O que é LiDAR
LiDAR (do inglês Light Detection and Ranging, deteção e medição de distâncias por luz) é uma tecnologia que mede distâncias com impulsos laser: calcula quanto tempo a luz demora a chegar a uma superfície e a voltar. Ao repetir essa medição centenas de milhares de vezes por segundo enquanto o feixe varre a cena, um sensor LiDAR obtém milhões de pontos com coordenadas X, Y, Z que reproduzem a forma real de um edifício, de um terreno ou de um objeto.
É, portanto, um sistema de medição ativa: leva a sua própria luz, pelo que não depende do sol nem de a superfície ter textura. A NOAA define-o como um método de deteção remota que usa luz laser pulsada para medir distâncias e descreve o equipamento aéreo como a soma de três peças: o laser, um sistema de varrimento e um recetor GNSS de precisão (com uma unidade inercial que regista a orientação).
Escreve-se de várias formas (LiDAR, LIDAR, lidar) e todas designam o mesmo. Quando se fala de scanner LiDAR pensa-se normalmente no equipamento terrestre em tripé; quando se fala de sensor LiDAR, no módulo montado num drone, num avião, num automóvel ou num telemóvel. O princípio de medição é o mesmo.
Como funciona um sensor LiDAR
Tempo de voo
É o método mais comum. O sensor emite um impulso muito curto, cronometra quanto tempo demora a voltar e aplica uma conta simples: distância = velocidade da luz × tempo / 2 (divide-se por dois porque a luz faz o caminho de ida e o de volta). A 15 m, essa viagem dura cerca de 100 nanossegundos, pelo que a eletrónica tem de medir tempos com uma precisão extrema. O tempo de voo permite grandes alcances e é o usado pelos sistemas aéreos e pelos scanners terrestres de longo alcance.
Diferença de fase
Alguns scanners terrestres não emitem impulsos, mas uma onda contínua modulada, e calculam a distância pelo desfasamento entre a onda que sai e a que regressa. Medem mais depressa e com menos ruído a curta distância, em troca de menos alcance. Um estudo da ISPRS sobre o Panteão Real de San Isidoro, em León, compara os dois princípios num caso real de património.
Comprimento de onda
O LiDAR topográfico trabalha normalmente no infravermelho próximo; o batimétrico usa luz verde, que penetra na água, para medir o fundo de rios e da orla costeira (NOAA). Na prática dominam duas bandas: 905 nm, com detetores de silício baratos e compactos, e 1550 nm, que permite emitir mais potência com a mesma segurança ocular e chegar mais longe, com detetores mais caros (Inertial Labs).
Retornos múltiplos
Um impulso laser não é infinitamente fino: abre-se num pequeno cone. Se pelo caminho encontra uma copa, parte da luz reflete nas folhas e o resto segue até aos ramos ou ao solo. O sensor regista cada eco em separado: o primeiro retorno é normalmente o elemento mais alto (copa, cobertura), os intermédios descrevem a estrutura da vegetação e o último é normalmente o terreno, embora nem sempre: se um ramo grosso trava todo o impulso, o último eco é o ramo. É por isso que o LiDAR aéreo obtém o modelo do terreno por baixo do arvoredo, algo que a fotografia não consegue. Além da posição, cada ponto guarda a intensidade do eco, que ajuda a distinguir materiais.
Tipos de LiDAR por plataforma
O princípio é o mesmo; o que muda é de onde se mede, e isso decide o alcance, a densidade e a precisão.
LiDAR aéreo em avião
Mede territórios inteiros a centenas ou milhares de metros de altura e é a base da cartografia nacional. Em Portugal, o levantamento LiDAR da Direção-Geral do Território cobre todo o continente, com uma densidade média de cerca de 10 pontos por m² e 10 cm de exatidão altimétrica. Serve para terreno, contexto e planeamento, não para medir um edifício. Explicamo-lo em o LiDAR de Portugal continental (DGT).
LiDAR com drone
O mesmo princípio, mas a poucas dezenas de metros do solo. Dá mais de um milhão de pontos por hectare, precisão de 2-3 cm com RTK ou pontos de apoio e até 600 ha num dia, e regista o terreno por baixo da vegetação. É a opção para topografia de grandes superfícies, obras lineares, taludes ou pedreiras: voos LiDAR com drone.
Laser scanner terrestre (TLS)
Um scanner em tripé que mede estação a estação, como o da fotografia de capa. É o de maior precisão: trabalhamos com uma precisão nominal de ±2 mm em condições controladas. É o padrão para interiores, fachadas, estrutura, instalações e património: digitalização 3D laser.
LiDAR móvel e SLAM
O sensor vai na mão, numa mochila ou num veículo, e mede em contínuo enquanto se caminha. O algoritmo SLAM (localização e mapeamento simultâneos) calcula a trajetória a partir da própria nuvem. É muito mais rápido do que o tripé em percursos longos (galerias, naves industriais, túneis, conjuntos históricos), com uma precisão da ordem de 1 a 3 cm consoante o equipamento, o percurso e os pontos de apoio.
Outros LiDAR
O LiDAR batimétrico mede fundos pouco profundos com laser verde; o dos veículos autónomos e da robótica deteta obstáculos em tempo real. Não geram entregáveis topográficos, mas partilham o princípio de medição.
O LiDAR do iPhone e do iPad
Os iPad Pro e os iPhone Pro têm sensor LiDAR desde 2020. Segundo a Apple, mede a distância aos objetos até cerca de 5 metros, no interior e no exterior. A sua função principal é melhorar a realidade aumentada, a focagem com pouca luz e as apps de medição.
Quanto mede de facto? Um estudo publicado na Scientific Reports com o iPhone 12 Pro obteve cerca de ±1 cm em objetos pequenos (com mais de 10 cm de lado) e ±10 cm em modelos grandes, como uma arriba de 130 m. A densidade cai depressa com a distância: de cerca de 7000 pontos por m² a 25 cm para cerca de 150 pontos por m² a 2,5 m.
A nossa leitura, com franqueza: serve para medir uma divisão, fazer um esboço, estimar uma área ou documentar um estado rapidamente. Não serve para um levantamento profissional: o alcance é curto, o erro acumula-se ao percorrer espaços grandes, não há registo controlado nem georreferenciação e ninguém assina um relatório de precisão. Para um projeto, um concurso ou um as-built é preciso um scanner terrestre ou SLAM.
O que produz: a nuvem de pontos
O resultado direto de qualquer LiDAR é uma nuvem de pontos: milhões de medições com coordenadas, intensidade e, se o equipamento tiver câmara, cor. Depois de registada e, se necessário, georreferenciada, é sobre ela que se mede e se constrói tudo o resto:
- Modelos do terreno e de superfície (MDT, MDS), curvas de nível e perfis.
- Desenhos do estado atual: plantas, cortes e alçados.
- Modelos BIM as-built (Scan to BIM) e gémeos digitais.
- Medições de volumes, verificação de gabaritos, controlo de deformações.
A nuvem é entregue em formatos abertos: E57, LAS/LAZ e, para Revit e AutoCAD, RCP. Explicamos o que guarda cada ponto e cada formato em o que é uma nuvem de pontos. Para a partilhar sem descarregar gigas, um visualizador web como o VisionHub abre-a no navegador junto ao modelo IFC.
Precisão: o que esperar
Estes são os valores indicativos com que trabalhamos. A precisão real de cada projeto depende do equipamento, do registo e dos pontos de apoio:
- Laser scanner terrestre (TLS): ±2 mm nominal em condições controladas.
- SLAM: da ordem de 1 a 3 cm.
- Drone LiDAR: centimétrica, 2-3 cm com RTK ou pontos de apoio.
- LiDAR aéreo nacional: decimétrica (10 cm em altimetria no levantamento da DGT).
Não confunda precisão (quanto cada ponto se aproxima da sua posição real) com densidade (quantos pontos há por área). Mais pontos mostram mais detalhe, mas não tornam a nuvem mais precisa. E o valor que importa não é o da ficha do scanner, mas o do conjunto registado: peça sempre o relatório de registo.
LiDAR ou fotogrametria
A fotogrametria também produz nuvens de pontos, mas calcula-as a partir de fotografias sobrepostas em vez de as medir com laser. As duas complementam-se:
| LiDAR | Fotogrametria | |
|---|---|---|
| Como mede | Distância com laser próprio | Geometria calculada a partir de fotografias |
| Sob vegetação | Sim, com retornos múltiplos | Não: só vê a copa |
| Superfícies sem textura | Bem (salvo a água) | Mal: faltam pontos de ligação |
| Luz | Independente | Precisa de boa luz |
| Cor | Se se juntar uma câmara | Excelente, com ortofotomapa |
| Melhor para | Terreno com arvoredo, interiores, instalações | Coberturas, fachadas, pedreiras desimpedidas, ortofotomapas |
No mesmo projeto é habitual voar LiDAR para o terreno e fotogrametria para o ortofotomapa, e digitalizar os interiores com laser scanner terrestre.
Para que serve o LiDAR
- Arquitetura e reabilitação: levantamentos do estado atual, as-built, património.
- Engenharia e infraestruturas: estradas, ferrovia, canais, túneis, barragens, controlo de deformações.
- Topografia e obra civil: MDT, cubicagens, acompanhamento de movimentos de terras.
- Indústria: fábricas, instalações e tubagens antes de uma remodelação ou ampliação.
- Território e ambiente: inventário florestal, zonas inundáveis, linhas elétricas.
- Peritagem e forense: documentar uma cena ou um sinistro tal como está.
Tabela-resumo
| Tipo | Plataforma | Precisão indicativa | Melhor para |
|---|---|---|---|
| Aéreo | Avião | Decimétrica | Território, contexto, planeamento |
| Drone LiDAR | Drone com RTK | 2-3 cm | Topografia, obras lineares, terreno sob vegetação |
| Terrestre (TLS) | Tripé | ±2 mm nominal | Interiores, fachadas, estrutura, instalações |
| Móvel / SLAM | Mão, mochila, veículo | 1-3 cm | Percursos longos, galerias, naves |
| Móvel de consumo | iPhone / iPad Pro | ±1 cm em objetos pequenos; ±10 cm em cenas grandes (estudo) | Medir uma divisão, esboços, realidade aumentada |
Como encomendar um levantamento LiDAR
Na LAURIA ESCÁNER não vendemos equipamentos: fazemos o trabalho completo. Captamos com laser scanner terrestre, SLAM ou drone consoante o que é preciso medir, processamos e registamos a nuvem e entregamo-la sempre em formatos abertos; os desenhos, o modelo BIM ou o gémeo digital, conforme a encomenda. Temos sede em Madrid e trabalhamos em toda a Europa, Portugal incluído.
Se tem um edifício, uma fábrica ou um terreno para medir, diga-nos para que precisa e com que precisão: dizemos-lhe que tipo de LiDAR convém e qual é excessivo.