Tudo acerca dos drones
Revisão Histórica
Como um dos grandes motores para o desenvolvimento da tecnologia são as guerras, no que toca aos veículos aéreos não tripulados não foram exceção, e nos finais da primeira grande guerra, foi criada a “bomba voadora”, esta tinha o intuito de ser largada em território inimigo, sem a necessidade de nenhum piloto a ter de conduzir ao local de lançamento, desta forma não era colocada em risco a vida do piloto. Até aos dias de hoje, os drones passaram por inúmeras adaptações, consoante a sua finalidade. O propósito primordial da utilização dos drones foi o militar, com o intuito de transportar misseis e bombas, um exemplo disto é o TDR-1, este foi o primeiro UAV de assalto, desenvolvido pela marinha dos Estado Unidos. Embora o projeto ter sido um fracasso, foi um enorme contributo para o desenvolvimento desta tecnologia. No final da guerra do Vietname, os drones tiveram um enorme avanço, assemelhando-se cada vez mais aos drones actuais, na medida em que surgiu a ideia de equipar estes veículos com câmaras de filmar, com o intuito de serem utilizados para missões de reconhecimento.
Esta inovação foi sem dúvida o maior impulso para a projeção de drones cada vez mais sofisticados, de modo a que hoje em dia tenham um vasto role de aplicações.
Os drones tiveram as suas origens no mundo militar, mas cada vez mais estão a ser usados para diversas atividades, sendo notável o se maior grau de sofisticação.
Os drones são veículos não tripulados que podem ser comandados através de um controlo remoto, por via rádio ou via satélite. Os drones mais simples comunicam apenas por via rádio com o seu controlador, enquanto que os drones mais avançados, nomeadamente os militares, utilizam comunicação via satélite.
Tecnologia
Constituintes do Drone
O Que Fazemos
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Os drones são constituídos por vários motores, estes motores vão estar ligados às hélices e vão ter um sentido específico de rotação. Consoante o número, também a sua nomenclatura varia (por exemplo, um drone com quatro motores, é denominado por quadricóptero). O número de motores tem de ser par, por forma a que metade das hélices girem num sentido enquanto que as restantes girem no sentido oposto, permitindo assim que o drone mantenha a estabilidade de voo.
Para além das hélices, os motores são também constituídos por um controlador eletrónico de velocidade, estes são responsáveis pela velocidade de rotação das hélices.
Um dos principais alicerces destes aparelhos são as baterias, que fornecem toda a energia necessária para o seu funcionamento. Por norma as baterias são de Li-Po (polímero de lítio).
Para que o drone receba os comandos transmitidos pelo controlo remoto, este possui um recetor rádio que após a aquisição dos sinais, vai comunicar com a placa controladora (processador), que funciona como o “cérebro” do drone. Quando os sinais chegam à placa, esta vai codificar a informação e garante que esta chegue até aos motores, nesta estão contidos dados como a direção e a velocidade a que o drone se tem de movimentar.
Para que o utilizador interaja com o drone, é utilizado um controlo remoto, este é essencialmente composto por quatro comandos: o pitch, o roll, o yaw e o acelerador.
O pitch é responsável pelo deslocamento para o qual ele está orientado, ou para a retaguarda do mesmo.
O roll assegura que o drone se desloque para a direita ou para a esquerda, consoante o sentido para que este se encontra orientado.
O yaw é o comando que permite ao drone girar sob o seu próprio eixo.
O acelerador tem a função de regular a altitude de voo.
Os drones mais desenvolvidos, estão equipados com um sistema de GPS.
A estrutura física que suporta todos estes componentes é designada por frame.
Para além destes elementos que são a base da estrutura de um drone, estes podem também equipar-se com GPS, câmaras entre outros, consoante as finalidades a que este se destina.
Nossas Crenças
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Aquisição e Processamento da Imagem
Primeiramente dá-se a receção da imagem por parte da câmara instalada no drone. Uma imagem é representada como um conjunto MxN de amostras de luminância e crominância e com um certo número de bits por amostra P (codificação PCM). Posto isto, o número total de bits (MxNxP) necessários para representar uma imagem em PCM seria enorme. Por isso mesmo, é que após a aquisição da imagem, se dá o processamento da mesma. Este baseia-se na codificação da fonte, explorando redundâncias espaciais e temporais, bem como a irrelevância das imagens adquiridas. Na codificação da fonte, as componentes PCM são divididas em blocos. A cada um desses blocos é aplicado a transformada gerando coeficientes DCT, que posteriormente sofrem a quantização e passam para o codificador. Deste modo, a informação possui muito menos bits do que quando estava em PCM, sendo assim mais fácil de a transmitir ou armazenar. Assim, quando se pretende aceder a esta informação, é necessário que esta passe pelo descodificador, sofra a quantização inversa, a IDCT e por último, a montagem dos blocos. Estes são os processos fundamentais pela qual uma imagem submetida durante o seu processamento .
Através das imagens recebidas pela câmara, os drones possuem a capacidade de visão artificial que lhes permite identificar objetos e determinar a sua localização e geometria. Aquando da receção da imagem, esta é convertida para níveis de cinzento e são procurados os pontos mais claros desta mesma imagem, identificando-se quais os pixéis a que estes pontos correspondem. De seguida, cria-se uma nova imagem com esses pixéis a branco e os restantes a preto e verifica-se se esses pontos brancos se encontram no centro da imagem, caso não estejam, é enviado o valor do erro entre a sua posição e o centro da imagem, para que no módulo de navegação sejam enviados os comandos de modo a que o drone se movimente na direção necessária .
Aplicações
Cada vez é maior o número de aplicações às quais esta tecnologia pode dar resposta. Devido à sua capacidade de se apetrechar com os mais variados equipamentos, torna-o mais versátil e mais indicado para determinadas tarefas.
No que toca ao uso militar, estes são utilizados por exemplo para o transporte de armamento, missões de reconhecimento e vigilância.
No que diz respeito à agricultura e pecuária têm utilidades como contagem de gado, monotorização das plantações e rega dos cultivos.
No aspeto da proteção civil, tem como funções de combate e monotorização dos incêndios.
A indústria da produção de energia já começou a introduzir os drones na sua realidade, este são utilizados para monitorizar os painéis solares instalados em campos de produção de energia.
Muitos desportos estão a incorporar os drones na gravação de filmagens das respetivas atividades praticadas, por exemplo, nos desportos radicais, estes são usados de forma a tirar fotografias em ângulos até à data impossíveis de tirar caso estes não existissem, chamando assim mais a atenção a novos praticantes.
A nível do controlo costeiro, os drones têm tido um enorme impacto na vigilância das costas, resgate de imigrantes, controlo do tráfico de droga e controlo pesqueiro.
Relativamente à utilização de drones no controlo ambiental, eles são usados para monotorização de animais, florestas e icebergs
DJI PHANTOM 4
O DJI Phantom 4 é um modelo proveniente da DJI, que é uma das empresas mais desenvolvidas neste ramo de tecnologia, este foi lançado em 2016 e é um dos modelos mais avançados do mercado.
A forma como foi desenhado, permite que o centro de gravidade fique melhor posicionado, de modo a que este seja mais estável, mais veloz e dê uma melhor resposta aos comandos vindos do controlador remoto.
Este controlador tem equipado um sistema que permite a acoplação de um display capaz de se conectar ao drone, desta forma é possível ver em tempo real o campo de visão do aparelho.
Este dispositivo é bastante sofisticado na medida em que está equipado com um sistema de deteção e desvio de obstáculos. Assim quando se depara com um impedimento este fica a pairar no mesmo local ou contorna a obstrução, consoante o modo de voo, evitando quedas e choques que podem danificar o drone.
O DJI Phantom 4 tem outro sistema inteligente que lhe permite voltar sozinho para o local de descolagem, uma vez que este guarda as coordenadas GPS.
Outro aspecto que marca a sua diferença é a bateria, esta tem uma duração de 28 minutos em voo, o que pode parecer pouco tempo à primeira vista, mas nesta indústria é dos recordistas de tempo de voo a filmar.
Tem uma velocidade máxima de subida de 6m/s, de descida 4m/s e de voo de 20m/s.
Câmara
O DJI Phantom 4 está equipado com uma câmara adaptada às suas funcionalidades. A câmara tem uma lente de 20 mm com um campo de visão (FOV) de 94º. O tamanho da imagem é de 4000x3000 (12Mpixeis). A sensibilidade da câmara para fotografia varia desde 100 a 1600, enquanto que para vídeo, vai de 100 a 3200, o que lhe confere uma boa qualidade de imagem à noite.
A velocidade do obturador é de 1/8000s, permitindo-lhe capturar imagens de pessoas/objetos em movimento. Esta velocidade possibilita também obter imagens de elevada qualidade em locais com altos níveis de luminosidade.
No que concerne aos modos de fotografia, estes podem ser: disparo único, disparo contínuo de 3, 5 ou 7 fotografias e timelapse, entre outros.
As fotografias podem ter o formato de JPEG ou RAW, o que dá a possibilidade de podermos escolher entre uma imagem mais comprimida, ocupando desta forma menos memória (JPEG), ou uma imagem com melhor qualidade, com mais informação, já que não sofreu a compressão, consumindo deste modo mais memória (RAW).
A câmara converte os vídeos para o formato MP4 ou MOV, ambos são formatos de vídeo lossy.
Esta câmara possui diversas resoluções para vídeo: 4k (4096x2160 e 3840x2160), 2,7k (2704x1520), 1080p (1920x1080), 720p (1280x720).
O bitrate máximo do vídeo é de 60Mbps.
A cadência do vídeo pode ser de 24 ou 30fps (frames per second).
Para armazenar quer as imagens, quer o vídeo, o DJI Phantom 4, traz um cartão de memória com 64GB, contudo, caso o utilizador necessite de mais memória, esta tecnologia já permite o uso de cartões de 128GB.
Um dos acessórios que teve um contributo muito positivo para o desenvolvimento das câmaras foram os gimbals, isto é, um mecanismo que através de motores, permite manter a câmara perfeitamente nivelada no plano horizontal, desta forma, independentemente das manobras que o drone realizar, a imagem visualizada no display não vai conter vibrações, mantendo-se estável
Modos de Voo
O DJI Phantom 4 tem diversos modos de voo, o mais comum é o modo normal, neste modo, o drone é controlado através do controlo remoto, assim, o veículo está permanentemente a executar os comandos dados pelo utilizador.
O tap-to-fly é outro modo de voo, não muito complexo. O utilizador está a visualizar a imagem aérea proporcionada pelo drone, e através do display, define a rota que pretende passando com o dedo pelo itinerário pretendido, ao adotar este procedimento define também a velocidade do drone e a posição da câmara.
Também é possível traçar vários pontos de passagem, uma vez que esta tecnologia está equipada com GPS, podemos marcar no mapa alguns pontos de passagem, e consoante a ordem de marcação, o drone vai percorrer esse itinerário até
lhe seja imposto para parar, a única limitação deste percurso é caso este ultrapasse a limitação de alcance definida nas características.
Um dos maiores destaques neste drone vai para o visual tracking, este é um modo de voo extremamente simples para o utilizador, que consiste em selecionar um alvo no display, a partir daí o veículo acompanha todos os movimentos do objeto determinado. Para além de selecionar um alvo, também é possível configurar a altitude a que este se encontra do mesmo. Este modo de filmagem é muito utilizado em eventos desportivos.
Para qualquer um dos modos de voo, o DJI Phantom 4, é sensível aos obstáculos, desviando-se sempre dos mesmos
Modelo de Negócio
A indústria dos drones, está sem dúvida a crescer a um ritmo acelerado, como se pode visualizar na figura ao lado. Grande parte do consumo provém da utilização destes dispositivos na área militar, daí o consumo no separador do governo ter um valor tão acrescido. Contudo, cada vez mais, os consumidores estão a adquirir esta tecnologia, engradecendo-a e proporcionando o desenvolvimento desta.
O consumidor, já não é apenas o indivíduo singular que adquire esta tecnologia para filmar ou apenas por diversão. Muitas empresas estão a adaptar os drones aos serviços por elas praticados, desde a Amazon para realizar entregas aos seus clientes, à YO! Sushi, na área da alimentação que entrega as suas refeições numa bandeja acoplada no dispositivo e é levada até à mesa onde se encontra o cliente que efetuou o pedido. Outro exemplo ainda é a Easy Jet que utiliza os drones para obter informação de possíveis danos nas suas aeronaves em locais de difícil acesso por parte de um técnico.
Questões Legais
A crescente e desregulada utilização dos drones tem afetado negativamente a segurança operacional da navegação aérea, bem como a segurança e a privacidade das pessoas. Por estes mesmos motivos, e apesar de não existir legislação internacional ou europeia harmonizada relativa à utilização e operação deste tipo de aeronaves, foram criadas normas nacionais relativas às condições aplicáveis em Portugal. Estas mesmas normas encontram-se no Regulamento nº 1093/2016 – Diário da República nº 238/2016, Série II de 2016-12-14 que é responsável por aprovar as condições de operação aplicáveis à utilização do espaço aéreo pelos sistemas de aeronaves civis pilotadas remotamente (drones).
Como regras gerais de operação para o sistema de aeronave pilotada remotamente, este regulamento permite que sejam efetuados voos diurnos, em linha de vista, a uma altura de 120m, em todos os locais que não estejam sujeitos a restrições ou na proximidade de infraestruturas aeroportuárias, à exceção das aeronaves brinquedo que não devem exceder os 30m nem devem sobrevoar pessoas. As aeronaves brinquedo estão sujeitas a limites mais restritivos pelo facto destes equipamentos serem menos sofisticados e poderem ser manobrados por crianças.
A realização de voos noturnos, que não se encontrem na linha de vista e de voos acima dos 120m de altura, carecem de autorização por parte da Autoridade Nacional de Aviação Civil (ANAC).
Os utilizadores de drones devem desviar-se de aeronaves tripuladas e dar-lhes prioridade de modo a evitar danos ou incidentes. Devem também respeitar a privacidade de todos os cidadãos e a proteção dos seus dados pessoais, nomeadamente aquando da captação de imagens. As regras para captação de imagens e realização de vídeos são regulamentadas pela Autoridade Aeronáutica Nacional (AAN) pelo que não é permitida a realização de fotografia e filmagem sem contactar previamente esta mesma autoridade.
Evolução Futura
Os drones estão em contínuo desenvolvimento, cada vez mais esta tecnologia está a tornar-se mais pequena, mais barata e sobretudo com uma melhor qualidade de imagem.
Uma das mais recentes novidades no mundo dos drones são os enxames, estes são grupos de drones, controlados apenas por um controlo remoto. Os enxames tem uma maior aplicação a nível militar. "Imagine um exército de pequenos quadricopteros, equipados com misseis, à disposição de um comandante e à distância de um controlo remoto, para além disso, possuem tamanha robustez, num exército de cem, um míssil pode destruir um, mas imagine o impacto que terão os outros 99!"(BBC,2017).
Os enxames têm a possibilidade de procurar de uma forma mais eficiente um determinado objetivo em conjunto sem colidirem.
No que toca à logística: "A Amazon e a Alibaba, grandes empresas de comércio, estão a fazer estudos de drones de distribuição de encomendas, diminuindo o tráfico rodoviário e diminuindo o tempo de espera dos seus clientes "(BBC,2017).
"A empresa DJI, está a investir em projetos para o futuro de modos de filmagem relacionados com o cinema" (Frog,2017). Para além disso a DJI também está a desenvolver câmaras para os drones com a possibilidade de fazer zoom durante a aquisição de imagem. É notório também o avanço do número de megapixéis das câmaras dos drones, embora ainda numa fase de testes, através de uma parceria entre a DJI e a Hasselblad (empresa de máquina fotográficas), estão a desenvolver um drone com uma câmara acoplada de 100Megapixeis (11600 × 8700).
O criador do Facebook também está interessado em involver-se nesta área e por sua vez, dar o seu contributo para o desenvolvimento da mesma, "Recentemente Mark Zuckemberg comprou uma empresa de produção de drones alimentados a energia solar (Ascenta), com vista a desenvolver drones capazes de fazer chegar a internet aos lugares mais remotos da Terra, criando assim uma rede de internet global onde todas as pessoas do mundo tenham acesso a esta "(time,2017).
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