Projeto IRACEMA – Instrumentos Robóticos Autônomos para Coleta de Dados E Monitoramento Ambiental | CTI Renato Archer
O Projeto IRACEMA – Instrumentos Robóticos Autônomos para Coleta de Dados E Monitoramento Ambiental, objeto da Chamada Pública MCT/FINEP – Construção Naval e Transporte Aquaviário 02/2010, tem como objetivo geral o desenvolvimento de sistemas autônomos integrados a redes de sensores para o monitoramento e coleta de dados ambientais em regiões costeiras, fluviais e lacustres, o desenvolvimento de dois barcos robóticos de operação autônoma, com capacidade de execução de tarefas de sensoriamento científico, coleta de amostras e monitoramento de reservas ambientais, e o desenvolvimento de arquitetura integrada de software para coordenação e controle autônomo de barco robótico.
O barco Iracema pode ser dividido nos seguintes módulos:
Plataforma náutica que consiste do veículo propriamente dito, incluindo o casco, leme, motores, e demais componentes do barco.
Hardware embarcado composto por sistema de hardware embarcado, incluindo o processador de bordo, canais de comunicação e transmissão de dados, sensores, e atuadores.
Software Piloto que é responsável pela operação autônoma do barco durante a execução de missões de sensoreamento científico, coleta de amostras, e/ou monitoramento de áreas marinhas
Base de operações que corresponde a A estação operação do sistema, que permitirá ao operador humano supervisionar e coordenar as atividades do IRACEMA, bem como assumir o controle teleoperado do veículo a qualquer momento.
O Barco Iracema I será dedicado à execução de missões em zonas costeiras e deverá ter embarcado um conjunto mínimo de sensores que permitam a realização de missões típicas de monitoramento ambiental especificada pelas instituições UFC e FUNCEME. Estas instituições especificaram os sensores que serão embarcados no Iracema I.
O Barco Iracema II será dedicado à execução de missões em águas interiores como rios e lagos ou represas e deverá ter embarcado um conjunto mínimo de sensores que permitam a realização de missão típica de monitoramento ambiental especificada pela instituição INPA. Esta instituição especificou os sensores que serão embarcados no Iracema II.
O IRACEMA consiste de um veículo autônomo de superfície – ASV.
Seu controle consiste de um computador com programa específico para elaboração de um plano de levantamento (missão), selecionando linhas ou pontos sobre um mapa georreferenciado. O veículo executará a navegação de maneira autônoma, segundo a missão, mas terá opção de controle remoto pelo operador quando necessário.
O Sistema autônomo de superfície para monitoramento ambiental é composto por um veículo autônomo de superfície com instrumentação embarcada que permite o a realização de missões típicas de monitoramento ambiental.
O sistema autônomo de superfície é formado por uma plataforma de casco duplo tipo catamaran que proporciona alta estabilidade e área útil para equipamentos. Esta plataforma é propelida por um par de propulsores elétricos instalados nos flutuadores operando em modo diferencial. Todo o barco é alimentado por um conjunto de baterias recarregáveis de íon-lítio dimensionadas para uma autonomia mínima de 8 horas.
O barco é dotado de um sistema de pilotagem com três modos de pilotagem:
Manual: Permitirá a pilotagem através de "joystick" e permite que o barco seja pilotado manualmente por equipe embarcada permitindo manobras e operações de recuperação em caso de pane nos sistemas de controle.
Controlado: Neste modo o barco é controlado a distância através de "joystick" instalado na estação base. A pilotagem remota utiliza-se do link de comunicação implantado entre estação base e barco Iracema. O sistema de controle implantado também permite que o barco seja monitorado e operado remotamente de qualquer ponto do planeta, bastando uma conexão de internet com a estação base e da instalação de software de controle desenvolvido.
Autônomo: permite a execução de missões pré-programadas de maneira autônoma. O programa de missão é realizado em computador remoto através de software de programação e controle de missão. Através deste software pode ser programada uma derrota através de waypoints marcados sobre um mapa geográfico na tela permitindo também o acompanhamento da missão em tempo real. Após programação, os dados da missão são transferidos para o computador de bordo que gerenciará a execução da missão. A missão é acompanhada em tempo real pela estação base que pode, a qualquer instante, interromper a missão e alterá-la ou abortá-la. Do controle da estação base é possível o reinício de uma missão com o retorno automático ou controlado do barco para a posição inicial.
O sistema de pilotagem e acompanhamento de missão permite uma grande flexibilidade de operação permitindo acomodar várias situações de operação aumentando a possibilidade de sucesso da missão mesmo em caso de imprevistos.
O sistema como concebido permite que o barco seja monitorado e comandado remotamente através da internet, desde que a estação base esteja conectada a internet. Esta flexibilidade de operação e monitoramento permite que equipes de pesquisas de instituições nacionais ou estrangeiras possam participar das missões programando, operando, coletando dados ou acompanhando o desenrolar das missões, possibilitando que o barco Iracema possa operar como um laboratório aberto com operação multiusuário. Esta facilidade não foi prevista inicialmente no Projeto e para a sua efetivação é necessária a criação de um sistema de acesso e reserva via uma página na internet onde se disponibilizaria as ferramentas de utilização. Este sistema deverá prover uma logística de posicionamento do barco nas regiões e épocas de interesse da pesquisa. Como simplificação dessa modalidade poderiam ser disponibilizado missões multiusuários em regiões pré-selecionadas por seu interesse científico, onde várias instituições podem partilhar das facilidades do Iracema com missões individuais. Uma complexidade a ser estudada para este modo de operação multiusuária é a utilização de equipamentos não disponíveis na configuração básica de equipamentos do Iracema. Uma possível sistemática seria equipar o barco Iracema com equipamentos adicionais fornecidos pelos usuários integrando-os fisicamente aos sistemas do barco e a conexão às interfaces de comunicação padrão do computador de controle de equipamentos científicos e a instalação de softwares específicos de operação nestas plataformas. O Barco Iracema foi concebido com sistemas flexíveis de alimentação, de interfaces de comunicação e com disponibilidade física de acomodar equipamentos e sensores em sua plataforma náutica.
Em sua configuração normal, o sistema terá embarcado vários sensores necessários para a avaliação e monitoramento ambiental que terão a capacidade de produzir dados precisos, consistentes e de maneira autônoma, de vários parâmetros importantes. Os principais sensores que poderão ser embarcados são:
Sistema de sonda multiparamétrica para caracterização de 12 parâmetros de qualidade de água:
Condutividade atual e específica;
Pressão absoluta de coluna de água.
Sistema Side – Scan para levantamento topo - batimétrico de fundo;
Anemômetro acústico digital;
Velocidade de vento;
Direção de vento;
Ecobatímetro:
Posição GPS;
Mapa batimétrico;
Estação metereológica embarcada:
Os dados obtidos pelos sensores são armazenados no computador de controle de equipamentos científicos de bordo do barco para futura análise e serão também transmitidos via rádio, em tempo real, para a estação de controle de missão localizada em uma posição remota.
Outros sensores poderão ser embarcados e poderão também armazenar localmente ou transmitir seus dados para a estação de controle.
A Estação Base de controle consiste de um sistema de computador, telas de visualização e software que permite a programação da missão previamente à sua execução, a edição e controle e acompanhamento em tempo real durante a execução da missão.
O sistema possui um sistema de comunicação que permitirá a conexão remota do barco à estação de controle permitindo o monitoramento, pilotagem e coleta de dados da missão e dos sensores embarcados.
O sistema é dotado de rotinas de segurança que permitem que o sistema autônomo tome ações de correção de rota para evitar colisão com outras embarcações ou obstáculos na superfície ou submerso e também ações de emergência em casos extremos de perda de comunicação ou falha de controle, com opção de retorno automático à base ou imobilização com emissão de sinal de alarme.