Dada a aplicac¸˜ao principal do sistema proposto, s˜ao apresentados, tamb´em, alguns trabalhos relacionados a veleiros rob´oticos autˆonomos, incluindo o N-Boat, veleiro que ter´a embarcado o sistema mecatrˆonico de monitoramento da qualidade da ´agua.
O FAST [Cruz & Alves 2010] ´e um veleiro rob´otico desenvolvido na FEUP, (Uni- versidade do Porto) principalmente para o desafio Microtransat ([Microtransat 2015]). Equipado com diversos sensores para controle, este ve´ıculo ´e robusto e tem uma ´otima precis˜ao. J´a o veleiro rob´otico AVALON [Erckens et al. 2010] tem seu controle base- ado em l´ogica fuzzy. Sua execuc¸˜ao ´e feita em um computador embutido, sendo preciso,
r´apido e com boa capacidade de manobra na superf´ıcie da ´agua. O ROBOAT [Stelzer & Pr¨oll 2008], desenvolvido por pesquisadores da INNOC 1, tem aplicac¸˜ao semelhante ao trabalho proposto, no monitoramento ambiental. Ele tem uma estrutura mais simples, por´em com um sistema de controle que permite a autonomia na navegac¸˜ao e na gerac¸˜ao de trajet´oria.
O projeto veleiro rob´otico N-Boat ´e desenvolvido pelo Laborat´orio de Percepc¸˜ao de Rob´otica NatalNet Labs. Esse veleiro ´e projetado para monitoramento de lagos, lagoas, rios e mares, al´em da intenc¸˜ao de competir no desafio Microtransat2. Tem um sistema de controle robusto j´a em funcionamento e possui autonomia de energia utilizando pain´eis solares. ´E desenvolvido para navegac¸˜ao autˆonoma, sendo assim ideal para o monito- ramento de longo tempo. A primeira vers˜ao do N-Boat utilizou um nautimodelo (Figura 3.3) para a prova de conceito dos trabalhos iniciais, como controle e navegac¸˜ao autˆonoma, e se encontra em total funcionamento ap´os a integrac¸˜ao desses trabalhos [Silva J´unior et al. 2013]. Atualmente, uma nova vers˜ao do N-Boat com 2,4 metros de comprimento (o dobro do tamanho da primeira vers˜ao) est´a sendo constru´ıda para sua utilizac¸˜ao junto ao sistema proposto.
A arquitetura proposta neste trabalho ser´a embarcada no N-Boat de modo a obter medic¸˜oes mais r´apidas e precisas, facilitar o acesso a dados da qualidade da ´agua e pos- sibilitar maior abrangˆencia na ´area de monitoramento. A figura 3.4 mostra um esboc¸o do mapa de localizac¸˜ao das partes do N-Boat. O sistema ser´a embarcado na posic¸˜ao 8.
Pretende-se unir as principais vantagens da utilizac¸˜ao de veleiros rob´oticos autˆonomos (deslocamento, propuls˜ao do vento, menor gasto de bateria e maior precis˜ao) com os conceitos e sistemas de monitoramento remoto em tempo real de an´alise da ´agua, de modo a obter um sistema automatizado final robusto e completo. Dessa forma, ser´a poss´ıvel alocar um veleiro para o monitoramento de uma lagoa, por exemplo, e receber dados, em tempo real, de forma totalmente autˆonoma, por um per´ıodo de tempo elevado.
Para se entender e comparar a estrutura e a contribuic¸˜ao que o sistema proposto neste projeto pode oferecer, foi constru´ıda uma tabela (tabela 3.1) com algumas caracter´ısticas importantes no processo de monitoramento e o comparativo entre os trabalhos apresenta- dos neste sec¸˜ao e o proposto.
O significado de cada coluna na tabela ´e apresentado a seguir:
1. Monitoramento - Suporte ao monitoramento da qualidade da ´agua;
1INNOC - Austrian Society for Innovative Computer Science ´e um centro de pesquisa independente fundado em 2005 e localizado em Vienna, Austria.
2O desafio Microtransat ´e uma corrida de veleiros rob´oticos autˆonomos que tem como principal objetivo atravessar o oceano atlˆantico [Microtransat 2015].
3.2. VELEIR OS R OB ´OTICOS A UT ˆONOMOS 23
Tabela 3.1: Comparativo entre os projetos apresentados e o proposto.
Projeto Monitoramento Autˆonomo Abrangente Modularizado Replic´avel Tempo Real .
FAST N ˜AO SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO
AVALON N ˜AO SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO
ROBOAT SIM SIM SIM N ˜AO SIM N ˜AO
NEMRP SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO SIM
DNREC SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO SIM
BTM SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO SIM
MARVIN SIM SIM SIM N ˜AO N ˜AO N ˜AO
Mote Marine Laboratory SIM SIM SIM N ˜AO N ˜AO SIM
Figura 3.3: Nautimodelo usado na primeira fase do N-Boat.
2. Autˆonomo - Autonomia na execuc¸˜ao das tarefas, ou seja, sem interferˆencia humana no processo de aquisic¸˜ao dos dados;
3. Abrangente - Capacidade do sistema monitorar uma ´area e n˜ao apenas um ponto espec´ıfico;
4. Modularizado - Inserc¸˜ao ou remoc¸˜ao de sensores que possam modificar ou aumen- tar a quantidade de vari´aveis medidas sem mudanc¸a na arquitetura;
5. Replic´avel - Possibilidade de replicac¸˜ao do sistema, com baixo custo associado; 6. Tempo Real - Capacidade do sistema em enviar dados para a comunidade de usu´arios
logo depois de colet´a-los.
Percebe-se, a partir da an´alise da tabela 3.1, que o sistema proposto aplicado ao ve- leiro, apresenta uma arquitetura completa, com caracter´ısticas importantes, que podem contribuir diretamente nos avanc¸os no processo de monitoramento da qualidade da ´agua e, consequentemente, na soluc¸˜ao de problemas atuais e futuros.
3.2. VELEIROS ROB ´OTICOS AUT ˆONOMOS 25
Cap´ıtulo 4
Sistema Proposto
4.1
Problema
A qualidade e quantidade de ´agua dispon´ıvel para o desenvolvimento econˆomico ´e objeto de preocupac¸˜ao de pol´ıticos, de agˆencias ambientais e do p´ublico em geral, j´a que os recursos h´ıdricos tˆem um valor estrat´egico para o desenvolvimento econˆomico e social das nac¸˜oes, para a sustentac¸˜ao da biodiversidade e para a sa´ude humana [Moraes Novo 2007].
Segundo Wetzel (2001), a ´agua do planeta vem sendo explorada e degradada a uma taxa acelerada denominada “crescimento demot´ecnico”. Em outras palavras, consiste na forma de crescimento que re´une o efeito combinado do aumento populacional e da ampliac¸˜ao crescente de produc¸˜ao e consumo de ´agua para atender ao avanc¸o tecnol´ogico e ao crescimento econˆomico.
Diante dessas situac¸˜oes, a necessidade de monitoramento da quantidade e qualidade da ´agua se torna um objeto de fundamental importˆancia para se evitar problemas mais graves no futuro. Segundo Moraes Novo (2007), apesar de sistemas remotos de sensori- amento j´a estarem dispon´ıveis, estes s˜ao pouco utilizados. Uma das explicac¸˜oes seria a existˆencia de um lapso de tempo entre a gerac¸˜ao dos dados e sua liberac¸˜ao para a comuni- dade de usu´arios. Outro ponto que explicaria a n˜ao utilizac¸˜ao desses sistemas ´e a pequena interac¸˜ao entre a comunidade de usu´arios e os produtores de dados, isso faz com que da- dos que seriam pass´ıveis de se transformar em informac¸˜ao n˜ao sejam utilizados por falta de compreens˜ao das necessidades m´utuas: quais dados disponibilizar e/ou como extrair conhecimento, a partir desses dados, para ser aplicado em uma determinada situac¸˜ao.
Por fim, um ´ultimo fator que impede muitas vezes a utilizac¸˜ao de sistemas de mo- nitoramento remoto ´e a sua incapacidade de monitorar grandes ´areas. Visto que muitos desses sistemas s˜ao pontuais - ou seja, coletam informac¸˜oes em um determinado ponto de um reservat´orio - n˜ao se consegue uma perspectiva completa de qualidade da ´agua, tendo
que mudar o posicionamento do sistema, de forma manual, se desejar abranger toda a ´area de estudo. Al´em disso, sendo esses sistemas pontuais, suas escalabilidades n˜ao s˜ao muitas vezes vi´aveis devido aos custos relativamente altos para a produc¸˜ao de um ´unico equipamento.