AlphaUni LiDAR : Cidades Inteligentes 3D

Modelos 3D para os projectos dos Gémeos Digitais

Desde o seu aparecimento, há mais de uma década, a tecnologia de gémeos digitais transformou-se num sistema técnico complexo e abrangente que apoia a construção de novas cidades inteligentes. É também um modelo avançado para a inovação contínua do desenvolvimento urbano inteligente e uma forma futura de modernização do mundo "virtual e real" combinado.

A criação da cidade gémea digital tira partido de ferramentas topográficas de alto nível capazes de fornecer conjuntos de dados abrangentes, multidimensionais, de grande escala e de alta resolução. Como modelo virtual, uma cidade digital fornece dados em camadas sobre edifícios, infra-estruturas urbanas, serviços públicos, empresas e movimentos de pessoas e veículos. Ao fornecer esta informação, os gémeos digitais permitem o desenvolvimento e a modernização de cidades inteligentes.

Os métodos tradicionais de recolha e representação de dados espaciais 2D, como mapas e imagens, já não são suficientes e é necessária uma atualização completa das ferramentas de levantamento tradicionais para passar à modelação 3D. Os modelos 3D derivados têm, de facto, uma grande capacidade de serem fundidos e correlacionados com dados espaciais sociais ou económicos da IoT e dos grandes volumes de dados. Atualmente, existe uma forte procura de soluções integradas que permitam a captura de dados geoespaciais 3D abrangentes, com elevada precisão e num curto espaço de tempo.

Figura 1. Projeto de inspeção da cidade, dados capturados pela AlphaUni.

Captura de nuvens de pontos 3D em cidades

Para ilustrar um projeto típico de cidade digital, a CHC Navigation realizou uma demonstração de prova de conceito no distrito de Jinshan em Xangai, China. A área total do distrito de Jinshan é de cerca de 600 km2. Esta área tem caraterísticas de terreno ricas e caraterísticas típicas de grandes cidades modernas, tais como edifícios altos, linhas eléctricas, rios e vegetação.

A captura de dados geoespaciais 3D a partir de um sistema Lidar de plataforma única pode deixar algumas áreas em branco nos dados da nuvem de pontos. A solução AlphaUni 900 Lidar, com sua capacidade multiplataforma, pode facilmente capturar dados completos de um drone, carro, mochila ou barco, e pode produzir uma imagem 3D sofisticada. O sistema AlphaUni 900 Lidar integra perfeitamente edifícios reais, fornece mapeamento ao ar livre e muda drasticamente a forma como os dados 3D de alta precisão são recolhidos.

Como resolver os desafios da digitalização a laser 3D num ambiente urbano?

#1. Utilizar LiDAR terrestre com uma plataforma móvel versátil

O Alpha3D fornece aos profissionais geoespaciais uma solução de mapeamento móvel de alto desempenho e independente de veículos para a captura de dados de massa 3D em ambientes urbanos em constante mudança. Qualquer que seja a aplicação, o sistema de mapeamento móvel Alpha3D aumenta drasticamente o retorno do investimento, realizando o trabalho com maior rapidez e precisão. O Alpha3D combina um scanner laser preciso, de longo alcance e de ultra-alta velocidade, uma câmara panorâmica HDR de alta resolução, um recetor GNSS avançado e uma IMU de alta precisão, tudo num design leve, compacto e robusto. Todas estas caraterísticas fazem do Alpha3D um dos sistemas de cartografia móvel mais inovadores do mercado atual.

Figura 2. Alpha 3D com Alpha Uni 900 instalado no carro para a inspeção da cidade.

O AlphaUni 900 é um sistema LiDAR topo de gama, multiplataforma, que foi concebido e melhorado pela CHCNAV com muitos anos de experiência na aquisição de dados 3D. O AlphaUni 900 é um sistema totalmente integrado com scanners laser de alta precisão e longo alcance, com a tecnologia Waveform-Lidar exclusiva da Riegl e um sistema de navegação inercial de alta precisão, pronto para missões de inspeção que exigem dados da mais alta qualidade no ar e no solo. O seu design único permite-lhe ser montado numa mochila para o levantamento de ruas estreitas.

Figura 3. AlphaUni 900 numa mochila para o levantamento de ruas estreitas.

Figura 4. Nuvem de pontos da configuração da mochila da Alpha Uni

#2. Expandir a digitalização 3D com uma plataforma aérea para adquirir dados em áreas de difícil acesso

A limitação da captura de dados com um sistema LiDAR de plataforma única pode deixar algumas áreas em branco nos dados da nuvem de pontos. Montado num drone aéreo, o AlphaUni 900 pode captar dados completos a partir de uma perspetiva aérea.

O BB4 UAV é uma plataforma de aeronaves não tripuladas topo de gama resultante de uma aliança entre dois líderes da indústria nos seus respectivos segmentos. A sua conceção científica e tecnologia de produção altamente integrada provêm da CHCNAV - um fabricante mundial de tecnologias de medição geoespacial eficientes - e o seu sistema de controlo de voo totalmente automatizado da DJI, pioneira no fabrico de drones comerciais.

Figura 5. Plataforma de UAV BB4 combinada com Alpha Uni 900.

Figura 6. A plataforma BB4 UAV com Alpha Uni 900 pode voar durante mais de 40 minutos.

Figura 7. Dados de varrimento da plataforma aérea captados pelo AlphaUni.

#3. Finalizar a modelação 3D combinando a digitalização da margem do rio sobre a água e os dados batimétricos subaquáticos

O APACHE 6 USV é uma solução integrada e inovadora capaz de combinar levantamentos batimétricos 3D de alta resolução e, simultaneamente, adquirir dados de varrimento da margem do rio. Equipado com uma sonda multifeixe Norbit e com o AlphaUni 900, o APACHE6 digitaliza os rios, canais e portos de uma cidade numa única passagem, proporcionando uma elevada consistência de dados e uma considerável poupança de tempo.

Alimentado por um sistema de hélice dupla de alto desempenho que proporciona uma velocidade de cruzeiro automática estável de até 2,5 m/s, o APACHE6 USV melhora a eficiência do trabalho e produz dados de alta resolução para satisfazer consistentemente os requisitos dos mais exigentes projectos de modelos 3D de cidades.

Figura 8. USV Apache6 combinada com AlphaUni.

Figura 9. Nuvem de pontos do Apache6 USV a partir do canal de água.

Precisão do levantamento LiDAR 3D multiplataforma

Precisão final dos dados após a integração dos dados da nuvem de pontos de várias plataformas:

Todos os dados podem ser publicados em conjunto num serviço de nuvem da Internet utilizando o editor CHCNAV Orbit.

Conclusão

Durante o projeto, o CHCNAV AlphaUni 900 integrou perfeitamente os edifícios urbanos nos conjuntos de dados e forneceu imagens 3D sofisticadas e nuvens de pontos de ambientes aéreos, terrestres e aquáticos. A extensa cobertura dos modelos 3D derivados tem uma elevada capacidade de ser fundida e correlacionada com dados espaciais sociais, económicos e de infra-estruturas.

A capacidade de alta precisão do AlphaUni 900 da CHCNAV e o seu design multiplataforma fornecem uma solução inovadora para os problemas de aquisição de dados geoespaciais 3D necessários para o desenvolvimento de cidades inteligentes.

O sistema LiDAR AlphaUni 900 inova a forma como fazemos cartografia.

Qualquer que seja a aplicação, as soluções da CHCNAV para cartografia móvel podem aumentar significativamente o retorno do seu investimento, concluindo o trabalho mais rapidamente e com maior precisão.

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Sobre a CHCNAV

A CHC Navigation (CHCNAV) cria soluções inovadoras de navegação e posicionamento GNSS para tornar o trabalho dos clientes mais eficiente. Os produtos e soluções da CHCNAV abrangem vários sectores, como o geoespacial, a construção, a agricultura e a marinha. Com presença em todo o mundo, distribuidores em mais de 120 países e mais de 1.500 funcionários, a CHC Navigation é atualmente reconhecida como uma das empresas de crescimento mais rápido em tecnologias geomáticas.