Extensão da linguagem SDL

A primeira tarefa a efectuar neste trabalho, após o estudo descrito no Estado da Arte, é a definição das propriedades relevantes que são intervenientes num simulador, seja ele aéreo, de veículos terrestres, veículos marítimos ou submergíveis.

Dado este trabalho estar inserido num trabalho de maior dimensão, e estando a definição da linguagem efectuada para veículos aéreos, procede-se então à extensão da linguagem para um âmbito mais global, a de cenários e veículos terrestres, marítimos e submergíveis.

Este trabalho tem de ser efectuado tomando em consideração alguns pressupostos:

• O ambiente de desenvolvimento a utilizar, neste caso o Microsoft Flight Siulator X

• As definições e propriedades utilizadas nas áreas de estudo

• O objectivo final deste trabalho.

Assim, é pretendido que se consiga fazer uma definição da linguagem que esteja em conformidade com as definições técnicas usadas em cada uma das áreas de simulação analisadas, que permita uma descrição pormenorizada do cenário e veículos e que seja possível, através dessa linguagem, adaptar os novos veículos ao simulador referido.

Assim, na definição da linguagem SDL, e tendo em consideração o estudo efectuado nas áreas de veículos terrestres, marítimos e submergíveis, focaram-se dois pontos principais de extensão da linguagem SDL, a extensão de bases de operações (baseOfOperations) de forma a

suportarem bases terrestres e marítimas e a extensão das propriedades dos novos tipos de agentes (Agent Type).

A Figura 25 apresenta a composição das bases de operações, além de poderem ter ou não um aeroporto (airport), podem ser também constituída por um ou nenhum Porto (Port) e por uma ou nenhuma base terrestre (groundBase).

Para cada tipo de base, é necessário identificar e mapear elementos que permitam, por si só, reconstruir o cenário identificado.

Base Marítima

Assim, para se descrever um Porto (Port), no caso de uma base de operações (baseOfOperations) ter um Porto, este é identificado através de um nome (name), uma descrição (description), um contacto da entidade responsável (contactPerson) e a sua localização (location) que além da morada completa contêm coordenadas precisas onde se encontra o Porto, como mostra a Figura 26.

Figura 25 – Definição do elemento de base de operações estendida para os novos tipos de veículos

De forma mais específica, são então mapeados uma série de atributos específicos do Porto. A Figura 27 mostra algumas da principais estruturas existentes num Porto, de forma a melhor se perceber como um Porto é constituído.

Assim, são mapeadas as vias de navegação (waterways), exemplificadas na Figura 28. Estas são as “estradas” de um Porto, as zonas por onde as embarcações podem navegar dentro do Porto. Um Porto pode ter várias vias de navegação em que cada uma delas tem uma descrição, uma largura e uma profundidade. Estas métricas são bastante relevantes pois são elas que indicam quais as dimensões máximas que uma embarcação pode ter para poder circular dentro de um Porto. Ao contrário das estradas, que habitualmente têm faixas de rodagem específicas para cada sentido, as vias de navegação são usadas para navegar em qualquer dos sentidos se bem que as normas indicam que se deve circular o mais à direita possível. Para finalizar o mapeamento das vias de navegação, existe também um Path que, tal como usado nos aviões, indicam as coordenadas de início e de fim da via de navegação, a existência ou não de ligações a outras vias de navegação, seja nas suas extremidades, seja mesmo a possibilidade de uma via ser interceptada por uma outra via noutro local que não as suas extremidades. Normalmente, as vias de navegação são interceptadas/ligam-se a outras vias de navegação, tal

como um grafo não dirigido. Esta arquitectura de grafo, porém, torna também possível, por exemplo, a uma via de navegação ligar-se a uma estrada (importante no caso de futuramente utilizarem-se veículos anfíbios).

Figura 26 – Definição do elemento Porto

Figura 27 – Exemplo das estruturas referenciadas num Porto

Num Porto, existem também estruturas designadas por cais/molhe (quays) que são as estruturas sólidas de apoio, que permitem o transbordo entre os veículos marítimos e “terra”, além de permitir aos mesmos veículos atracarem no Porto, podendo aí amarrarem-se, sendo estas estruturas descritas na Figura 29.

Assim, um Porto pode ter vários cais e cada cais tem uma designação e descrição (que dá mais pormenores técnicos sobre o tipo de cais que se trata), uma largura e o tipo de piso que o cais tem (por exemplo se é de cimento, terra, madeira, ou outro).

Tal como usado para descrever as vias de navegação, é utilizado um path que descreve a rede de cais existente num Porto, através das coordenadas de um ponto de início e um ponto de fim. Ou seja, os cais existentes num Porto são descritos como uma série de cais representados por segmentos de recta ligados entre si. Os cais podem estar conectados uns aos outros pelas extremidades mas também podem conectarem-se a um ponto intermédio de outro cais ou mesmo ser um cais único no cenário.

Figura 28 – Definição do elemento Via de Navegação

Figura 29 – Definição do elemento Cais

Quanto aos locais em que habitualmente se encontram parados os veículos marítimos (berths), faz-se a distinção de três tipos de estrutura, como demonstrado na Figura 30. Os locais onde estes veículos podem atracar, seja para embarque/desembarque ou simplesmente parar dentro de um porto (mooringSpace) e duas infra-estruturas de construção/manutenção de embarcações, designadamente as rampas de acesso (slipway) e as docas secas (dryDock).

Figura 30 – Definição do elemento Berths

Os locais de atracagem (“estacionamentos” dos veículos marítimos e submergíveis) são constituídos pela designação e descrição além de conter o tipo de embarcações que pode receber e a sua profundidade máxima. Para uma descrição precisa da sua localização, são necessárias as coordenadas do local de atracagem (constituídas, como de habitual, pela latitude, longitude e

altitude), pelo comprimento do local de atracagem e respectiva largura. Para finalizar, a descrição de um local de atracagem, existe a propriedade que indica em que posições uma embarcação pode atracar e qual o cais que serve esse local de atracagem (mooresTo), Figura 31.

Figura 31 – Definição de Espaço de Atracagem

As rampas de acesso das embarcações de terra à água, idealmente para proceder ao lançamento de embarcações à água ou para as retirar de água para reparações (slipway) são descritas, tal como os locais de atracagem, por uma designação, uma descrição, o tipo de embarcação que suporta, um comprimento, uma largura e as coordenadas da sua localização. Adicionalmente, para um mapeamento completo de uma rampa de acesso, é necessário obter o ângulo de inclinação da rampa e o tipo de material que é composto o piso da rampa (madeira, cimento, ferro ou outro). Adicionalmente, uma rampa de acesso também tem o peso máximo que uma embarcação pode ter para usar a rampa. A Figura 32 exemplifica a informação necessária de uma rampa.

Quanto às docas secas (dryDocks), são estruturas onde as embarcações atracam para efectuarem manutenção. Estas são, de uma forma simples, compostas por um tanque estanque que contém uma comporta que permite à embarcação entrar dentro do tanque. A comporta fechando, torna-se possível retirar toda a água de forma a tornar o tanque livre de água (doca seca), permitindo que a embarcação possa ser reparada/proceder a manutenção num ambiente fora de água. Após a reparação/manutenção, a doca volta a encher-se de água até esta atingir o nível da água fora de doca e permita a embarcação sair da doca seca novamente para o mar/rio. A Figura 33 apresenta as várias propriedades que descrevem uma doca seca, e que são descritas de seguida.

Figura 33 – Definição do elemento Doca Seca

Tal como acontece na rampa de acesso, a doca seca é mapeada com uma designação, descrição, o tipo de embarcação que pode suportar, as coordenadas, o seu comprimento e a largura. Cada doca seca tem uma profundidade, ou seja, a distância entre o nível do mar/água e a profundidade da doca assim como um volume total de água que alberga até o nível de água da doca seca ser igual ao nível de água do mar. A embarcação, para usar a doca seca não pode ter um calado3 superior à profundidade da doca seca.

Devido à necessidade de encher e esvaziar a doca seca, é necessário ter o valor do fluxo de água que entre/sai para/da doca seca durante a operação(waterFlow).

Finalmente, e tal como acontece também num aeroporto, o Porto tem também um conjunto de utilidades (utilities) que podem fornecer água, combustível ou mesmo carregar baterias às embarcações.

Base Terrestre

O mapeamento do cenário de uma base de veículos terrestres (groundBase), tem uma série de atributos que são partilhados com o Porto, como por exemplo o nome da base terrestre, a descrição, o contacto da pessoa responsável e morada completa da base, como demonstra a Figura 34.

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Em termos de aspectos específicos de uma base terrestre, encontra-se o sistema de estradas da base, esquematicamente descrito na Figura 35. Assim, uma base terrestre pode ser composta por várias estradas, que se interceptam entre si, tal como acontece no porto com as vias de navegação. Cada uma dessas estradas tem uma designação, a especificação do tipo de piso que é composto e uma largura. De forma a simplificar a definição de vias e sentido de trânsito, tal como acontece no mundo, existe uma propriedade que especifica o número total de vias que a estrada tem (totalNumberOfLanes), uma outra que especifica quantas dessas vias têm sentido inverso ao especificado no path (reverseLanes) e uma outra propriedade específica qual, o sentido do transito, se pela direita ou pela esquerda (trafficIsRightHand). A localização exacta de cada uma das estradas é definida pelo Path, que tal como acontece nas vias de navegação, têm um ponto inicial e um ponto final, contendo as coordenadas exactas e as ligações que essas estradas fazem com outras estradas, criando assim um grafo. No caso especifico das estradas, o ponto inicial e final de cada estrada indicam também o sentido da estrada, ou seja, indica o sentido da estrada de forma definir qual o lado direito e esquerdo da estrada e assim ser claro quantas vias existem em cada sentido.

Figura 34 - Definição do elemento de Base Terrestre

Uma base terrestre também pode ter um ou mais parques de estacionamento (parkingSpacesGround), Figura 36. Cada um destes parques de estacionamento tem uma designação e uma descrição e é composto por um ou mais lugares de estacionamento (parkingSpace). Cada lugar de estacionamento é mapeado por dois pontos, um ponto inicial e um ponto final (tal como se mapeiam as estradas). Esses pontos indicam as coordenadas de início e fim do lugar de estacionamento. Adicionalmente, existe uma propriedade que indica a largura do lugar de estacionamento.

Tal como num Porto, uma base terrestre pode ter um ou vários locais para fornecimento de combustível, água ou recarregamento de baterias de veículos eléctricos, ou seja, estações de serviço.

Desta maneira, torna-se possível descrever, com precisão, toda uma base terrestre, tanto ao nível da sua descrição como a nível de todas as estruturas úteis que ela contém.

Figura 35 – Definição do elemento Estrada

Figura 36 – Definição do elemento Parque de Estacionamento

Veículos

Para adaptar novos veículos, procedeu-se então à extensão de propriedades específicas para os novos tipos de veículos a desenvolver (agentTypes), cuja sua estrutura é apresentada na Figura 37.

Como o objectivo do trabalho é adaptar veículos terrestres, marítimos e submergíveis, procedeu-se ao estudo das propriedades destes tipos de veículos e procedeu-se à extensão da linguagem de forma a suportar estes novos tipos de veículos. De uma forma genérica, qualquer tipo de veículos tem cinco áreas distintas de propriedades identificadoras, a saber, a identificação de um veículo no simulador FSX (simulatedAgentType), informações genéricas do veículo real (realAgentType), propriedades físicas (physical), propriedades de desempenho (performance) e configuração dos locais de carga de um veículo (payloadsLayout).

Figura 37 – Visualização das propriedades do elemento de Tipos de Agente Após a análise dos novos tipos de veículos que se pretendem implementar, verificou-se que a identificação de um veículo no simulador, a informação genérica de um veículo real

(como modelo e designação) e as configurações dos locais de carga são genéricos a qualquer tipo de veículo, inclusivamente aos veículos aéreos, desenvolvidos anteriormente.

Sendo assim, para implementar os novos tipos de veículos, terrestres, marítimos e submergíveis, é sobretudo nas áreas de propriedades físicas e de desempenho que é necessário estender a linguagem de forma a suportar os novos tipo.

Durante o trabalho de levantamento das propriedades físicas e de desempenho dos novos tipos de veículos, rapidamente se verifica que a definição de propriedades dos veículos é uma área muito extensa. Além da diversidade de tipos de veículos terrestres, marítimos e submergíveis, dentro de uma qualquer destas áreas podem existir imensas especificações diferentes. Por exemplo, um veículo marítimo pode ter dimensões muito díspares, desenhos de casco e tipos de propulsão diferentes, assim como formas de se manobrar, entre outras propriedades diversas. Tendo em atenção o objectivo final desta extensão da linguagem a novos veículos e às potencialidades do simulador a utilizar, o FSX, optou-se por uma extensão que incluísse propriedades essenciais para uma simulação o mais representativa da realidade possível dos novos tipos de veículos, deixando propriedades secundárias e que não tenham interferência na operacionalidade dos novos veículos de fora da extensão da linguagem.

Por outro lado, surgiu a dúvida sobre como proceder com algumas das características técnicas dos veículos. Por exemplo, um veículo terrestre, tem um peso, um determinado motor com determinada potência e com uma determinada caixa de velocidades, entre outros componentes. No entanto, verificou-se que não é necessário obter informação tão detalhas sobre componentes e pormenores técnicos neste trabalho.

Optou-se assim por um cenário que descrevesse toda a informação necessária à simulação correcta de cada um destes novos veículos sem perdas e ao mesmo tempo, sem especificar informação irrelevante. Um exemplo, é a retirada de propriedades técnicas e a sua substituição por propriedades de desempenho. Outro exemplo, é a substituição da potência e localização relativa dos motores num veículo marítimo apenas pelas prestações que a embarcação permite.

De forma a se compreender melhor estas necessidades, são de seguida indicadas as propriedades físicas, exemplificadas na Figura 38 e de desempenho, exemplificadas na Figura 39, para cada tipo de veículo, seja terrestre, marítimo e submergível, que permitem atingir o objectivo final do trabalho.

Em termos de propriedades físicas, em qualquer tipo de veículo, seja ele aéreo, terrestre, marítimo ou submergível, existem itens que são genéricos. Assim, um veículo tem um comprimento (length), uma altura (height), peso quando se encontra vazio (emptyWeight), um peso máximo de carga que pode transportar (maxPayload), o número de motores que o veículo tem (nEngines) e a máxima quantidade de combustível (ou energia) que pode transportar (maxFuel ou maxBattery, respectivamente).

Além destas propriedades físicas, cada tipo de veículo contêm propriedades únicas a si. Assim, no caso de veículos terrestres, estes veículos têm como características físicas próprias a largura do veículo (width) e o número de rodas que o veículo possui (nWheels).

Os veículos marítimos e submergíveis têm como características físicas a largura (beam), a área do leme (rudderArea) caso exista, o comprimento e número de âncoras (anchorLength) e das cordas de amaragem (mooringLines), caso elas existam. De forma a simplificar, é admitido que o comprimento das cordas é igual em todas as cordas que a embarcação possui.

Nos veículos marítimos (barcos), como propriedades físicas relevantes encontram-se a distância entre a linha de água e o fundo do veículo (maxDraft) sendo que os veículos submergíveis têm duas propriedades físicas exclusivas, a área do leme vertical, caso exista (seaplaneArea) e o número e volume máximo total dos tanques de lastro que o veículo tem.

Os tanques de lastro são responsáveis por aumentar ou diminuir o peso do veículo com água, permitindo que, caso o lastro seja elevado, o veículo possa submergir, sendo que para emergir, o lastro é reduzido. Para as manobras de emersão e submersão, além do lastro, tem influência o leme vertical quando existe ou motores rotativos que propulsionam o veículo para a direcção pretendida. O posição relativa dos lemes, motores e a possibilidade de estes últimos

serem ou não rotativos não são, para o ambiente de simulação, primordiais na medida que, como de seguida é demonstrado, essa informação pode ser obtida através das propriedades de desempenho.

Figura 38 – Definição do elemento de Características Físicas dos Veículos. Em termos de desempenho dos veículos, colocou-se uma série de propriedades que são partilhadas transversalmente por qualquer tipo de veículo.

Assim, velocidade máxima (maxSpeed), velocidade de cruzeiro (cruiseSpeed), autonomia (range) , consumo de combustível, caso exista, dado em volume por unidade de tempo (fuelFlow), consumo de energia, caso exista, dado em energia por unidade de tempo (energyFlow) e coeficiente aerodinâmico (dragCoefficient) são transversais a qualquer tipo de veículo.

Em termos de desempenho, veículos terrestres, são constituídos também pelo ângulo máximo de ataque, ou seja, a inclinação máxima do terreno que o veículo pode transpor (maxAttackAngle) e também pelo raio mínimo necessário para o veículo fazer uma volta de 90º (min90DegTurnRadius).

Os veículos marítimos, por sua vez, possuem a especificação do raio mínimo necessário para a embarcação poder efectuar uma viragem de 90º (min90DegTurnRadius).

Finalmente, os veículos submergíveis, também possuem o raio de viragem mínimo necessário para virar o submergível num ângulo de 90º (min90DegTurnRadius) mas possuem também outras propriedades. A velocidade máxima do submergível debaixo de água, habitualmente inferior à velocidade na superfície da água (maxUnderwaterSpeed), a profundidade máxima que o submergível pode atingir de forma a operar com normalidade (maxDepth) e a velocidade vertical máxima que o submergível pode atingir (maxVerticalVelocity).

Com todas estas especificações, torna-se possível simular um qualquer veículo, seja terrestre, marítimo ou submergível, com acções e reacções próximas dos veículos reais que estão a simular, sem no entanto ser necessária uma configuração do veículo muito extensiva e com muitos pormenores de construção.