Fluxo de produção de dados geográficos para simulador de navegação marítima Projecto SIMNAV

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1 Fluxo de produção de dados geográficos para simulador de navegação marítima Projecto SIMNAV NOBRE, Ana; FÉLIX, Inês; PACHECO, Miguel PALAVRAS CHAVE: Simulador de navegação, SIG, navegação, Polaris RESUMO A Marinha Portuguesa dispõe de um simulador de Navegação e Manobra de Navios (marca POLARIS do fabricante Kongsberg) que se encontra instalado e é gerido pelo Centro de Instrução de Táctica Naval (CITAN). Este simulador tem a finalidade de apoiar o treino das unidades navais e formação de militares nas áreas da navegação e marinharia (manobras de atracação, largada, evoluções em formatura e reabastecimento no mar). Esta comunicação descreve o desenvolvimento e implementação de um fluxo de produção de informação geográfica para o simulador, desenvolvido pelo Centro de Dados Técnico Científicos do Instituto Hidrográfico (IH), cujo principal objectivo é gerar novos cenários de particular interesse para o treino. Um dos principais componentes deste simulador de navegação é uma sala onde existe uma reprodução fiel da ponte de um navio, tipo fragata, da classe Vasco da Gama, ou seja, o local a partir de onde o comandante e os oficiais controlam a navegação da plataforma, proporcionando aos militares uma preparação que lhes assegura a capacidade de actuar perante as situações da actividade operacional no mar. O sistema instalado modela e simula diversas condições de tempo, evolução de plataformas (navios, aeronaves e outros) possíveis, através de animações em linha geradas por computador, a partir de uma base de dados geográfica. Presentemente o simulador carece de dados base para a construção de novos cenários. A zona do continente está coberta com informação geográfica de baixa resolução, enquanto dois portos nacionais se encontram modelados com dados de alta resolução. Com o objectivo de contornar esta limitação, o IH encontra-se a desenvolver métodos de produção de dados para a ampliação do conteúdo temático de áreas de interesse e melhoramento do nível de detalhe, dando deste modo um maior realismo visual às actividades de treino. No desenvolvimento deste projecto está a ser usado o Sistema de Informação Geográfica ArcGIS 9.1 e a extensão Site Builder 3D para a construção de cenários do terreno em formato específico, e a aplicação Multigen Creator com componentes plug-in específicos (KMSS), para afinação e integração dos cenários que correm no simulador. A informação a incluir nos cenários comporta modelos digitais de terreno, texturas, fotografias aéreas, fotografias panorâmicas e modelos individualizados de objectos conspícuos relevantes para a navegação costeira (faróis, edifícios característicos, balizas, bóias). Parte dos dados para a parte molhada podem ser importados das cartas electrónicas oficiais de navegação, também produzidas no IH. Para a execução dos primeiros testes foi considerada uma pequena área, no Concelho de Sesimbra, para a qual foi efectuada uma colecta prévia de toda a informação relevante. Os 1

2 testes efectuados permitiram verificar a compatibilidade entre os dados gerados pelas aplicações informáticas referidas e o simulador POLARIS, encontrando-se os trabalhos numa fase de ganho de eficiência processual. Após validação do conceito através do desenvolvimento completo de um protótipo de uma área portuária, será iniciada a produção de modelos para os portos mais importantes e relevantes para as actividades da Marinha. INTRODUÇÂO O presente projecto, desenvolvido no Centro de Dados do Instituto Hidrográfico, tem como objectivo apoiar o Centro de Instrução de Táctica Naval (CITAN) na aquisição de informação geo-espacial para o Simulador de Navegação e Manobra de Navios (modelo POLARIS do fabricante KONGSBERG) através do desenvolvimento e implementação de um workflow de dados. Nos países costeiros, a navegação é uma actividade com grande importância para a sua economia, representando cerca de 90% das transacções comerciais. A necessidade de formar e treinar os intervenientes numa viagem marítima deriva dos riscos associados à actividade e à resposta em tempo às ocorrências. No caso particular dos navegadores militares, existe uma preocupação acrescida no seu treino e formação, em virtude da responsabilidade que desempenham nas operações militares navais, protecção e defesa do património, no auxílio a embarcações em caso de emergência e de acidentes marinhos. Com o desenvolvimento tecnológico a Marinha Portuguesa tem vindo a adquirir alguns simuladores de navegação, tendo como finalidade apoiar o treino, formação e avaliação dos militares. É de salientar que os referidos simuladores não têm como finalidade substituir o treino a bordo, mas sim treinar as operações antes da sua realização no campo e reduzir o tempo de formação com considerável redução de custos. A utilização dos simuladores traz vantagens, nomeadamente: Uniformidade na formação; Possibilidade de treino em situações simuladas de risco e emergência (não são realizadas no mar face aos perigos que representam); Formação em todas as condições ambientais (nevoeiro, chuva) e navegação possíveis; Treino da reacção dos instruendos perante avarias no sistema (programadas pelo instrutor); Os exercícios podem ser repetidos e analisados, até à sua completa interiorização, favorecendo o ensino e a aprendizagem; Em suma, melhor formação ao nível de conhecimentos e maior ganho de experiência no treino proporcionam um aumento de segurança na navegação. Relativamente ao simulador de Navegação e Manobra de Navios, este dispõe de uma base de dados com informação geográfica da costa e margem continental portuguesa, de reduzida resolução espacial, alguns portos/zonas com maior resolução (Lisboa, Setúbal, Sesimbra e Almada). Estes dados foram inicialmente produzidos pelo fabricante do sistema e estavam incluídos nas especificações de fornecimento. Agora que o sistema está implementado, é altamente desejável ampliar as zonas disponíveis com dados de alta resolução, de modo a permitir o treino no acesso a novos portos e áreas de navegação restrita. Este interesse inclui, necessariamente, os portos dos Arquipélagos dos Açores e Madeira. 2

3 FERRAMENTAS DE SOFTWARE UTILIZADAS No desenvolvimento deste projecto estão a ser usados as seguintes aplicações: ArcGIS Desktop Sistema de Informação Geográfica (incluindo a extensão Site Builder 3D para a construção de cenários do terreno em formato específico e a extensão 3D Analyst); O sistema de Informação Geográfica ArcGIS Desktop 9.1 inclui um conjunto de aplicações integradas: o ArcMap, o ArcCatalog e o ArcToolbox. A utilização em conjunto destas três aplicações pressupõe uma série de tarefas que permite a produção de mapas, a gestão de dados, a análise geográfica, a edição de dados e o geoprocessamento. ArcView 3.2 com a extensão DEM para produção de modelos digitais de terreno no formato DEM (USGS), possível de importar para a aplicação Multigen Creator. Multigen Creator - Desenho a 3D (em conjunto com os plug-in específicos (KMSS) para afinação e integração dos cenários que correm no simulador). A ferramenta Multigen Creator é útil para a construção de cenários, a 3D, extremamente realistas. Os cenários são disponibilizados em formato OpenFlight (flt; formato standard de ficheiros 3D). Este formato é lido directamente pelo simulador de navegação POLARIS. CONSTITUIÇÃO DO SIMULADOR O simulador de Navegação e Manobra de Navios é constituído por dois núcleos, o principal localizado no CITAN e outro na Escola Naval (EN). O núcleo do CITAN é composto pelas seguintes salas: A principal que ocupa uma área circular onde são projectados os sistema visuais constituídos por nove projectores que dão uma cobertura total de 270º. No centro desta área circular encontra-se a réplica de uma ponte da fragata, classe Vasco da Gama, com toda a panóplia de equipamentos que a caracterizam, tais como Radar ARPA (Automatic Radar Plotting Aid), ECDIS (Electronic Chart Display System), mesa de cartas e equipamentos de navegação, consolas de propulsão, manobra, entre outros (Figura 1); Duas salas com representações de pontes secundárias de menores dimensões; Sala do Instrutor e Centro de Operações onde são controladas as condições meteorológicas e oceanográficas; Sala de briefing de desenvolvimento e preparação dos exercícios. O núcleo da Escola Naval é formado pelas seguintes salas: Quatro pontes secundárias; 3

4 Sala do instrutor; Sala de briefing. Figura 1 Imagens que ilustram a Sala Principal do Pólo do CITAN (cedidas pelo CITAN) METODOLOGIA DE TRABALHO UTILIZADA Inicialmente foi necessário estudar e definir um fluxo de trabalho a utilizar. Para testar a metodologia foi considerada uma pequena área, nomeadamente do concelho de Sesimbra. Desta zona apenas se dispunha de uma shapefile com dados altimétricos. As várias tarefas realizadas tiveram como objectivo, de um modo geral, a conversão desta shapefile num ficheiro em formato flt (OpenFlight) que é o formato compatível com o simulador POLARIS. As ferramentas disponíveis para este trabalho foram os softwares ArcGIS Desktop 9.1 e ArcView GIS 3.2 e o Multigen Creator. A metodologia de trabalho adoptada foi o seguinte: Em primeiro lugar, utilizou-se a aplicação ArcMap do sistema ArcGIS Desktop 9.1, com recurso à extensão 3D Analyst, para converter a shapefile com dados altimétricos, da zona de Sesimbra, num TIN (Triangular Irregular Network) (ver Figura 2). Para efeitos de utilização consequente na aplicação Multigen Creator, pode ser usado o método de geração de um TIN a partir de pontos isolados, sem recorte da costa. Figura 2 Exemplo ilustrativo da shapefile com informação da altimetria (lado esquerdo) e da sua transformação em TIN (lado direito). 4

5 Em seguida, no sistema de informação geográfica ArcView GIS 3.2, o TIN gerado foi convertido numa GRID (Figura 3). A GRID foi então exportada para o formato USGS DEM (Digital Elevation Model). Figura 3 Exemplo ilustrativo da GRID gerada a partir do TIN O ficheiro em formato DEM foi, então, importado para o software Multigen Creator. No entanto, uma vez que o referido software apenas constrói dados de terreno a partir de ficheiros em formato DED (Digital Elevation Data), foi necessário proceder à conversão do ficheiro DEM com recurso ao plugin DED Builder (Figura 4). Figura 4 PLUGIN Build DED do Multigen Creator (utilizado para construir um Ficheiro em formato DED a partir de um ficheiro em formato DEM) A partir do ficheiro DED construiu-se o terreno da zona em estudo. O qual foi gerado com base no método de triangulação Polymesh e tendo em atenção alguns factores importantes como a origem da base de dados e os níveis de detalhe (LOD) que pemitem melhorar a eficiência visual no sistema. Obteve-se assim terreno sob o formato OpenFlight (flt) (Figura 5). 5

6 Figura 5 Exemplos que ilustram o modo de geração de um ficheiro OpenFlight (lado direito) a partir de um ficheiro em formato DED Finalmente, foram adicionadas ao terreno imagens geo-referenciadas a partir de opções da textura, assim como, fotografias panorâmicas de modo a tornar o cenário o mais realista possível. Estas imagens panorâmicas foram adicionadas ao terreno sob a forma de fitas, como se pode visualizar na Figura 6. Obtendo deste modo o Modelo Digital de Terreno (MDT). Figura 6 Modelo Digital de Terreno da zona de Sesimbra Foram executados testes, no CITAN, para validação da metodologia descrita. Onde se constatou a compatibilidade entre os dados gerados e o simulador POLARIS. Actualmente os modelos digitais de terreno estão a ser construídos, directamente no software Multigen Creator, a partir de ficheiros em formato DTED (Digital Terrain Elevation Data). Uma vez que o Multigen Creator não constrói modelos digitais de terreno a partir de ficheiros DTED é necessário efectuar a conversão destes ficheiros para o formato DED (Digital Elevation Data). De seguida, o modelo digital de terreno é construído com recurso ao método de 6

7 triangulação Delaunay. A escolha deste método de triangulação teve por base uma série de testes realizados com os quatro métodos de triangulação distintos disponibilizados pelo software. Constatou-se que o método de triangulação referido produzia o melhor terreno. CONCLUSÕES Em virtude da maioria dos acidentes marítimos serem causados por erro humano torna-se indispensável o uso de tecnologias de simulação de modo a melhorar a formação e treino de oficiais. De facto, o aumento de conhecimentos e experiência perante condições de navegação, meteorológicas e oceanográficas difíceis ou perante avarias de equipamentos é fundamental para o aumento de segurança da navegação marítima. Assim, face à importância do simulador de Navegação e Manobra de Navios, tornou-se fundamental o aumento da sua operacionalidade através da criação de cenários mais realistas (constituídos por informação de maior resolução). Após a criação de um cenário referente a uma pequena zona no concelho de Sesimbra e a verificação da existência de compatibilidade entre os dados gerados e o Simulador Polaris, trabalhos futuros envolverão a produção de novos modelos para alguns portos (os considerados mais relevantes pela Marinha Portuguesa), novos modelos de navios e a adição directa de edifícios tridimensionais através da extensão SiteBuilder 3D. BIBLIOGRAFIA E REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (2005) Os Simuladores na Marinha, Revista da Armada, nº 384; DE68?OpenDocument Instituto Hidrográfico Rua das Trinas, LISBOA Tel: (+ 351) Fax: (+ 351) bessa.pacheco@hidrografico.pt 7