INTRODUÇÃO

É quase que irresistível se começar um artigo que fala de topografia sem, nas primeiras linhas, se apresentar a definição de topografia. Os autores gostam de definir topografia pelas raízes da palavra em si, porém prefiro apresentar-vos a definição prática de topografia: Uma ponte de dupla mão que liga o mundo do projeto virtual, computador ou papel ao mundo real, físico. Sem ela, não se pode entender como é o terreno a se executar determinado projeto no ambiente virtual, bem como sem ela, a execução do mesmo no real mostra-se uma difícil tarefa.

Nesse ângulo, encontra-se também o profissional cartógrafo, não há a menor possibilidade de se elaborar cartas topográficas, mapas ou quaisquer outros produtos sem a topografia, os levantamentos de campo ou as técnicas de desenho. 

Desde muito tempo, são várias as formas que o profissional, no momento da coleta de dados pode lançar mão para a obtenção de dados na confecção de seus produtos: desde a simples trena até mesmo um sofisticado sistema de levantamento aerofotogramétrico, mas a pergunta que fica, sempre houve tantas possibilidades?

Observamos facilmente, lendo-se a literatura que trata do assunto, percebe-se que todos os escritores retornam ao tema história da topografia de uma forma superficial demais ou técnica demais: sempre começam pela história dos gregos, apresentando grandes nomes da cartografia mundial, passam pelos heroicos romanos com a utilização de seus instrumentos, falam de como o gênio Erastóteles conseguiu, através de simples observações, apresentar o raio de curvatura terrestre.

Mas a pergunta que fica é, e aquele cartógrafo que passou às margens da história mundial, que elaborou as cartas topográficas que utilizamos hoje, ou ainda os agrimensores que fizeram as medições das propriedades registradas no cartório de nossa cidade? Esses profissionais não dispunham de grandes tecnologias, ou recursos financeiros, quais ferramentas utilizavam? Qual a precisão possuía os trabalhos dos mesmos? 

Pensando nisso, no presente trabalho busca-se levantar a história recente dos equipamentos, buscando apresentar a evolução dos equipamentos topográficos, sua utilização e precisão dos trabalhos.

A FORMA MAIS RUDIMENTAR DE MEDIÇÃO – CORRENTE DE AGRIMENSOR /TRENAS 

Talvez o instrumento que mais remete aos antigos agrimensores da mesopotâmia, utilizada muitas vezes, até nos tempos atuais, por se tratar de uma ferramenta simples e eficiente para medições diretas e rápidas de distâncias.

Utilizava-se uma espécie de corrente, com elos que apresentavam exatos 20 centímetros de comprimento cada, possuíam entre 10 e 30 metros. Utilizando de  piquetes e marcadores – conhecidos como fichas – apresentava a distância medida somando-se o número de elos utilizados naquele intervalo de espaço. 

       Trena e fichas utilizadas para as medições no início do Século XXFonte: Corrêa, Ribeiro E Weschenfelder, 2021

A corrente de agrimensor, muitas vezes era, na prática, substituída por cordas com medidas conhecidas por serem mais baratas e acessíveis, onde, até o surgimento de equipamentos de instrumentos mais modernos com medições diretas, ainda utilizava-se nas medidas de propriedades rurais. Da mesma forma, as fichas de metal eram substituídas por piquetes rudimentares de madeira, confeccionados ali mesmo no momento das medições.

A técnica de utilização da corda era idêntica à da corrente, o agrimensor fazia uso de algum instrumento que apresentasse ângulos, como uma bússola com aneróide, ou ainda, nos últimos anos, um teodolito e para a definição da distância, estendia o instrumento ao solo, demarcando com piquetes ou fichas o número de vezes em que o mesmo era estendido. Ao final, somava-se todas as repetições, obtendo-se a distância total percorrida.

Bússola com aneroide do final do Século XIX

Fonte: Corrêa, Ribeiro E Weschenfelder, 2021

Nucci, Moreira e Lopes (Topografia e Cartografia, 2017, p.29) nos trás uma explanação sobre a técnica de medidas com trenas:

Quando a distância entre os dois pontos é maior que o comprimento da trena, costuma-se dividir a distância a ser medida em partes chamadas lances. A distância final entre os dois pontos será a somatória das distâncias de cada lance.

Ainda segundo os autores:

Depois de executado o lance, o balizeiro intermediário marca o final da trena com uma ficha (haste metálica com uma das extremidades em forma de cunha e a outra em forma circular). O balizeiro de ré, então, ocupa a posição do Balizeiro intermediário, e este, por sua vez, ocupará nova posição ao final do diastímetro. Repete-se o processo de deslocamento das balizas (ré e intermediária) e de marcação dos lances até que se chegue ao ponto B. NUCCI, MOREIRA E LOPES (Topografia e Cartografia, 2017, p.29)

Com o  passar do tempo, as cordas e correntes foram sendo substituídas por trenas, de aço ou mesmo de fibra de vidro:

A trena de fibra de vidro é feita de material resistente (produto inorgânico obtido do próprio vidro por processos especiais). Esses equipamentos podem ser encontrados com ou sem invólucro, podendo ter o formato de uma cruzeta ou de um círculo, e sempre apresentam distensores (manoplas) nas suas extremidades. Seu comprimento varia de 20 a 50m (com invólucro) e de 20 a 100m (sem invólucro).  NUCCI, MOREIRA E LOPES (Topografia e Cartografia, 2017, p.29).

Não seria espanto para ninguém se dizer que essa técnica, se utilizada de forma displicente, pode acarretar grandes erros, é intrínseco que as cordas poderiam sofrer alterações devido à umidade do ar, temperatura, ou ainda desgaste da mesma. Além disso, um simples esquecimento da anotação de um ciclo de medição pode acarretar nos erros de medidas que muitas vezes observamos nos cartórios pelo Brasil.

SURGEM OS PRIMEIROS TEODOLITOS

Um instrumento icônico para a cartografia e agrimensura talvez seja o teodolito.

A construção do primeiro teodolito é atribuída a Jonathan Sisson em 1720, este instrumento causou uma revolução nas medições de campo. Tratava-se de um dispositivo óptico, consistindo de um telescópio montado sobre um tripé o que permitia uma medição precisa de ângulos, através de eixos graduados que podiam ser ajustados para as medições dos ângulos. 

De acordo com FONTE (Textos de Apoio de Topografia, p. 31):

O teodolito dispõe de uma parte fixa, chamada base, onde se apoia o instrumento, e outra móvel, chamada alidade, susceptível de rodar em torno do eixo principal do teodolito. O eixo em torno do qual bascula a luneta chama-se eixo secundário ou eixo dos munhões. É um eixo supostamente perpendicular ao eixo principal e que o deve intersectar num ponto chamado centro do teodolito. A luneta dispõe ainda de um eixo óptico, que deve passar pelo centro do teodolito.

O teodolito, como é de se imaginar, tornou-se uma ferramenta indispensável para o exercício das atividades humanas de demarcações e mensurações, uma vez que, quando bem utilizado, aumentava o grau de assertividade nos cálculos das medidas dos locais à que se mensuraria.

O mesmo, porém, ainda não contava com nenhum apoio para obtenção das medidas de distância, os profissionais ainda utilizavam-se, portanto, de medições com cordas, trenas, ou corrente de agrimensor para a obtenção dessas medidas.

Com o passar do tempo, os teodolitos foram sofrendo melhorias naturais, surgindo, então, em suas lunetas três marcações horizontais, onde, através da trigonometria, era possível se obter a medição indireta de uma distância. Esse método ficou conhecido como taqueometria.

Essa técnica combinada a utilização de ângulos e a leitura de uma régua especial, conhecida como “mira falante”, que se apresentava como uma régua graduada de maneira a possibilitar a medição de suas leituras, conforme observa-se na imagem abaixo:

Método de leitura angular do teodolito

Fonte: Textos de Apoio a Topografia, 2007, p.66

Conforme se observa na imagem acima, através da simples aplicação do conceito de semelhança de triângulos, é possível se obter a medida de uma distância horizontal, uma vez que, com a marcação dos três fios, conhecidos como Fio Superior, Fio Médio e Fio Inferior, representados na figura por A, B e w, apenas pela simples observação de que, quanto mais distante da luneta se apresentar a régua, maior o número de marcações aparecerão entre os fios A e B.

Método de leitura angular do teodolitoFonte: Textos de Apoio a Topografia, 2007, p.67

Esse fato é observado de forma mais prática na figura acima, através da aplicação da fórmula “D=K*S+C”, onde K e C são constantes multiplicadoras e peculiares do próprio aparelho, alterando-se de equipamento para equipamento, e S apresenta a diferença entre os fios Superior e Inferior, A e B da figura acima.

Apesar da clara praticidade que a técnica da taqueometria trouxe, os equipamentos de topografia continuaram a apresentar a sua evolução, passaram, então, a surgir equipamentos eletrônicos, que efetuavam as leituras de forma automática e muito mais rápida, os últimos inclusive, salvavam em suas memórias arquivos com todas as medições efetuadas em campo, auxiliando os profissionais e evitando anotações equivocadas nas cadernetas de campo. Surgem também os primeiros distanciômetros eletrônicos, que utilizavam-se de ondas de rádio, luz ou laser para efetuar suas medidas.

O teodolito foi uma ferramenta tão dinâmica e confiável, que ainda pode ser visto em utilização pelo Brasil, é comum, principalmente em localidades mais remotas do nosso país, ainda nos dias de hoje, se observar profissionais efetuando leituras com os teodolitos.

A REVOLUÇÃO DA ESTAÇÃO TOTAL

Como é de se imaginar, através da união de um teodolito eletrônico com um distanciômetro eletrônico, seria possível obter as medidas angulares e lineares de forma quase automatizada e sem muito esforço. Com esse pensamento, no final do século XX surgem as estações totais.

A invenção da estação total não pode ser atribuída a uma só pessoa, pois, como observa-se acima, ocorreu pela evolução natural dos equipamentos topográficos, porém, a empresa japonesa Topcon é conhecida por uma das primeiras empresas a fabricar estações totais. No ano de 1979 a empresa lança a Topcon Modelo GT-1, popularmente chamada de “Guppy”, que foi um dos primeiros equipamentos a efetuar medidas angulares e distâncias em um equipamento só.

A marca Topcon foi fundada no Japão em 1932, com o objetivo de produzir instrumentos ópticos. Com o passar dos anos a mesma passou a expandir suas operações, e incluiu uma ampla gama de produtos, incluindo as estações totais.

Uma curiosidade sobre o equipamento é que, o nome “Guppy” trata-se de um peixe de água doce tropical, também conhecido como Lebistes, esse apelido foi dado pelos engenheiros japoneses criadores do equipamento, por semelhança do aparelho com o peixe.

No Brasil, as principais marcas a dominar o mercado eram as estações totais da fabricante Topcon e as estações totais da fabricante Leyca.

A Marca Leyca foi fundada na Alemanha em 1849 por Carl Kellner, onde fabricava óculos e telescópios, onde, à partir de 1900 também passou a produzir câmeras, e em 1986 após a fusão com o grupo Wild, passou a produzir suas estações totais, partindo do modelo Leica TC 2002.

Esse equipamento é largamente utilizado para os levantamentos topográficos, por apresentar-se muito prático e confiável, utiliza-se dos princípios do teodolito eletrônico para as medições de seus ângulos horizontais e verticais, e utiliza-se do princípio de funcionamento do distanciômetro para suas medidas de distâncias.

O equipamento também é composto, obviamente, por uma luneta, onde o profissional utiliza-se para encontrar e mirar as leituras que são feitas diretamente apontando o equipamento para uma mira com um prisma refletor em sua extremidade. 

O aparelho então emite um feixe de laser que é refletido pelo prisma e retorna ao equipamento, através da diferença de tempo entre a emissão e a recepção do sinal de retorno do prisma o equipamento, então, é capaz de identificar e calcular a distância desejada. Com esses equipamentos, um profissional agora era capaz de efetuar suas medidas de distâncias com mais de dois quilômetros sem a necessidade de efetuar muitas mudanças de posição, o que era impossível até então com os teodolitos e miras falantes.

As próximas gerações de estações totais eram capazes de gerar arquivos com ângulos e distâncias, bem como efetuar cálculos complexos de transferência de coordenadas, cálculos de marcações em off-set, entre outros.

O atual estágio de evolução desses equipamentos são as estações totais robóticas e autônomas, algumas fazem a leitura de todo o ambiente ao seu redor sem a necessidade de um operador.

SURGIMENTO DO SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL – A CARTOGRAFIA PASSA POR MAIS UMA REVOLUÇÃO

Em paralelo com todas as evoluções apresentadas acima, na década de 1960 o mundo passava pela tensão da guerra fria, que além de militar também mostrava-se uma competição acirrada entre os Estados Unidos e a União Soviética por hegemonia nos campos da ciência e tecnologia. Nessa disputa, nos anos 60 os estados unidos lançam ao espaço o primeiro satélite chamado Transit, que, utilizando o princípio conhecido como Efeito Doppler – descrita pelo físico Christian Doppler em 1842, um fenômeno físico que descreve a alteração da frequência de uma onda em movimento em relação a um observador, quando se aproximando esta onda apresenta-se em maior frequência, quando se afastando em menor – conseguia localizar um objeto em movimento no globo terrestre. 

Buscando melhorar esse sistema, sete anos depois a marinha americana envia o primeiro satélite Timation, e, em 1978, finalmente tem-se início o envio dos satélites da constelação GNSS, utilizada até hoje. Essa constelação deveria ser composta inicialmente por 24 satélites em 6 órbitas diferentes com 4 satélites em cada órbita, o que garantiria que cada satélite “sobrevoasse” um determinado ponto duas vezes ao dia. 

Esse método de localização, necessita de pelo menos três fontes emissoras de sinal no espaço para, através da triangulação de suas distâncias, definir a geolocalização do sistema receptor terrestre, porém, para mitigar os efeitos da interferência da ionosfera, bem como para a solução do não-sincronismo entre os relógios do usuário e do satélite, é utilizado um quarto sina, criando uma quarta incógnita, melhorando, assim, a geolocalização. 

Esses sistemas de localização, por alguns anos foram de utilização estritamente militar, porém no final da década de 80 já começavam a ter seu uso também para o público civil, através de fabricantes como Garmin, Trimble Navigation, Magellan Navigation entre outras.

Segundo Mônico (Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS, 2000, p.21) “A concepção do sistema GPS permite que um usuário, em qualquer local da superfície terrestre, ou próximo a ela, tenha à disposição, no mínimo quatro satélites para serem rastreados.” 

Por esse motivo, devido à pouca disponibilidade de emissores GNSS no espaço, mostrava-se desafiador, era necessário muitas vezes aguardar-se horas para se conseguir obter uma boa geometria espacial, e consequentemente uma posição de coordenadas.

Já no início dos anos 90, a constelação, bem como o sistema de posicionamento GNSS foi considerado concluído, e, como era de se esperar, com a melhoria da constelação GNSS, os aparelhos receptores GPS tornaram-se mais populares entre os profissionais da cartografia, porém, como uma forma de limitação de outros países para o seu uso, o sinal emitido pelos satélites americanos ainda possuíam um “filtro” que limitava sua precisão, por esse fato, os já populares na época “GPS de navegação” forneciam uma coordenada de pouca precisão – muitas vezes 30 metros de precisão – porém davam uma resposta rápida ao operador quanto à sua geolocalização. Segundo Mônico (Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS, 2000, p.22), “Para a grande surpresa da comunidade usuária, essa técnica de deterioração da acuracidade do SPS foi abolida do sistema à 0h TU do dia 2 de Maio de 2000, melhorando alto em torno de 10 vezes o seu nível de acuracidade”.

O fim desse “filtro” que limitava a acuracidade da localização, seria o ponto de virada para a história da cartografia e topografia mundial, uma vez que agora os aparelhos de posicionamento possuíam uma acuracidade muito maior, caindo nas graças dos profissionais do ramo. 

Ainda na década de 2000 os receptores que utilizavam-se das faixas de sinal conhecidas como L1/L2, faixas essas que possuíam ainda maior definição e precisão nas suas localizações passaram a tomar, cada vez mais, o lugar das estações totais e teodolitos, sendo hoje, largamente utilizadas nas medições de pontos onde  as medições seriam muito penosas nos métodos clássicos. 

Mônico (Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS, 2000, p.21) o sistema GNSS “Para os usuários da área da Geodésia uma característica muito importante, em relação aos métodos de posicionamento convencionais, é a não necessidade de intervisibilidade entre as estações”, isso significa que não se fazia mais necessária a abertura de quilômetros de picadas à penosas custas para se obter as medições de qualquer feição à se estudar, bastava um usuário e um bom equipamento receptor, ainda segundo o autor, “Além disso, o GPS pode ser utilizado sobre quaisquer condições climáticas”, esse fato também demonstra o poder essa técnica de medição, pois suas medidas não são afetadas por condições como temperatura ou humidade, por exemplo.

Esses equipamentos, até pouco tempo atrás, ainda requerem de um certo tempo de “ocupação do ponto” para obter uma coordenada mais precisa, uma vez que precisavam obter uma grande quantidade de informações vindas dos satélites. Essa situação acabou sendo eliminada com a última geração de receptores GNSS equipados com o sistema RTK (Real Time Kinematic), na tradução para o português “Processamento em tempo real”.

Ele utiliza dois receptores: uma estação base fixa e um receptor móvel (rover). A estação base envia correções em tempo real para o rover, que ajusta sua posição com base nessas correções. Isso permite obter uma precisão centimétrica, de maneira quase instantânea, mostrando-se ideal para aplicações que exigem alta exatidão, como topografia e agricultura de precisão.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

A evolução tecnológica é uma constante na história do ser humano, isso é visível em qualquer campo de atuação da humanidade, e não deixou de ser no campo da topografia/cartografia. Mesmo após sair de um simples aparelho composto de quatro pedras em balanço, passando com toda a evolução apresentada acima no tocante à medições de solo, as medições topográficas chegaram à um nível de exatidão quase absoluta com a utilização da estação total, essa evolução, no entanto, não mostrou-se suficiente para a necessidade humana de melhorar, foi sendo aprimorada com a introdução do sistema GPS, e este por sua vez acabou sendo melhorado com a introdução da técnica GPS-RTK, visto recentemente nesse texto.

Hoje, os levantamentos topográficos na cartografia contam com a evolução dessas técnicas de medições apresentadas acima, as estações totais ainda são largamente utilizadas, porém possuem seu uso voltado principalmente na engenharia e construção civil, uma vez que, diferente dos sistemas de posicionamento GNSS, não necessitam de estar em terreno aberto para recepção do sinal, sendo possível se efetuar medições dentro de túneis, construções, entre outras situações, na topografia por sua vez são utilizadas em demarcação de divisas ou em pontos em que o posicionamento por GPS não se mostram satisfatórios.

Era de se esperar, o sistema GPS hoje é largamente utilizado nas medições cartográficas, tendo ocupações também nos campos da engenharia, construção civil, até mesmo nas ocupações mais simplórias da vida da população, como navegação. 

Na cartografia, a recente evolução sofrida pelo sistema GPS, como visto acima, trata-se da técnica de RTK, que oferece ao profissional o processamento e posicionamento de altíssima precisão em tempo real, acelerando o trabalho do mesmo, diminuindo o tempo de ocupação de pontos, por exemplo, onde se fazia necessária a “ocupação” de determinado vértice de uma feição à se medir por alguns minutos (muitas vezes até trinta minutos para uma boa acurácia), esse tempo foi reduzido para alguns segundos. 

Toda essa evolução trouxe uma maior produtividade para os trabalhos de campo, lembro-me de ouvir histórias de agrimensores que passavam dias acampados na mata para fazer medições de propriedades rurais, vi, ainda, com meus próprios olhos, na década de 2000, medições de propriedades serem feitas em questões de horas, coisa que levavam dias ou até semanas em tempos mais remotos.

Nos últimos anos porém, percebe-se o avanço de novas técnicas de medição com o uso cada vez mais comum de drones, que, através de fotos obtidas com os mesmos e utilizando-se uma técnica semelhante à aerofotogrametria utilizada no passado, pode ser – ao menos aqui espera-se – utilizado para obtenção de  coordenadas e dados altimétricos dos terrenos a serem estudados. 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Corrêa, Iran Carlos Stalliviere, RIBEIRO, Rafael da Rocha e Weschenfeldeer Jair. Museu de Topografia Prof. Laureano Ibrahim Chaffe, [s.n], 2021

Fonte, Cidália Costa. Textos de apoio a topografia – engenharia civil. Coimbra: Editora FCTUC, 2007.

Monico, J.F.G., Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS Descrição, fundamentos e aplicações. Presidente Prudente: Editora UNESP, 2000.

Nucci, Jorge Miguel; MOREIRA, Marco Antônio Albano; LOPES, Carlos. Topografia e Cartografia.  São Paulo, [s.n] 2017.