FlightRoutes: aplicativo para geração de rotas georreferenciadas para VANTs

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1 FlightRoutes: aplicativo para geração de rotas georreferenciadas para VANTs Jaqson Dalbosco 1, Willingthon Pavan 1, José Maurício Fernandes 2, Isaías Santoro Moretto 1, Vinícius Andrei Cerbaro 1, Rafael Rieder 1 jaqson@upf.br, pavan@upf.br, mauricio@cnpt.embrapa.br, isamoretto@gmail.com, contato@cerbaro.net, rieder@upf.br 1 UPF, Instituto de Ciências Exatas e Geociências, Passo Fundo, RS, Brasil; 2 Embrapa Trigo, Rodovia BR 285, km 294, Passo Fundo, RS, Brasil. Abstract. This paper presents an application to generate geo-referenced routes in mobile devices for use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in Agriculture. The application enables creating routes from geographical points, and allows defining actions to be executed during the flight, such as image and video capturing and temperature and humidity reading. Default routes aim to increase autonomy of UAVs, without the use of remote control, allowing using them, for example, in crop monitoring and plant disease control. Therefore, this paper shows the main features of the application, how routes can be created and transferred to a UAV, its contributions and its applicability in Agriculture. Resumo. Este artigo apresenta um aplicativo de geração de rotas georreferenciadas em dispositivos móveis, para uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) na Agricultura. O aplicativo possibilita criar rotas a partir de pontos geográficos, e permite definir ações a serem executadas durante o voo, como a captura de imagens e vídeos e leitura da temperatura e umidade. As rotas predefinidas têm por objetivo tornar os VANTs autônomos, sem a necessidade de controle remoto, permitindo utilizá-los, por exemplo, no monitoramento de culturas e no controle de doenças em plantas. Para tanto, este trabalho mostra as principais funcionalidades do aplicativo, a forma como as rotas podem ser criadas e transferidas para um VANT, suas contribuições e sua aplicabilidade na área agrícola. 1. Introdução O uso de VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) tem gerado novas possibilidades para o desenvolvimento de soluções em diversas áreas. Esses equipamentos podem ser vistos como brinquedos por muitas pessoas, entretanto, se integrados com outras tecnologias de comunicação, localização e computação, podem ter sua aplicação ampliada, propiciando novas possibilidades para a criação de soluções inovadoras. Um exemplo é o IBAMA (Instituto Brasileiro do Meio Ambiente), que tem usado VANT s no controle do desmatamento, fotografando lugares específicos. Do mesmo modo, a polícia do Rio de Janeiro os utiliza para controlar as favelas, com câmeras capazes de visualizar

2 informações até mesmo de um crachá, lendo sensores, coletando informações e enviando-as diretamente à equipe (Marques, 2010). O uso de dispositivos móveis como smartphones e tablets, pode ser um grande aliado ao desenvolvimento de soluções para VANTs, pois permitem trabalhar com dados georreferenciados, viabilizando a criação de rotas para as aeronaves. Visualiza-se no uso integrado de dispositivos móveis e VANTs, a possibilidade de criar soluções inovadoras, que podem ser aplicadas em diversas áreas, tais como: segurança, agricultura, ambiental, filmagens, entre outras. Este artigo tem por objetivo apresentar um aplicativo de geração de rotas georreferenciadas, para uso de VANTs na captura de dados em áreas agrícolas. Uma rota georeferenciada e o uso de sistemas de localização por satélite, permite dar autonomia a esses equipamentos, para que possam percorrer percursos e realizar ações programadas a partir de um dispositivo móvel, o que amplia as possibilidades de aplicação desses equipamentos, podendo contribuir para captura de dados, monitoramento de culturas, controle e previsão de doenças. A próxima seção apresenta uma breve contextualização sobre VANT, identificando suas principais características e recursos que proporcionam novas possibilidades para o desenvolvimento de soluções, assim como, as contribuições e sua aplicabilidade na área agrícola. Em seguida, é apresentada uma breve descrição sobre as principais tecnologias que foram utilizadas para o desenvolvimento do aplicativo. As características e funcionalidades do aplicativo também são descritas. Por fim, são apresentadas as considerações finais. 2. VANTs - Veículos Aéreos Não Tripulados O termo VANT, é usado para descrever todo e qualquer tipo de aeronave que não necessita de um piloto embarcado para ser guiada, sendo guiada a distância por meios eletrônicos e computacionais. O termo drone também tem sido aplicado, principalmente nos Estados Unidos (Longhitano, 2010). Inicialmente os VANTs foram idealizados para fins militares, ultimamente essa tecnologia vem sendo utilizada também para outras atividades. Essas atividades podem ser um patrulhamento urbano, costeiro, ambiental, fronteiras, atividades de busca e resgate, agricultura, entre outras. Se forem equipados com equipamentos de transmissão de dados, são capazes de transmitir dados em tempo real. Existem vários modelos dessas aeronaves, um deles é o quadricóptero, que têm a possibilidade de ser configurado conforme a necessidade do uso, podendo adicionar diferentes hardwares, câmeras de alta definição, sensores e GPS (Global Positioning System). Tecnologias como esta, agregadas ao uso de recursos computacionais recentes, baseados em mobilidade e comunicação, geram novas possibilidades para o desenvolvimento de soluções, proporcionando aos VANTs, a possibilidade de realizar rotas programadas, capturar dados sobre a rota, transmitir esses dados por uma rede e realizar operações de forma integrada com outros aplicativos e servidores com alto poder de processamento. O monitoramento e a detecção automática de formas de interesse, referentes ao aparecimento de doenças em áreas de cultivo, é um exemplo de aplicabilidade deste tipo de

3 solução. Neste contexto, um VANT com uma câmera acoplada, por exemplo, pode receber a rota estabelecida e, durante seu deslocamento, capturar e enviar imagens em tempo real para uma estação de monitoramento, sem a intervenção do usuário. Ainda no sentido de monitoramento de doenças, VANTs com rotas pré-definidas podem agregar sensores de temperatura e umidade e, durante um percurso, ativarem esses sensores em determinados pontos. Também podem ser acoplados leitores de sensores instalados em campo, possibilitando o monitoramento de microclimas para culturas específicas. Com coletores de esporos acoplados, de forma autônoma, o dispositivo pode fazer a coleta de material para posterior análise da aerobiologia de fungos. As informações geradas e transmitidas pelo equipamento podem permitir a geração de mapas para verificar a propagação de doenças no campo, por exemplo. 3. Principais tecnologias Dentre as principais tecnologias que foram utilizadas para o desenvolvimento do aplicativo podese destacar o Android e o Google Maps. O Android é um sistema operacional para dispositivos móveis, que oferece uma plataforma de desenvolvimento de aplicativos bastante poderosa, inovadora e flexível. O Android pode ser considerado a primeira plataforma móvel aberta e livre, desenvolvida utilizando o Linux (Android, 2013). Os serviços de localização também são relevante para este trabalho, pois vêm sendo cada vez mais utilizados nos dispositivos móveis. Um dos serviços mais utilizados é o GPS, usados em aplicações que exibem o percurso a ser realizado pelo usuário de um destino a outro, ou na visualização de locais no mapa terrestre. O serviço também permite buscar a localização geográfica do dispositivo móvel, que, juntamente com o Google Maps, apresenta o ponto no mapa terrestre respectivo a posição geográfica em que se encontra o dispositivo, assim como a visualização de outros pontos no mapa e interação com o mesmo. O Google Maps é um serviço utilizado no mundo inteiro, devido às suas funcionalidades e às suas facilidades de acesso ao usuário (Ettore, 2010). O Google Maps disponibiliza alguns modos de visualização como Mapa, Satélite, Terreno, Google Street (Haslinger, 2009 e Rabello, 2009). Esse recurso foi essencial para interagir com os mapas na aplicação. Os mapas são representados pelo componente MapView e visualizado através do componente MapActivity. Com esses dois componentes, além de visualizar o mapa, foi possível navegar e alterar o nível de zoom. O componente MapController possibilitou marcar o zoom, centralizar o mapa a uma determinada posição geográfica, ou até mesmo lançar uma animação no mapa, deslocando-se de uma posição para outra posição geográfica. 4. Aplicativo para geração de rotas O aplicativo permite gerar rotas e configurar ações a serem realizadas durante o percurso, assim como, enviar esses dados para o VANT executar. O usuário pode utilizar um dispositivo móvel (smartphone ou tablet) para criar rotas a qualquer momento, em qualquer lugar e transferi-las para o VANT. Suas principais funcionalidades são: a) criação de uma rota; b) configurar ações para ponto específicos da rota; c) enviar um arquivo com a rota e ações diretamente para um VANT. A rota gerada pelo aplicativo, consiste em um arquivo com coordenadas que, utilizando

4 GPS, determinarão o deslocamento a ser realizado pelo VANT. Juntamente com as informações da rota, estarão as informações sobre as ações que o VANT irá executar durante o percurso. A rota criada pelo usuário é representada no Google Maps por pontos georreferenciados. Os pontos são adicionados no mapa através do toque na tela do dispositivo. Para enviar o arquivo com a rota configurada pode-se utilizar diferentes formas de conectividade, desde que suportadas pelo dispositivo móvel e pelo VANT, como wireless e bluetooth. Ao iniciar o aplicativo, na tela inicial, a opção de gerar rota é apresentada. A figura 1 ilustra a tela principal e o fluxo a ser executado pelo usuário para gerar uma rota e configurar as ações a serem executadas. Figura 1. Tela inicial e fluxo para a criação da rota A tela inicial do fluxo de cadastro da rota é a lista das rotas já cadastradas. Nesta lista existem algumas funcionalidades que são disponibilizadas ao tocar em uma linha, são elas: editar, deletar e enviar arquivo da rota. Ainda na tela da lista está disponível um botão para criar nova rota, que inicia o processo de criação de rotas. Ao iniciar o cadastro da uma nova rota, é informado o nome da rota. Em seguida é apresentada a tela de configuração de voo, onde é informada a velocidade e a altura do voo. A próxima tela para o cadastro apresenta o mapa do Google Maps, onde é criada a rota visualmente, definindo os pontos por onde o VANT deverá se deslocar. A tela do mapa é inicializada com um ponto de acordo com a localização do dispositivo móvel, onde inicia o percurso. A partir deste ponto, em cada toque na tela será adicionado um ponto no mapa, que será automaticamente ligado por uma linha ao ponto anterior, sendo a sequência dos pontos, a rota a ser percorrida.

5 Nesta etapa também é realizada a configuração das ações que podem ser configuradas para cada ponto. Os pontos da rota podem conter ações ou não, no caso de o ponto não possuir uma ação cadastrada, será representada por um marcador vermelho. No caso do ponto ter uma ação, é representado por um marcador verde, juntamente com um ícone que representa a ação configurada naquela coordenada. Para adicionar uma ação, é preciso clicar sobre um ponto, a ferramenta abrirá uma caixa de diálogo com as ações pré-definidas na ferramenta e que podem ser adicionadas a rota. É possível visualizar no diálogo a identificação do ponto que irá ser configurado. Em seguida são apresentadas as ações que podem ser definidas, como captura de imagens, vídeos, leitura de sensores ou ativação de coletores de esporos. Também são habilitados determinados campos conforme a ação selecionada pelo usuário. Esses campos servem para definir características específicas de cada tipo de ação a ser executada, como a quantidade de fotos, caso a ação for para captura de imagens, tempo de gravação do vídeo, caso a ação for vídeo. Para ações para uso de coletores, pode ser configurado o tempo em que o coletor permanecerá aberto, ou deixá-lo aberto de um ponto até o próximo ponto. Para leitura de dados de sensores, é possível definir o tempo e quantidade de leituras a serem realizadas. Com a rota criada e as ações definidas, pode ser gerado um arquivo com os dados da rota e realizado o envio diretamente ao VANT executar. A figura 2 ilustra alguns dos passos executados no aplicativo durante a criação da rota e configuração das ações. Figura 2. Configuração de voo, rota e definição de ações Com o arquivo da rota e ações recebidas pelo software do VANT, é possível o deslocamento autônomo do equipamento, utilizando as informações georreferenciadas da rota e um receptor de GPS embarcado, possibilitando cobrir distâncias maiores e de difícil acesso. O quadricóptero possui capacidade de carga que suporta acoplar diversos equipamentos, sensores,

6 coletores, câmeras de alta definição e receptores GPS de alta precisão, podendo ser configurado dependendo das necessidades da aplicação em que será utilizado. 5. Considerações Finais O aplicativo desenvolvido permite criar e gerenciar rotas georreferenciadas utilizando dispositivos móveis. Para validar o aplicativo, além de simuladores foram utilizados smartphones e tablets com Android, onde foram criadas rotas e configuradas ações. A transferência da rota foi testada usando a tecnologia Bluetooth. O arquivo foi gerado transferido com sucesso entre os dispositivos, permitindo que um software embarcado no VANT, possa utilizar os dados para executar o percurso e as ações configuradas. Para o desenvolvimento foram usadas várias tecnologias. O Android, recursos de GPS, o Google Maps e a tecnologia Bluetooth foram fundamentais para obter as funcionalidades desejadas. O Android forneceu os recursos necessários para o desenvolvimento do aplicativo. O Google Maps possibilitou criar a rota georreferenciada diretamente sobre o mapa. O GPS possibilitou obter a localização do dispositivo no mapa para a definição visual das rotas. Com uso de Bluetooth, o arquivo gerado da rota pode ser enviado diretamente ao VANT. O aplicativo desenvolvido pode ser utilizado em qualquer dispositivo móvel (smartphone ou tablet), rodando um sistema operacional Android. Os resultados obtidos com os testes realizados, demonstraram que o aplicativo atende aos objetivos estabelecidos, permitindo a criação de rotas com a definição do percurso e de ações a serem executados por um VANT autônomo, assim como, transferir estas informações para um VANT executar, contribuindo para viabilizar o uso desses equipamentos na geração de novas soluções na área agrícola, principalmente na coleta de dados em campo, monitoramento e controle de doenças, sendo útil para diferentes necessidades, podendo também ser utilizado para aplicações em outras áreas. 6. Referências Bibliográficas Android. Postal Android. Disponível em portalandroid.org. Acesso em 05 de Abril de Ettore, L. Usando o Google Maps e GPS no Android. Disponível em Acesso em 21 de Setembro de Haslinger, M. C. Protótipo para localização de pontos de referência na cidade de Chapecó utilizando Google Android e Google Maps. Chapecó, Santa Catarina, Brasil, Longhitano, George Alfredo. VANTs para sensoriamento remoto: aplicabilidade na avaliação e monitoramento de impactos ambientais causados por acidentes com cargas perigosas. São Paulo, p. Marques, M. Chips para salvar a Amazônia. Info Exame Rabello, R. R. Android: Um novo paradigma de desenvolvimento móvel. Revista WebMobile. 18 Ed