II Simpósio Brasileiro de Geomática Presidente Prudente - SP, 24-27 de julho de 2007 V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas ISSN 1981-6251, p. 1067-1070

S. H. D. Andolfato;L. A K. Veiga; N. L. S. S. Graça;P.L.Faggion

PRIMEIROS DESENVOLVIMENTOS APLICADOS À AUTOMAÇÃO DE NÍVEIS GEODÉSICOS DIGITAIS

SILVIO HENRIQUE DELLESPOSTE ANDOLFATO1

LUIS AUGUSTO KOENIG VEIGA2

NIARKIOS LUIS SANTOS DE SALLES GRAÇA3

PEDRO LUIS FAGGION4

Universidade Federal do Paraná - UFPR

Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas Setor de Ciências da Terra - Departamento de Geomática, Curitiba – PR

( 1 ) andolfato@utfpr.edu.br ( 2 ) kngveiga@ufpr.br

( 3 ) niarkiosnl@hotmail.com ( 4 ) faggion@ufpr.br

ABSTRACT – The present work shows the preview results of two tests realized for the automation of a Digital Leveling System, focusing on the monitoring of civil work structures. These tests are part of a doctor degree research project at UFPR on the Post Graduation Course in Geodetic Sciences. The first test is based on the determination of the minimum length variation in a bar code rod, necessary for the readings, considering the length of the sight (distance between the Level equipment and the bar code rod). On the second, it was tested the movement necessary at the micrometer to obtain the correct image focus of the rod, by varying the sight distance.

1 INTRODUÇÃO

Na construção e durante toda vida útil, grandes obras de engenharia, tais como: usinas hidrelétricas, pontes, edificações urbanas, entre outras, podem ocorrer acidentes de grandes repercussões. Em função disso um grupo de pesquisadores vinculados ao Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas da Universidade Federal do Paraná - UFPR vem trabalhando a utilização de técnicas geodésicas para o monitoramento destas obras.

O nivelamento geométrico é uma técnica geodésica que permite a obtenção de desníveis entre pontos de monitoramento com precisão sub-milimétrica. Contudo, como esta técnica necessita que operadores e auxiliares trabalhem diretamente no campo, muitas vezes eles podem estar em áreas consideradas de risco.

Está em desenvolvimento um projeto de pesquisa, cujo objetivo é automatizar o processo de coleta, processamento e análise dos desníveis, utilizando-se para tal, o nível digital DNA03 (Leica) e um sistema de controle, instalado fora da área de risco para comandar o nível digital, objetivando a determinação de desníveis na região de interesse.

Apresenta-se neste trabalho um estudo realizado para se saber qual o comprimento do código de barras gravado na mira necessário para a obtenção da leitura em função do comprimento da visada (distância nível-mira) e o curso do micrômetro utilizado para focalizar a mira no

momento da leitura, sendo que estas informações serão utilizadas para subsidiar a automação pretendida.

2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo Geral

Realizar testes preliminares com os níveis geodésicos

digitais NA3003 e DNA03, visando a automação dos mesmos. 2.2 Objetivos Específicos

- Entender o funcionamento geral dos níveis digitais; - Conhecer o processo de leitura dos níveis digitais; - Determinar o comprimento mínimo necessário da mira codificada para a realização da leitura em função da visada (distância nível-mira); - Determinar o movimento do micrômetro de focalização em função das visadas.

3 MOTIVAÇÃO

Os níveis digitais possuem os mesmos componentes

mecânicos e ópticos de um instrumento óptico automático, mas diferem destes no que diz respeito à forma de leitura. Esta se fundamenta na decodificação de

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um código de barras que substitui a graduação centimétrica nas miras convencionais. (VEIGA, 2002).

O código de barras da mira é armazenado no instrumento como sinal de referência. Durante a medição, a seção visível da mira no campo de visão é capturada pelo decodificador de linhas e interpretada como sinal de medição. Este, é posteriormente comparado com o sinal de referência e através disso é possível determinar a altura do plano horizontal definido pelo nível e o tamanho da visada.

Os níveis digitais capturam e processam a imagem da mira codificada, fornecida por um sensor CCD interno ao equipamento, a qual é comparada com padrões gravados em sua memória, obtendo-se assim os dados que são disponibilizados no display (visor), podendo ser armazenados na memória interna do instrumento ou ainda copiados para um cartão PCMCIA.

De acordo com a NBR 13133, nivelamento geométrico é o nivelamento que realiza a medida da diferença de nível entre os pontos por intermédio de leituras correspondentes a visadas horizontais, obtidas com um nível, em miras colocadas verticalmente nos referidos pontos.

Quanto a precisão, o IBGE, em sua a Resolução PR n° 22 de 21 de julho de 1983, dita as especificações e normas gerais para levantamentos geodésicos em território brasileiro. Nesta resolução, para a execução de nivelamento geométrico de alta precisão, a diferença máxima aceitável entre o nivelamento e contra-nivelamento de uma seção deve ser menor que 3 mm. k e para uma linha 4 mm. k (sendo k a média das distâncias niveladas e contra niveladas em quilômetros).

A NBR 13133 recomenda que para nivelamentos geométricos de alta precisão, devem ser observadas as especificações e normas do IBGE, citada acima. Já, a Associação Geodésica Internacional (IAG) recomenda 1mm. k .

Em trabalhos de nivelamento geométrico, realizados pela equipe de pesquisadores da UFPR, vinculada ao Projeto Integração da Auscultação Geodésica com a Instrumentação de Controle e Segurança da Usina de Salto Caxias, utilizando níveis digitais, chegou-se a precisão de 0,5mm. k , mostrando assim, a eficácia da utilização desses equipamentos em nivelamentos de alta precisão. (FAGGION et al, 2006)

Apesar do GPS e outras técnicas alternativas para determinação de altitudes, o nivelamento clássico tem mantido sua importância, especialmente no domínio de nivelamentos de primeira e segunda ordem, de determinações de altitudes precisas e determinações de alturas em túneis. (SCHNEIDER & DIXON, 2002).

A idéia de desenvolver um sistema automatizado para a determinação de desníveis empregando-se níveis digitais, tem como um dos itens a serem trabalhados o entendimento de como é realizada a leitura do código de barras gravado na mira, para que seja desenvolvido um dispositivo para realizar as leituras automaticamente.

4 METODOLOGIA Neste trabalho foram utilizados a mira vertical de

ínvar gravada com código de barras e os níveis digitais DNA03 e NA3003, todos do fabricante Leica, onde a geração dos equipamentos DNA é mais recente do que os NA (Figura 1).

Ambos equipamentos estavam ajustados para fazerem 3 leituras da mira, tomando-se a média entre elas, onde eram observados os seguintes itens:

a- o comprimento mínimo da seção visível na mira necessário para se fazer a leitura

b- o movimento do micrômetro de ajuste do foco em função da distância nível-mira

Figura 1 – Níveis digitais utilizados, NA3003 e DNA03, respectivamente.

Para a primeira observação, foi colocada na borda da

mira, uma fita milimetrada (Figura 2), para auxiliar na determinação do comprimento do intervalo de leitura entre os fios estadimétricos superior e inferior. Na seqüência, foram colocados dois anteparos (Figura 3), um acima da marcação do fio estadimétrico superior e outro abaixo da marcação do fio estadimétrico inferior, para cobrirem a graduação do código de barras, impedindo a decodificação do mesmo.

Figura 2 – Detalhe da Mira de ínvar com código de barras com a fita milimetrada.

Fita Milimetrada

NA3003 DNA03

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Figura 3 – Anteparos utilizados para cobrirem o código de barras.

Iniciaram-se os testes, fazendo-se a consideração de que, somente a imagem compreendida entre a projeção dos fios estadimétricos sobre a mira codificada, seria necessária para se fazer a leitura.

Apenas com o intervalo do código de barras, entre os fios estadimétricos, superior e inferior, em ambos os níveis digitais, não foi possível realizar a leitura. Então, os anteparos eram deslocados, de 1 em 1 centímetro, de forma simétrica, tanto acima do fio superior como abaixo do fio inferior, até que os níveis digitais conseguissem fazer a leitura, e o valor deste intervalo era observado e anotado, conforme Tabela 1.

Esse procedimento foi realizado em visadas de 5 em 5 metros, iniciando-se com uma visada de 5 m, até a distância máxima de 30 metros, considerada ideal para nivelamentos de alta precisão (LEICA, 2004)

Quanto ao segundo teste, o movimento do micrômetro para a focalização da imagem da mira, foi confeccionada uma graduação experimental no mesmo, de forma a quantificar o deslocamento angular do giro deste micrômetro. Esse botão apresenta 30 “ranhuras”, onde cada uma equivale a aproximadamente 12°, conforme Figura 4. Este micrômetro é semelhante para os dois níveis utilizados.

Figura 4 – Detalhe do micrômetro para focalização da imagem com graduação.

Para cada visada, o movimento do giro do micrômetro era observado e registrado.

5 RESULTADOS

A seguir, apresentam-se tabelas com os resultados obtidos nos dois testes realizados, utilizando-se os dois níveis digitais.

Tabela 1 – Intervalo mínimo da mira para medição com os níveis.

Intervalo na mira (cm) Distância nível - mira

(m) DNA03 NA3003

5 11 13 10 18 26 15 29 41 20 62 48 25 53 57 30 50 70

0

20

40

60

80

5 10 15 20 25 30

Distância Nível-Mira (m) DNA03NA3003

Figura 5 – Gráfico do intervalo na mira necessário em função das distâncias nível-mira.

Para o movimento do giro do micrômetro, a tabela abaixo apresenta as observações realizadas.

Tabela 2 – Movimento aproximado em graus do micrômetro para ajuste do foco dos níveis.

Movimento (em °°°° - sentido horário)

Distância nível - mira

(m) DNA03 NA3003 5 0 0

10 30 24 15 36 36 20 43 42 25 48 47 30 50 48

Constatou-se através dos experimentos que se faz

necessário uma perfeita nitidez na imagem dos fios estadimétricos, pois quando essa imagem não estava nítida, os equipamentos não conseguiam efetuar a leitura

Anteparos

Inte

rval

o na

mir

a (c

m)

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da mira (Figura 6). Somente com o perfeito ajuste na focalização dos fios estadimétricos e do fio nivelador, era possível a realização das leituras (Figura 7).

Figura 6 – Visada realizada sem a focalização dos fios estadimétricos.

Figura 7 – Visada realizada com a focalização dos fios estadimétricos. 6 CONCLUSÕES

A análise dos resultados mostrados acima, constata que o comprimento mínimo necessário da mira com código de barras, considerando os dois equipamentos testados, foi de 70 cm, pois o intervalo máximo obtido pelo nível NA3003 foi de 70 cm para uma visada de 30 m e para o nível DNA03 foi de apenas 62 cm, para 20 m, fazendo com que o intervalo de 70 cm satisfaça ambos os equipamentos em uma distância nível-mira de no máximo 30 m.

Conforme já citado, apenas com o intervalo entre os fios superior e inferior, não foi possível realizar as leituras no nível, devendo haver uma seção visível maior de abrangência (intervalo) na mira para se fazer as leituras..

Quanto ao movimento do micrômetro para ajuste do foco, mesmo considerando que para esta observação foi utilizado um sistema expedito de graduação, verificou-se que houve um giro de aproximadamente 50° no micrômetro. Este giro satisfaz ambos equipamentos para a visada de até 30 m, que de acordo com o manual técnico

destes equipamentos, mesmo com uma ligeira desfocagem da imagem não influencia negativamente a duração e a precisão das medições. Em caso de grandes erros de focagem, a medição é interrompida. (LEICA, 2004).

De posse destes dados, continuar-se-á esta pesquisa, visando a automação dos níveis digitais, através de um dispositivo utilizando-se de servo-motores para a movimentação horizontal do instrumento, bem como para o movimento do micrômetro de focagem, sendo todo este sistema controlado por um software de comando.

Em função da determinação do comprimento mínimo da seção visível necessário para a realização das leituras da mira, serão confeccionadas miras de tamanho reduzido, com código de barras, próprias para os trabalhos de monitoramento de obras civis.

AGRADECIMENTOS

Este trabalho tem apoio e colaboração do Laboratório

de Instrumentação Geodésica – LAIG, junto ao Curso de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas, da Universidade Federal do Paraná – UFPR e do Instituto Tecnologia para o Desenvolvimento – LACTEC, através do projeto “Integração da Auscultação Geodésica com a Instrumentação de Controle e Segurança da Barragem de Salto Caxias”. REFERÊNCIAS ABNT. NBR 13133 – Execução de Levantamento Topográfico. Norma Técnica. 1994 FAGGION et al. Monitoramento Geodésico da Usina de Salto Caxias. In:Anais do III Simpósio sobre Instrumentação de Barragens, p. 681-688. Comitê Brasileiro de Barragens – CBDB. São Paulo-SP, 2006. IBGE. Resolução PR n°°°° 22 de 21 de julho de 1983. Disponível em: < http://www.ibge.gov.br/home/geocienci as/geodesia/default_normas.shtm>. Acesso: 30 de março de 2007. LEICA. DNA03/DNA10 - Manual do Usuário. Versão 1.2 – Português. 2004. SCHNEIDER, F., DIXON, D. The New Leica Digital Levels DNA03 and DNA10. In: FIG XXXII International Congress. Washington, D.C. USA, 2002. VEIGA, L. A. K. Homogeinização De Dados Provenientes De Diferentes Níveis Digitais. In: Anais do Simpósio Brasileiro de Geomática. Presidente Prudente – SP, 2002.