Proposta de solução empregando smartphones para apoio ao planejamento de rede de monitoramento geodésico

Abstract

Resumo: O monitoramento de estruturas é realizado por meio de técnicas físicas e geodésicas e busca fornecer informações sobre suas condições para fins de manutenção e controle. Para realizar o monitoramento geodésico é necessário estabelecer uma rede de monitoramento que deve ser previamente planejada por meio de uma pré-análise, etapa que normalmente é realizada em escritório, com base em plantas e projetos da área. As atividades de levantamentos com objetivo de monitorar estruturas poderiam ser otimizadas e facilitadas se a etapa de pré-análise para a configuração geométrica da rede de monitoramento fosse realizada in loco, uma vez que seria possível analisar as limitações físicas impostas pela própria área de estudos. Automatizar esta etapa de pré-análise permite que se possa ter uma concepção inicial da configuração da rede de monitoramento de forma mais rápida e precisa, e permite que sejam realizadas várias simulações, ampliando o número de possibilidades de escolha pelo profissional da área de mensuração e ter a percepção do local para melhor poder projetar sua rede. Assim, uma forma prática e ágil para esta automação pode ser obtida com a tecnologia dos smartphones através do uso dos seus diversos sensores de posicionamento, associado a um sistema que permita o planejamento da rede diretamente em campo. Diversos aplicativos são projetados para acessar informações provenientes dos sensores chamados de hardware e software, como dados de giroscópio de observações GNSS (Global Navigation Satellite System) transformando os smartphones em plataformas de mensuração com baixo custo. Com isso, essa pesquisa tem como objetivo apresentar uma proposta de automatização para a etapa de planejamento do levantamento de uma rede de monitoramento geodésico utilizando smartphones, de forma que esta possa ser realizada in loco de forma prática, e que permita ao usuário analisar as possibilidades de implantação dos pontos que irão incorporar à rede de monitoramento. As etapas desta pesquisa consistiram no desenvolvimento de um aplicativo que engloba o levantamento dos pontos da rede in loco por meio de sensores de smartphones, e posteriormente o ajuste da rede para análise do usuário. Inicialmente foi necessário avaliar a viabilidade da utilização dos sensores presentes nos smartphones, e a qualidade deles. Para essa análise, foi realizada uma revisão de literatura contendo as pesquisas relacionadas à qualidade dos sensores acoplados aos smartphones. Além disso, foi aplicada uma metodologia de comparação entre dados obtidos por smartphones e os dados provenientes de mensurações efetuadas com estação total de alta precisão (de acordo com a classificação na NBR 13.133/2021). Como resultado, verificou-se que as medições angulares referentes aos ângulos verticais apresentaram uma discrepância que variou de 2,09° a 5,02°. Já em relação aos ângulos horizontais verificou-se maiores discrepâncias e um erro sistemático que ainda necessita ser investigado. Além disso, apresentou-se um escopo da aplicação desenvolvida para a simulação das redes de monitoramento. Com essa pesquisa concluiu-se que é possível a utilização dos smartphones para a aplicação proposta de pré-análise da rede de monitoramento, apesar de ainda existirem limitações em função da qualidade dos sensores acoplados nos smartphones.

Abstract: Monitoring structures is carried out using physical and geodetic techniques and seeks to provide information about their conditions for maintenance and control purposes. To realize geodetic monitoring, it is necessary to establish a monitoring network that must be previously planned through pre-analysis, a step that is normally carried out in an office, based on plans and projects in the area. Survey activities aimed at monitoring structures could be optimized and facilitated if the pre-analysis stage for the geometric configuration of the monitoring network was performed in situ, since it would be possible to analyze the physical limitations imposed by the study area itself. Automating this pre-analysis stage allows an initial conception of the configuration of the monitoring network to be created more quickly and accurately, and allows several simulations to be done, expanding the number of possibilities for professionals in the measurement area and have local awareness to better design your network. Thus, a practical and agile way for this automation can be obtained with smartphone technology using its various positioning sensors, associated with a system that allows network planning directly in the field. Various applications are designed to access information from so-called hardware and software sensors, such as gyroscope data from GNSS (Global Navigation Satellite System) observations, transforming smartphones into low-cost measurement platforms. Therefore, this research aims to present an automation proposal for the planning stage of surveying a geodetic monitoring network using smartphones, so that it can be realized in situ in a practical way, and that allows the user to analyze the possibilities implementation of the points that will be incorporated into the monitoring network. The stages of this research consisted of developing an application that encompasses the survey of network points in loco using smartphone sensors, and subsequently adjusting the network for user analysis. Initially, it was necessary to evaluate the feasibility of using the sensors present in smartphones, and their quality. For this analysis, a literature review was done containing research related to the quality of sensors attached to smartphones. Furthermore, a comparison methodology was applied between data obtained by smartphones and data from measurements with high precision total station (according to the classification in NBR 13.133/2021). As a result, it was found that the angular measurements referring to vertical angles presented a discrepancy that varied from 2.09° to 5.02°. In relation to horizontal angles, there were greater discrepancies and a systematic error that still needs to be investigated. Furthermore, a scope of the application developed for the simulation of monitoring networks was presented. With this research it was concluded that it is possible to use smartphones for the proposed application of pre-analysis of the monitoring network, although there are still limitations due to the quality of the sensors attached to smartphones.