UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE ENGENHARIA CARTOGRÁFICA
UILGNER HENRIQUE SCHWUCHOW
CÁLCULO DE VOLUME EM MINERAÇÃO COM LEVANTAMENTOS
FOTOGRAMÉTRICO (VANT) E GEODÉSICO (GNSS)
PORTO ALEGRE
2018
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Cálculo de volume em mineração com levantamentos Fotogramétrico (VANT) e Geodésico (GNSS), Manuais, Projetos, Pesquisas de Técnicas de Amostragem de Levantamento
apostila Cálculo de volume em mineração com levantamentos Fotogramétrico (VANT) e Geodésico (GNSS)
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2019
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS
CURSO DE ENGENHARIA CARTOGRÁFICA
UILGNER HENRIQUE SCHWUCHOW
CÁLCULO DE VOLUME EM MINERAÇÃO COM LEVANTAMENTOS
FOTOGRAMÉTRICO (VANT) E GEODÉSICO (GNSS)
PORTO ALEGRE
UILGNER HENRIQUE SCHWUCHOW
CÁLCULO DE VOLUME EM MINERAÇÃO COM LEVANTAMENTOS
FOTOGRAMÉTRICO (VANT) E GEODÉSICO (GNSS)
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Cartógrafo pelo Instituto de Geociências da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Orientador: Prof. Dr. Felipe Geremia Nievinski PORTO ALEGRE 2018
AGRADECIMENTOS
À Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e ao Instituto de Geociências (IGEO), pela disponibilização dos equipamentos e recursos para a execução deste trabalho. Ao professor Felipe Geremia Nievinski pela orientação, incentivo e oportunidades de aprendizado no âmbito acadêmico e nas atividades de campo. Ao professor Mário Luiz Lopes Reiss pela aquisição dos dados fotogramétricos e auxílio para o processamento dos mesmos. À COPELMI, pela gentileza e disposição ao permitir a realização do trabalho em sua unidade de Arroio dos Ratos, além do apoio técnico fornecido durante o trabalho de campo. Aos professores, amigos e colegas de curso que contribuíram de alguma forma para a realização deste trabalho e para a formação acadêmica. Aos familiares pelo apoio e incentivo durante esta árdua trajetória.
RESUMO
A mineração é uma atividade de grande importância para a economia do país, sendo responsável por quase 5% do PIB (Produto Interno Bruto) gerado. Dentre as diversas etapas envolvidas, há o cálculo de volumes, essencial para obter estimativas de reserva, controle sobre operações de mina e quantidade produzida. Baseado nessa necessidade, o presente trabalho tem por objetivo a geração de uma base de dados a fim de calcular volumes em pilhas/montes de rejeitos, minérios e etc. Para tanto, aplicou-se técnicas fotogramétricas através de imagens obtidas com Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) e geodésicas com a coleta de dados com receptores GNSS (Global Navigation Satellite System). A área de estudo fica localizada na Mina do Calombo, em Arroio dos Ratos, distando 55 km de Porto Alegre, capital do Estado do Rio Grande do Sul. Conseguiu-se produzir o trueortofotomosaico, curvas de nível e Modelo Digital do Terreno (MDT). Baseado nessas informações, foram geradas duas ortofotocartas, uma de toda a área e outra com detalhe do monte de areia sobre o qual foi calculado o volume. Obteve-se 0,069 m de exatidão planimétrica e 0,230 m de exatidão altimétrica, testados em controle de qualidade segundo a lei vigente para análise de exatidão cartográfica. Com relação aos volumes, obteve-se uma diferença de 3, 2 % entre o calculado através da base de dados obtida com VANT e a de rastreio GNSS. Palavras-chave: VANT, Fotogrametria, Geodésia, GNSS, Volume de Pilhas/Montes, Mineração.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 9 – VANT EBEE E SUAS PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS EXTERNAS.
FIGURA 29 - RECORTE COM QUALIDADE VISUAL RUIM. ................................... 57
FIGURA 30 - CURVAS DE NÍVEL. ........................................................................... 58
FIGURA 31 - POSIÇÃO DOS PONTOS SELECIONADOS PARA O CONTROLE DE
QUALIDADE........................................................................................................ 60
FIGURA 32 - DETALHE DO TOPO DO MONTE DE AREIA (PODE-SE NOTAR AS
PEGADAS CRIADAS DURANTE O CAMINHAMENTO COM GNSS). ............... 66
LISTA DE SIGLAS
CP Centro Perspectivo DD Dupla Diferença DNPM Departamento Nacional de Produção Mineral FGDC Federal Geographic Data Comitee GNSS Global Navigations Satellite System GPS Global Positioning System GSD Ground Sample Distance IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IGS International GPS Service for Geodynamics MDS Modelo Digital de Superfície MDT Modelo Digital de Terreno MMQ Método dos Mínimos Quadrados OE Orientação Exterior OI Orientação Interior PEC Padrão de Exatidão Cartográfica POE Parâmetros de Orientação Exterior POI Parâmetros de Orientação Interior ppm Partes Por Milhão PPP Posicionamento por Ponto Preciso RBMC Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo RRNN Referências de Nível RTK Real Time Kinematic SGB Sistema Geodésico Brasileiro SIRGAS Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas TIN Triangular Irregular Network UTM Universal Transversa de Mercator VANT Veículo Aéreo Não Tripulado WGS World Geodetic System
SUMÁRIO
- FIGURA 1 - ÁREA DE ESTUDO (DETALHE).
- FIGURA 2 - LOCALIZAÇÃO DE ARROIO DOS RATOS.
- FIGURA 3 – DADOS DO PROCESSO.
- FIGURA 4 - MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL – MAPGEO 2015.
- ORTOMÉTRICA (H) E ALTURA GEOIDAL (N). FIGURA 5 - RELAÇÃO ENTRE ALTITUDE ELIPSOIDAL (H), ALTITUDE
- COLINEARIDADE E ELEMENTOS DE ORIENTAÇÃO EXTERIOR. FIGURA 6 - ESPAÇO-IMAGEM E ESPAÇO-OBJETO, CONDIÇÃO DE
- FIGURA 7 - DIFERENÇA ENTRE MDT E MDS.
- FIGURA 8 - GERAÇÃO DE ORTOFOTO..................................................................
- FIGURA 10– RECEPTOR GNSS.
- FIGURA 11 - FLUXOGRAMA COM OS PROCEDIMENTOS ADOTADOS...............
- FIGURA 12 – PRÉ-SINALIZAÇÃO DE PONTO DE APOIO NO TERRENO.
- ESTAÇÕES DA RBMC. FIGURA 13 - PONTOS DAS BASES E LINHAS BASE EM RELAÇÃO COM AS
- FIGURA 14 - DETALHE DOS PONTOS BASE.
- FIGURA 15 - PONTOS BASE E DE APOIO DO LEVANTAMENTO.
- FIGURA 16 - PONTOS BASE E DO MONTE DE AREIA LEVANTADO.
- FIGURA 17 - FOTOTRIANGULAÇÃO INICIAL.
- FIGURA 18 - MEDIÇÃO DOS PONTOS DE APOIO NAS IMAGENS.
- FIGURA 19 - NUVEM DE PONTOS ESPARSA.
- FIGURA 20 - NUVEM DE PONTOS DENSA.
- FIGURA 21 - REDE DE TRIÂNGULOS.
- FIGURA 22 - TRUE-ORTOFOTO.
- FIGURA 23 - CLASSIFICAÇÃO DE PONTOS.
- FIGURA 24 - RECORTE DO MDT GERADO............................................................
- FIGURA 25 - MONTE DE AREIA E SEU LIMITE DEMARCADO..............................
- FIGURA 26 - TIN GERADO PELOS DADOS OBTIDOS COM GNSS.
- FIGURA 27 - TIN GERADO PELOS DADOS OBTIDOS COM VANT.
- FIGURA 28 - RECORTE COM QUALIDADE VISUAL BOA.
- TABELA 1 - COORDENADAS AJUSTADAS DAS BASES E SUAS PRECISÕES
- PRECISÕES TABELA 2 - COORDENADAS AJUSTADAS DOS PONTOS DE APOIO E SUAS
- TABELA 3 - CÁLCULO DE VOLUMES
- TABELA 4 - ANÁLISE DA QUALIDADE HORIZONTAL DO TRABALHO
- TABELA 5 - ANÁLISE DA QUALIDADE VERTICAL DO TRABALHO
- TABELA 6 - CUSTOS COM MÃO-DE-OBRA............................................................
- TABELA 7 - CUSTO TOTAL
- 1 INTRODUÇÃO..............................................................................................
- 1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
- 1.2 OBJETIVOS
- 1.3 JUSTIFICATIVA............................................................................................
- 1.4 ÁREA DE ESTUDO
- 2 REVISÃO TEÓRICA
- 2.1 GEODÉSIA
- 2.1.1 SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO
- 2.1.2 MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL........................................................
- 2.1.3 GNSS
- 2.1.4 POSICIONAMENTO RELATIVO
- 2.1.4.1 POSICIONAMENTO RELATIVO ESTÁTICO
- 2.1.4.2 POSICIONAMENTO RELATIVO CINEMÁTICO EM TEMPO REAL
- 2.1.5 AJUSTAMENTO DE OBSERVAÇÕES.........................................................
- 2.2 FOTOGRAMETRIA
- 2.2.1 FOTOGRAMETRIA DIGITAL
- 2.2.2 ORIENTAÇÃO DA CÂMARA
- 2.2.2.1 ORIENTAÇÃO INTERIOR
- 2.2.2.2 ORIENTAÇÃO EXTERIOR
- 2.2.3 FOTOTRIANGULAÇÃO
- 2.2.4 MODELO DIGITAL DE TERRENO
- 2.2.5 ORTOFOTO E ORTOFOTOCARTA.............................................................
- 2.2.6 CALIBRAÇÃO DE CÂMARAS
- 3 MATERIAIS E PROCEDIMENTOS
- 3.1 MATERIAIS
- 3.1.1 VANT
- 3.1.2 RECEPTOR GNSS.......................................................................................
- 3.1.3 SOFTWARE GNSS
- 3.1.4 SOFTWARES FOTOGRAMÉTRICOS
- 3.1.5 SOFTWARE DE SIG
- 3.1.6 COMPUTADOR
- 3.2 PROCEDIMENTOS
- 3.2.1 PROCEDIMENTOS DE CAMPO
- 3.2.1.1 PLANEJAMENTO
- 3.2.1.2 PRÉ-SINALIZAÇÃO DE PONTOS DE APOIO
- 3.2.1.3 REALIZAÇÃO DO VOO E TOMADA DAS FOTOGRAFIAS
- 3.2.1.4 LEVANTAMENTO GEODÉSICO
- 3.2.2 PROCEDIMENTOS EM ESCRITÓRIO
- 3.2.2.1 PROCESSAMENTO DOS DADOS GNSS
- 3.2.2.2 PROCESSAMENTO DAS FOTOGRAFIAS
- 3.2.2.3 ALINHAMENTO E FOTOTRIANGULAÇÃO
- 3.2.2.4 DENSIFICAÇÃO DA NUVEM DE PONTOS
- 3.2.2.5 REDE DE TRIÂNGULOS
- 3.2.2.6 ORTOFOTO
- 3.2.2.7 GERAÇÃO DE CURVAS DE NÍVEL.............................................................
- 3.2.2.8 CÁLCULO DE VOLUMES
- 4 RESULTADOS
- 4.1 PRODUTOS GERADOS
- 4.1.1 TRUEORTOFOTOMOSAICO
- 4.1.2 CURVAS DE NÍVEL
- 4.1.3 CÁLCULO DE VOLUMES
- 4.1.4 ORTOFOTOCARTA NA ESCALA 1:6.000
- 4.1.5 ORTOFOTOCARTA NA ESCALA 1:500
- 4.2 CONTROLE DE QUALIDADE INTERNO
- 4.3 ORÇAMENTO
- 5 CONCLUSÕES.............................................................................................
- 5.1 DIFICULDADES PARA A REALIZAÇÃO DO TRABALHO
- 5.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- 5.3 RECOMENDAÇÕES
- REFERÊNCIAS.............................................................................................
- SOFTWARE PHOTOSCAN .......................................................................... APÊNDICE A – RELATÓRIO DO PROCESSAMENTO DAS IMAGENS NO
- ARROIO DOS RATOS NA ESCALA 1:6.000 ................................................. APÊNDICE B – ORTOFOTOCARTA DA ÁREA DA MINA DO CALOMBO EM
- CALOMBO EM ARROIO DOS RATOS NA ESCALA 1:500 ...........................
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A mineração de carvão é uma atividade econômica de grande importância para o Brasil e com destaque para a produção no Rio Grande do Sul, conforme destacado no endereço eletrônico do Museu Estadual do Carvão: “No Brasil a mineração do carvão concentra-se praticamente na Região Sul do país, com algumas minas pouco produtivas na Região Sudeste. Porém o carvão brasileiro, em sua maior parte, possui baixa qualidade devido às condições geográficas responsáveis pela sua formação. Há reservas de carvão em grande quantidade nos estados do RS, SC e PR, mas também, em quantidade economicamente irrelevante, em MG, SP, BA, PE, PI, MA, PA, AM e AC; motivo pelo qual se considera apenas a Região Sul na produção de carvão brasileiro. Além disso, o carvão desta região particulariza-se também pela qualidade que, mesmo que baixa para padrões mundiais, é melhor que no restante do país. Atualmente, o estado do Rio Grande do Sul é o maior produtor do país, com 52,3% da produção, ficando Santa Catarina com 46,3% e o Paraná com 1,4%. Em termos de faturamento, porém, o carvão catarinense, com um poder calorífico superior, garante a Santa Catarina uma participação maior. A maior jazida de carvão mineral do país é a de Candiota (RS) que corresponde a cerca de 23% das reservas oficiais do país (que chegam a 8,5 bilhões de toneladas) e também é a melhor em rentabilidade, uma vez que suas reservas apresentam-se em camadas bastante espessas e de grande continuidade. Em seguida estão as jazidas do Baixo Jacuí, a oeste de Porto Alegre: Capané, São Sepé, Iruí, Leão, Sul do Leão, Pântano Grande, Água Boa, Faxinal, Arroio dos Ratos e Charqueadas.” (Museu Estadual do Carvão, 2017). A entidade regulamentadora com relação a mineração no Brasil é o DNPM, conforme segue: O Departamento Nacional de Produção Mineral - DNPM, é uma autarquia federal criada pela Lei número 8.876, de 2 de maio de 1994, vinculada ao Ministério de Minas e Energia, dotada de personalidade jurídica de direito público, com autonomia patrimonial, administrativa e
permita a realização dos cálculos volumétricos. 1.2 OBJETIVOS Empregar técnicas fotogramétricas e geodésicas para geração de uma base cartográfica que possibilite o cálculo do volume de pilhas de minério, areia e afins. Produtos que serão gerados: A) Ortofotomosaico; B) MDT; C) Curvas de nível; D) Ortofotocarta; E) Cálculo de volumes. 1.3 JUSTIFICATIVA Uma das áreas que atualmente está em maior crescimento é a dos VANTs. A cada dia surgem equipamentos mais modernos e com novas funcionalidades e tecnologias, que permitem uma gama de possibilidades e usos, que vão desde o recreativo, passando pelo profissional e chegando até a área militar. Então, pretende-se aplicar essa tecnologia, aliado ao GNSS como suporte para diversas finalidades na área da mineração, que é um dos pilares da economia do país. 1.4 ÁREA DE ESTUDO Arroio dos Ratos localiza-se a 55 km da capital gaúcha, leste do Rio Grande do Sul, fazendo parte da Região Metropolitana de Porto Alegre. Possui uma área total de 425,9 km² e uma população de pouco mais de 14.000 habitantes. A economia da cidade se baseia principalmente na agricultura, especialmente na produção de madeira e melancia.
Figura 1 - Área de Estudo (Detalhe). Fonte: O autor, com base em imagem do software Google Earth e limite de lavra do DNPM. Figura 2 - Localização de Arroio dos Ratos. Fonte: O autor.
2 REVISÃO TEÓRICA
2.1 GEODÉSIA
Segundo Gemael (1999), Geodésia é a ciência que tem por objeto determinar a forma e as dimensões da Terra, os parâmetros definidores do campo da gravidade e suas variações temporais. Pode ser dividida em três principais áreas: Geodésia Geométrica, Geodésia Física e Geodésia Celeste. 2.1.1 SISTEMA GEODÉSICO BRASILEIRO Segundo o IBGE (2017), o desenvolvimento do Sistema Geodésico Brasileiro (SGB), que é composto pelas redes altimétrica, planimétrica e gravimétrica, pode ser dividido em duas fases distintas, separadas pelo advento da tecnologia de observação de satélites artificiais com fins de posicionamento (GNSS). Uma grande vantagem da utilização desse recurso é que possibilitou a expansão do SGB à região amazônica, servindo de apoio ao mapeamento sistemático da área. A RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo) é um conjunto de estações geodésicas equipadas com receptores GNSS (captam, em sua maioria, dados dos sistemas GPS e GLONASS) de alto desempenho, cujas coordenadas finais têm precisão na ordem de ± 5mm, configurando-a como uma das redes mais precisas do mundo, ainda, possui grande vantagem por fazer parte da Rede de Referência SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas). Está distribuída por várias regiões do país e seu monitoramento é contínuo. Há de se destacar também o fato de que suas observações vêm contribuindo, desde 1997, para a densificação regional da rede do IGS (International GPS Service for Geodynamics), garantindo uma melhor precisão sobre o território brasileiro. O sistema altimétrico do Brasil é referenciado ao geóide, que é uma representação da superfície equipotencial não perturbada dos mares. O Datum altimétrico que abrange grande parte do território brasileiro está localizado em Imbituba – SC e as atividades de densificação são realizadas pela monumentação de Referências de Nível (RRNN) utilizando-se somente nivelamento geométrico ou, também, nivelamento geométrico somado ao levantamento gravimétrico (IBGE, 2017 ).
2.1.2 MODELO DE ONDULAÇÃO GEOIDAL
A altitude determinada utilizando um receptor GNSS não está relacionada ao nível médio do mar (ou, de forma mais rigorosa, ao geoide), mas a um elipsoide de referência com dimensões específicas. Portanto, torna-se necessário conhecer a diferença entre as superfícies do geoide e do elipsoide, isto é, a altura (ou ondulação) geoidal, para que se possa obter a altitude acima do nível médio do mar (denominada ortométrica) (IBGE, 2017). É com este objetivo que o MAPGEO2015 foi criado, assim como os modelos anteriores (MAPGEO2010, MAPGEO2004, MAPGEO92). O novo modelo foi calculado com uma resolução de 5’ de arco, e o Sistema de Interpolação de Ondulações Geoidais foi atualizado. Através deste sistema, os usuários podem obter a ondulação geoidal em um ponto ou conjunto de pontos, cujas coordenadas refiram- se ao SIRGAS2000 e compreendidas entre as latitudes de 6°N e 35°S e entre as longitudes de 75°W e 30°W, dentro do território brasileiro (IBGE, 2017). Figura 4 - Modelo de Ondulação Geoidal – MAPGEO 2015. Fonte: IBGE, 2017.