SECTION II : La diversité des formes et des mécanismes de la formation et la mesure de la formation formelle
Section 2 : La diversité des formes et des mécanismes de la formation et la mesure de la formation formelle
2.3 Quelle mesure de la formation ?
O sistema de GPS, Global Positioning System [82], ´e um servi¸co que proporciona aos seus utilizadores trˆes tipos de dados sobre a posi¸c˜ao geogr´afica na forma de coordenadas, dados de navega¸c˜ao como velocidade e dados temporais na forma de um rel´ogio.
O GPS funciona com base em trˆes sistemas: o sistema espacial, o sistema de controlo para a manuten¸c˜ao e controlo, e por fim, o sistema de utilizador.
O sistema espacial [33] consiste numa constela¸c˜ao (Figura 2.25) de n˜ao menos de 24 sat´elites operacionais, embora nos ´ultimos anos o n´umero de sat´elites operacionais est´a nos 31 sat´elites. Tamb´em nesta constela¸c˜ao de sat´elites existem sat´elites em reserva e sat´elites desativados que em caso de necessidade podem ser ativados para suprir qualquer lacuna na qualidade do sinal enviado.
Figura 2.25 – Constela¸c˜ao de Sat´elites GPS [33]
Estes sat´elites encontram-se numa ´orbita com uma altitude de 20200km que proporciona um per´ıodo orbital de 12h. Para uso civil o sinal enviado pelos sat´elites encontra-se na banda L (comprimento de onda entre 1 e 2 GHz) e o sinal envia dados com a hora de transmiss˜ao do sinal (com uma margem de erro na ordem dos nano segundos) e a identifica¸c˜ao do sat´elite.
O sistema de controlo [16] consistem numa rede de esta¸c˜oes espalhadas pelo mundo (Figura 2.26, onde assim ´e poss´ıvel ter contacto permanente com todos os sat´elites da constela¸c˜ao. Atrav´es destas esta¸c˜oes s˜ao monitorizadas todas as transmiss˜oes enviadas pelos sat´elites e s˜ao tamb´em enviados os comandos para controlo dos
sat´elites e realizados os diagn´osticos de opera¸c˜ao e manuten¸c˜ao.
Figura 2.26 – Esta¸c˜oes de Controlo [15]
Por fim, o sistema de utilizador ´e const´ıtuido pelos recetores GPS [32]. Estes recetores recebem o sinal enviado pelos sat´elites da constela¸c˜ao e aqui ´e calculada a posi¸c˜ao geogr´afica do recetor.
O c´alculo ´e efetuado usando a hora de transmiss˜ao do sinal de cada sat´elite com liga¸c˜ao ao recetor e o tempo que o sinal demora a chegar e a diferen¸ca de tempo entre os v´arios sat´elites ´e calculada a posi¸c˜ao em termos de latitude, longitude e altitude.
Para complemento dos dados posicionais tamb´em ´e fundamental a utiliza¸c˜ao de uma unidade de medi¸c˜ao inercial ou IMU (Inertial Mesurement Unit ) [37].
Um IMU consiste na jun¸c˜ao de dados de acelera¸c˜ao linear (aceler´ometro) com acelera¸c˜ao angular (girosc´opio), bem como dados sobre o campo magn´etico (b´ussola, cada um destes com 3 graus de liberdade e tamb´em press˜ao barom´etrica que pode ser utilizada para c´alculos para determinar a altitude.
Este tipo de sensores tipicamente tˆem a carateristica de se calibrarem internamente pelo firmware sistema em condi¸coes dinˆamicas, mantendo assim a viabilidade dos
dados enviados para a aplica¸c˜ao [57].
2.6
Tipos de Implementa¸c˜ao de VANT
Os VANT existem em v´arias formas dependendo da aplica¸c˜ao pretendida [104]. Desde os chamados quadcopter que possuem v´arios motores, mas tamb´em existem em forma de avi˜ao e de um cl´assico helic´optero.
No caso dos quadcopters (Figura 2.27), o seu formato tipicamente consiste em 4 motores colocados numa fuselagem em forma de H ou de X e s˜ao tipicamente de pequenas dimens˜oes e controlados por um operador remotamente.
Figura 2.27 – Helicoptero [64]
A sua utiliza¸c˜ao visa principalmente filmagens a´ereas devido `a precis˜ao do seu movimento, e melhor do que um helic´optero t´ıpico, mant´em a posi¸c˜ao espacial com facilidade. Devido ao seu formato, tem a grande desvantagem de consumir muita energia, e assim o tempo de voo ´e reduzido.
Os VANT com o formato de um helic´optero cl´assico (Figura2.28) tˆem a vantagem em rela¸c˜ao aos quadcopters do ponto de vista do consumo energ´etico, pois s´o necessitam de um motor no caso de um helic´optero com dois rotores que rodam em sentidos diferentes, anulando assim as for¸cas de rota¸c˜ao sobre o helic´optero, ou de um motor com a fun¸c˜ao de s´o contrariar esta for¸ca de rota¸c˜ao.
Figura 2.28 – Quadcopter [21]
Apesar deste menor consumo energ´etico, tem a desvantagem de tipicamente de ser mais dif´ıcil de manobrar e ter menor capacidade de carga para aplica¸c˜oes. Costuma ser utilizado para brinquedos de r´adio-controlo, mas tamb´em ´e utilizado, por exemplo, pela guarda costeira dos Estados-Unidos com a miss˜ao de vigilˆancia. O formato de avi˜ao (Figura2.29) para os VANT ´e o que consegue a maior autonomia, sendo que o que mant´em a altitude neste formato ´e a aerodinˆamica das asas, o que torna este m´etodo com maior autonomia e tamb´em maior velocidade, pois a eficiˆencia aerodinˆamica tamb´em ´e muito grande.
Figura 2.29 – X-56A Asa Experimental [81]
Usam tipicamente apenas um motor que nem sempre precisa de estar a ser usado a uma potˆencia elevada ou at´e estar desligado em momentos se a constru¸c˜ao aerodinˆamica do avi˜ao for talhada para funcionar tamb´em como planador.
As aplica¸c˜oes ideais para estes VANT s˜ao aquelas que requerem uma an´alise a ´areas geogr´aficas grandes onde o tempo que ´e necess´ario e as distˆancias envolvidas tornam
os outros formatos n˜ao vi´aveis para a fun¸c˜ao.
2.7
Sistemas de Controlo de VANT
Existem no mercado v´arios tipos de sistemas de controlo para os VANT ao n´ıvel de software, que podem ser adaptados a v´arios tipos de implementa¸c˜oes como os chamados quadcopters e tambem com o formato de avi˜ao.
No campo dos controladores Open Source destacam-se o Ardupilot e o PX4. Ambos os sistemas servem uma grande variedade de hardware sendo o Ardupilot um sistema com uma maior variedade de sistemas, n˜ao se limitando apenas a VANT.
O PX4 devido a ter uma licen¸ca de software do tipo BSD, torna-se mais atrativa para uma aplica¸c˜ao comercial, ma vez que todas as altera¸c˜oes ao software feitas para o produto n˜ao s˜ao legalmente requeridas de serem partilhadas, podendo as solu¸c˜oes mais inovadoras dos sistemas permanecerem protegidas, ao contr´ario do que acontece com o Ardupilot que requer que qualquer altera¸c˜ao ao c´odigo seja partilhada livremente devido a ter uma licen¸ca GPL.
O m´etodo mais utilizado efetivo de controlo ´e a utiliza¸c˜ao de r´adio-controlo, sendo o utilizador visualmente a controlar o VANT.
Para completar este m´etodo os utilizadores de VANTs come¸caram a usar cˆamaras que transmitem imagens para um recetor, os chamados FPV ou First Person View, na forma de um ecr˜a ou ´oculos de realidade virtual. Com este m´etodo, o utilizador consegue controlar o VANT a maiores distˆancias, aumentando assim as capacidades de alcance e a sua versatilidade.
Outro m´etodo existente de controlo ´e a pr´e-programa¸c˜ao de um percurso atrav´es de coordenadas GPS que o VANT tem que seguir uma a uma, ou a utiliza¸c˜ao de um recetor GPS que envia constantemente as suas coordenadas GPS para o VANT para que este as siga.
O m´etodo atualmente utilizado pelos VANT na esfera militar, ´e atrav´es da utiliza¸c˜ao de complexas esta¸c˜oes de controlo espalhadas pelo mundo, a partir das quais as miss˜oes efetuadas pelos VANT s˜ao controladas por operadores humanos, dada a sensibilidade das miss˜oes em causa.
Para o projeto que ´e alvo deste trabalho, foi efetuado um sistema do tipo de waypoints, no qual um conjunto de coordenadas GPS s˜ao inseridas pelo utilizador e o VANT tem que as seguir para obter o percurso pretendido.
Conclus˜ao
Neste cap´ıtulo foram abordados os fundamentos te´oricos para este trabalho como a utiliza¸c˜ao de cˆamaras multi-espetrais para a dete¸c˜ao de vegeta¸c˜ao. Outra sec¸c˜ao importante ´e a progress˜ao hist´orica destes sistemas ao longo do tempo. Este estudo tem a vantagem de perceber quais as abordagens que vingaram ao longo do tempo e tentar adapt´a-las para este projeto, alcan¸cando os objetivos de ter um sistema eficaz para recolha e an´alise de imagens de uma maneira mais r´apida no processo de execu¸c˜ao do projeto.
3
Conce¸c˜ao
Neste cap´ıtulo apresentam-se diagramas para a an´alise do funcionamento previsto do sistema, bem como a defini¸c˜ao dos pontos fundamentais para a implementa¸c˜ao deste projeto. As representa¸c˜oes de determinados produtos nos esquemas, como as referˆencias ao Raspberry Pi, podem ser substitu´ıdos por outros sistemas semelhantes, sem que seja necess´ario alterar a funcionalidade dos diagramas.