bien definida. La Figura 11 muestra que baches antiguos no aparecen en las imágenes con infrarrojo, quedando oculto el color y el formato, lo que dificultó la interpretación correcta de las fallas.

Figura 11

Comparativo entre las imágenes de las cámaras RBG e NIR.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf11.png

En cuanto los resultados obtenidos, se percibe una diferencia significativa, tomando en consideración que algunas manifestaciones patológicas no aparecen en el sensor NIR, principalmente las de tonalidades más claras, como baches, desgastes superficiales, hundimientos y protuberancias.

5. Conclusiones

El sistema VANT utilizado en esta investigación no pretende sustituir la metodología utilizada por las normas de ingeniería para el levantamiento de manifestaciones patológicas en pavimentos, y sin agregar nuevas informaciones al método usado, maximizando las informaciones por medio de imágenes georreferenciadas, que podrán ser consultadas al momento deseado, haciendo posible aclarar incertezas.

En la evaluación visual de las imágenes obtenidas por los dos sensores, NIR y RGB, para la identificación de manifestación patológica obtenida por el sensor infrarrojo, se evidencia la necesidad de trasferir detalles, para una correcta identificación de los defectos del pavimento. En contraparte las imágenes con asociación de las tres bandas de colores presentan mayor riqueza de informaciones, facilitando la identificación y la interpretación correcta de la falla.

En lo que se refiere al levantamiento de áreas comprometidas por fallas, se observó que existe una diferencia poco significativa en términos porcentuales entre los datos levantados por medio de los mosaicos generados y los levantados en campo.

La metodología se muestra, por tanto, prometedora, por presentar resultados rápidos, pudiendo ser utilizada como apoyo para identificación de defectos y medición cuantitativa de servicios de recuperación y mantenimiento del pavimento.

Como dificultades encontradas la herramienta se muestra inestable en vuelo, lo que puede generar imprecisiones geométricas de sus productos, y el hecho de la presencia de sombras, en caso de los vuelos no tienen horarios propicios planificados y prevista la velocidad del viento no son hechas. Con ello, y a pesar de las limitaciones, la herramienta presenta una buena contribución para la identificación de fallas en pavimentos.

6. Referencias

1 

Barella, R. M., “Inventário de defeitos superficiais de pavimentos com o auxílio de imagens digitais”, Tese de Mestrado, Escola Politécnica da USP, (2001) p 52.

R. M. Barella Inventário de defeitos superficiais de pavimentos com o auxílio de imagens digitaisMestradoEscola Politécnica, USP200152

2 

Bento, M. (2008), “Unmanned Aerial Vehicles: An Overview ”, Inside GNSS, January/February, pp. 54-61.

M. Bento 022008Unmanned Aerial Vehicles: An OverviewInside GNSS

3 

Breen, B., Brooks, J. D., Jones, M. L. R., Robertsons, J., Betschart, S., Kung, O., Cary, S. C., Lee, C. K., Pointing, S. B. (2015), “Aplication of an unmanned aerial vehicle in spatial mapping of terrestrial biology and human disturbance in the McMurdo Dry Valleys, East Antarctica”, Polar Biol, 38:573-578.

B. Breen J. D. Brooks M. L. R. Jones J. Robertsons S. Betschart O. Kung S. C. Cary C. K. Lee S. B. Pointing 2015Aplication of an unmanned aerial vehicle in spatial mapping of terrestrial biology and human disturbance in the McMurdo Dry Valleys, East AntarcticaPolar Biol38573578

4 

Lucena, L. C. F. L., Silveira, I. V., Costa, D. B. (2015), “Avaliação de ligantes asfálticos modificados com óleo da Moringa Olífera Lam para uso em misturas mornas”, Revista Matéria, v. 21, n. 1, pp. 72 - 82.

L. C. F. L. Lucena I. V. Silveira D. B. Costa 2015Avaliação de ligantes asfálticos modificados com óleo da Moringa Olífera Lam para uso em misturas mornasRevista Matéria21172 82

5 

Manual de Gerência de Pavimentos - IPR 745/2011. Rio de Janeiro: DNIT, Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes, 2011.

Manual de Gerência de Pavimentos - IPR 745/2011Rio de JaneiroDNIT, Departamento Nacional de Infra-estrutura de Transportes2011

6 

Marcon, A. F., “Contribuições ao Desenvolvimento de um Sistema de Gerência de Pavimentos para a Malha Rodoviária Estadual de Santa Catarina ”, Tese de Doutorado, Instituto Tecnológico da Aeronáutica de São José dos Campos, (1996).

A. F. Marcon Contribuições ao Desenvolvimento de um Sistema de Gerência de Pavimentos para a Malha Rodoviária Estadual de Santa CatarinaDoutoradoInstituto Tecnológico da Aeronáutica de São José dos Campos1996

7 

Nishar, A., Richards, S., Breen, D., Robertson, J., Breen, B. (2016), “Thermal infrared imaging of geothermal environments and by an unmanned aerial vehicle (UAV): A case study of the Wairakei - Tauhara geothermal field, Taupo, New Zealand ”, Renewable Energy 86 (2016) 1256 - 1264.

A. Nishar S. Richards D. Breen J. Robertson B. Breen 2016Thermal infrared imaging of geothermal environments and by an unmanned aerial vehicle (UAV): A case study of the Wairakei - Tauhara geothermal field, Taupo, New ZealandRenewable Energy8620161256 1264

8 

Shahin, M. Y. (2005), “Pavement Management for Airports, Roads and Parking Lots ”, second. New York: Chapman & Hall.

M. Y. Shahin 2005Pavement Management for Airports, Roads and Parking LotssecondNew YorkChapman & Hall

9 

Silva, J. S., Assis, H. Y. E. G., Brito, A. V., Almeida, N. V., “VANT como ferramenta auxiliar na análise da cobertura e uso da terra” In: X CONGRESSO BRASILEIRO DE AGROINFORMÁTICA, (2015).

J. S. Silva H. Y. E. G. Assis A. V. Brito N. V. Almeida VANT como ferramenta auxiliar na análise da cobertura e uso da terraXCONGRESSO BRASILEIRO DE AGROINFORMÁTICA2015

10 

Vieira, S. A., Júnior, A. A. E. P., Oliveira, F. H. L., Aguiar, M. F. P., “Análise comparativa de metodologias de avaliação de pavimentos por meio do IGG e PCI” In: Conex. Ci. e Tecnol. Fortaleza, Ceara. v. 10, n. 3, p. 20 - 30, nov. 2016.

S. A. Vieira A. A. E. P. Júnior F. H. L. Oliveira M. F. P. Aguiar Análise comparativa de metodologias de avaliação de pavimentos por meio do IGG e PCIConex. Ci. e Tecnol. Fortaleza, Ceara10320 30112016

Notes

[1] Citado como: D. Cardoso Parente, N. Carvalho Felix, A. Pessoa Picanço (2017), “Uso de vehículo aéreo no tripulado (VANT) en la identificación de falla superficial en pavimento asfáltico”, Revista ALCONPAT, 7 (2), pp. 160-171, DOI: http://dx.doi.org/10.21041/ra.v7i1.161



This display is generated from NISO JATS XML with jats-html.xsl. The XSLT engine is libxslt.





1. Introdução

Em virtude de poucos investimentos ferroviários e hidroviários, e do alto custo do transporte aéreo, no Brasil, a grande maioria do transporte de cargas e de pessoas são realizadas pelo meio rodoviário. Entre os tipos de pavimentos rodoviários existentes tem-se o flexível (cujo revestimento é constituído por material betuminoso) e o rígido (formado por placas de concreto). (LUCENA, 2016)

Os pavimentos rodoviários, segundo o DNIT (2011), configuram um patrimônio valioso, que deve ser conservado e restaurado de forma a garantir a sua preservação. Qualquer interrupção ou redução na intensidade ou na frequência dos serviços de manutenção desses pavimentos implica em aumentos nos custos de operação dos veículos e na necessidade de investimentos cada vez maiores com recuperação.

Segundo Vieira et al., (2016), a degradação precoce dos pavimentos reabilitados e, também dos novos, está relacionada a aplicações de projetos inadequados para as vias, projetos que muitas vezes são elaborados sem um levantamento detalhado do pavimento ou da situação em que o terreno se encontra. Em alguns casos ocorre que os métodos de avaliação das condições reais das vias são utilizados de forma inadequada ou ineficiente.

A identificação das patologias tem por finalidade avaliar o estado de conservação dos pavimentos asfálticos, permitindo um diagnóstico da situação funcional e com isso estabelecer soluções tecnicamente adequadas, indicando as melhores alternativas para a manutenção ou restauração do pavimento. (MARCON, 1996)

Atualmente existem métodos de avaliação de pavimentos asfálticos que podem passar informações nas quais permitiram saber a real condição da superfície do pavimento asfáltico, e com esses resultados seriam utilizadas as melhores maneiras para que seja realizada uma ação preventiva ou mesmo uma restauração na via. (SHAHIN, 1996)

Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho é avaliar a potencialidade das imagens obtidas por meio de VANT como subsídio no processo de identificação de patologia em pavimentos, com aplicação em um trecho da rodovia TO-050, em Palmas - TO.

2. VANTs e a identificação de patologia em pavimento

Muito embora as inspeções visuais sejam indispensáveis e a qualidade do produto gerado traga de forma fidedigna o estado de conservação dos trechos de rodovias, este processo vem ganhando suporte com o avanço de novas tecnologias. Uma delas é a tecnologia de sensoriamento por VANTs, que apresenta características, como aquisição rápida de dados e mobilidade frente às adversidades temporais.

Segundo Bento (2008), a integração de sensores de imageamento com sensores de posição (Global Navigation Satellite System - GNSS) na plataforma do VANT possibilita o georreferenciamento direto, permitindo os processos de geração de Modelo Digital de Superfície (MDS) e de ortoimagens, ferramentas utilizadas nessa pesquisa buscando a identificação de patologias superficiais em um trecho pavimentado.

Nos últimos anos, o uso de VANTs para fins civis começou a aumentar graças aos avanços tecnológicos, redução de custos e tamanho dos sensores relacionados ao Sistema de Posicionamento Global (GPS), voos pré-programados, IMUs (unidades de movimento inercial) e auto-pilotos. Neste sentido, a tecnologia pode preencher algumas lacunas de conhecimento, melhorando a resolução espacial e temporal dos sistemas de sensoriamento remoto atuais mais comuns. (NISHAR et al., 2016)

Breen et al., (2015) relata que a relação custo-eficácia, facilidade de utilização, flexibilidade de planeamento e implantação de voo, a disponibilidade de uma gama de sensores de alta resolução e software de pós-processamento conferem a essa ferramenta o potencial superior em relação às imagens de satélite e imagens de aviões tripulados.

3. Procedimento

Com o intuito de avaliar a aplicabilidade das imagens obtidas por VANTs para mapeamento e identificação das patologias existentes em um trecho da rodovia TO-050, propõe-se o presente estudo, de caráter metodológico exploratório-descritivo e qualitativo.

3.1. Área de estudo

Como unidade amostral para a pesquisa, foi escolhido um trecho de aproximadamente 3,0km da rodovia estadual TO-050. Trata-se de uma via de pista simples, pavimentada que liga as cidades de Palmas, Porto Nacional e Silvanópolis com uma extensão total de 124km. No Mapa rodoviário abaixo, é possível ver a abrangência da TO-050.

Figura 1

Rodovia estadual TO-050 ligando as cidades de Silvanópolis, Porto Nacional e Palmas.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf12.png

Atualmente o trecho em estudo é considerado de extrema importância para a mobilidade urbana da capital Palmas, uma vez que liga a área central da cidade aos bairros Aurenys, Taquaralto, Setor Sônia Regina, Setor Jardim Santa Barbara, entre outros, apresentando assim um fluxo de veículos em horários comerciais bastante intenso.

3.2. Materiais

3.2.1 VANT eBee e softwares de processamento de imagens

Para a coleta das imagens foi utilizado o veículo aéreo modelo eBee (Figura 2). Compreende uma plataforma aérea com sensores específicos acoplados que permitem a obtenção de imagens fotográficas e vídeos. A aeronave traz incorporados sensores que possibilitam a estabilidade do equipamento em missão, bem como a transmissão de dados que garantem o acompanhamento direto da execução do voo.

Figura 2

VANT modelo eBee.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf13.png

O planejamento de voo é elaborado por meio da estação base com o seguinte conjunto: o software eMotion 2, responsável pela programação do voo e execução do trajeto da aeronave, e uma antena transmissora, que permite o acompanhamento em tempo real do sobrevoo, bem como o envio de comandos de pouso, mudanças de direção ou tomada de imagens. A interface do programa mostra informações importantes sobre o nível de bateria, temperatura ambiente, altitude, posição, duração e velocidade do voo, velocidade do vento, resolução e sobreposição longitudinal e latitudinal da área a ser sobrevoada, altitude e link do rádio.

Para processamento das imagens e geração dos mosaicos ortorretificados, a aeronave também dispõe de software específico, o Terra 3D. Nesse processo os pontos capturados pelo GPS da aeronave são associados a cada uma das imagens.

3.2.2 Câmeras

As câmeras utilizadas na captura das imagens reuniram características adequadas e compatíveis com o sistema eBee e o aplicativo de formação de ortomosaico, dois modelos S110 NIR e S110 RGB, adaptadas de forma a serem controladas pelo piloto automático da aeronave. A câmera NIR adquire dados na banda do infravermelho próximo e a câmera RGB obtém dados de imagem no espectrovisível que consiste na possibilidade de reproduzir qualquer cor, a partir de uma mistura de apenas três cores primárias juntamente com a luz: azul, verde e vermelho.

3.3. Métodos

3.3.1 Planejamento de voo e aquisição das imagens

Uma vez selecionada a área de voo e o tamanho do pixel, o software disponibiliza automaticamente a área, tempo estimado de voo, altitude, espaçamentos entre linhas de trajeto e distância a ser percorrida. O plano estabelecido para a presente pesquisa vislumbrou a identificação de patologias superficiais em um trecho de 3,0km de rodovia, por meio de um único arranjo de sobreposições de voo e utilização de dois tipos de sensores na captura das imagens. A Figura 3 traz detalhado o processo de sobreposição de imagens.

Figura 3

Sobreposição longitudinal e lateral de imagens.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf14.png

3.3.2 Montagem do ortomosaico

O mosaico devidamente georreferenciado foi obtido após uma série de etapas, que envolveram a remoção dos erros e distorções causadas pelo processo de aquisição das imagens, e visou orientar as imagens com relação umas às outras e com relação à cena completa.

O georeferenciamento das imagens é feito pelo software compatível com o modelo do sensor e da aeronave, que dispõe de GPS de navegação acoplado. As coordenadas capturadas orientam todas as imagens na formação do mosaico georreferenciado. Sua obtenção possibilita o levantamento dedados mensuráveis, como área e volume, facilitando a identificação de pontos imageados.

4. Resultados e dicussões

4.1. Análise da superfície do pavimento

A análise das patologias no trecho rodoviário da TO-050 foi realizada por meio da fotointerpretação dos mosaicos, que versa distinguir e identificar elementos na superfície terrestre, por meio das respostas espectrais dos dois sensores utilizados. Dentro da variedade de patologias superficiais encontradas, destacam-se erosões de borda, remendos e afundamentos com solevamento lateral.

A Figura 4 apresenta a erosão da borda do revestimento em um trecho do acostamento da rodovia. Percebe-se nessa imagem a perda de material entre o acostamento e o canteiro central, ocasionado pelo desvio irregular e a ausência de meio fio, o que torna o pavimento vulnerável a esse tipo desagregação.

Figura 4

Perda de revestimento do acostamento.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf15.png

Na Figura 5 são expostas áreas afetadas por remendos, patologia com maior incidência no trecho sobrevoado. Geralmente os remendos são causados por intervenções corretivas no pavimento, em razão de afundamentos, escorregamentos, trincas interligadas, buracos, etc.

Figura 5

Remendos emergenciais.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf16.png

Afundamentos e solevamentos laterais também se mostram presentes em alguns trechos. A Figura 6 ilustra esse tipo de patologia, caracterizado pela formação de depressões no sentido longitudinal da via, acompanhada de deslocamento lateral ou elevações das áreas adjacentes. Essa manifestação patológica está associada ao tráfego de veículos pesados de transporte público (ônibus), que é mais intenso nessa faixa.

Figura 6

Afundamentos e solevamentos em trecho de tráfego pesado.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf17.png

A Figura 7 evidencia uma área contendo juntas de serviço no sentido longitudinal, localizadas entre o velho e o novo pavimento executado para alargamento da pista.

Figura 7

Junta de serviço em trecho ampliado da rodovia.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf18.png

Áreas comprometidas por desgaste superficial podem ser observadas na Figura 8. Nessas situações acontece a perda do filme asfáltico que envolve os agregados, podendo ser acompanhado pelo polimento dos agregados, expondo os mesmos à ação das rodas dos veículos, sendo agravado pela ação abrasiva do tráfego, onde ocorre assim a perda dos agregados, gerando aspereza superficial do pavimento.

Figura 8

Desgastes superficiais na entrada da cidade de Palmas - TO.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf19.png

O aparecimento do material betuminoso sem agregado na camada de revestimento, a chamada exsudação, ilustrada na Figura 9, caracterizam-se por apresentar uma superfície brilhante, e também foi um tipo de patologia identificada.

Figura 9

Exsudação em trecho próximo ao bairro Taquaralto.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf20.png

4.2. Comparativo das áreas comprometidas

A fim de atestar a confiabilidade dos dados levantados por meio das imagens, foram feitos comparativos entre as áreas de pavimento afetadas por patologias levantadas em campo e por meio do MDS da TO-050. A Figura 10 exemplifica o processo de levantamento de uma área afetada por remendo profundo.

Figura 10

Remendos profundos nas proximidades da entrada do bairro Santa Helena.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf21.png

Como unidade amostral foram pontuadas 10 áreas ao longo de toda a superfície do pavimento. Os resultados obtidos por meio dos mosaicos e medições in loco, bem como as diferenças absolutas e percentuais encontradas, estão dispostos na Tabela 1.

Tabela 1

Comparativo entre parcela de áreas de remendos identificados.

Figura Área in loco (m²) Área do MDS (m²) Diferença entre áreas (m²) Diferença percentual (%)
1 9,61 9,49 0,12 1,25
2 6,68 6,58 0,10 1,50
3 10,35 10,20 0,15 1,45
4 0,26 0,23 0,03 11,54
5 0,70 0,68 0,02 2,86
6 0,96 0,91 0,05 5,21
7 0,98 0,92 0,06 6,12
8 0,77 0,73 0,04 5,19
9 0,32 0,29 0,03 9,37
10 5,70 5,55 0,25 4,38

Os resultados evidenciam que quanto maior a área comprometida, menores as distorções proporcionais observadas no ortomapa. Tal fato pode ser explicado pelo recobrimento de uma mesma região afetada por um maior número de imagens, ou seja, áreas maiores aparecem em mais imagens sobrepostas, aumentando assim a precisão das análises.

A margem de acerto é relevante e corresponde a 95,43%, em média, de similaridade, levando-se em conta que os resultados extraídos tiveram um valor próximo ao valor real, o que constata a precisão dos MDSs e dos softwares de processamento.

4.3. Análise comparativa entre imagens NIR e RGB

Nas imagens RGB foi possível diferenciar remendos recentes e mais velhos, por meio das cores e dos formatos, enquanto nas imagens NIR, os remendos recentes são claramente evidenciados por possuírem uma tonalidade mais escura e uma geometria bem definida. A Figura 11 mostra que remendos mais antigos não aparecem nas imagens com infravermelho, ficando oculta a cor e o formato, o que dificultou a interpretação correta das patologias.

Figura 11

Comparativo entre as imagens das câmeras RBG e NIR.

2007-6835-ralconpat-7-02-00160-gf22.png

Quanto aos resultados obtidos, percebe-se uma diferença significativa, levando-se em consideração que algumas manifestações patológicas não aparecem no sensor NIR, principalmente as com tonalidades mais claras, como remendos, desgastes superficiais, afundamentos e sobrelevações.

5. Conclusões

O sistema VANT utilizado nessa pesquisa não visa substituir a metodologia preconizada pelas normas de engenharia para o levantamento de manifestações patológicas em pavimentos, e sim agregar novas informações ao método hoje empregado, maximizando as informações por meio de imagens georreferenciadas, que poderão ser consultadas no momento desejado, possibilitando o esclarecimento de incertezas.

Na avaliação visual das imagens obtidas pelos dois sensores, NIR e RGB, para a identificação de manifestação patológica obtida pelo sensor infravermelho, evidencia-se a necessidade da transferência de detalhes, para uma correta identificação dos defeitos do pavimento. Em contrapartida as imagens com associação das três bandas de cores apresentam maior riqueza de informações, facilitando a identificação e a interpretação correta da patologia.

No que refere ao levantamento das áreas comprometidas por patologias, observou-se que existe uma diferença pouco significativa em termos percentuais entre os dados levantados por meio dos mosaicos gerados e os levantados em campo.

A metodologia mostra-se, portanto, promissora, por apresentar resultados rápidos, podendo ser utilizada como subsídio para identificação dos defeitos e mensuração dos quantitativos de serviços de recuperação e manutenção do pavimento.

Como dificuldades encontradas a ferramenta mostrou-se instável em voo, o que pode gerar imprecisões geométricas dos seus produtos, e o fato da presença de sombras, caso os voos não tenham horários propícios planejados e previsões de velocidade do vento não sejam feitas. Contudo, apesar das limitações, a ferramenta apresentou uma boa contribuição para identificação de patologia em pavimentos.

Notes

[1] Citado como: D. Cardoso Parente, N. Carvalho Felix, A. Pessoa Picanço (2017), “Utilização de veículo aéreo não tripulado (VANT) na identificação de patologia superficial em pavimento asfáltico, Revista ALCONPAT, 7 (2), pp. 160-171, DOI: http://dx.doi.org/10.21041/ra.v7i1.161

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


 

Reservation of rights for exclusive use No.04-2013-011717330300-203  e-ISSN: 2007-6835. Revista ALCONPAT, Copyright © 2011 - 2017