Drones / VANT e sua utilização na mineração

Veículos aéreos não tripulados – VANT, ou UAV, termo inglês para Unmanned Aerial Vehicle, são usados para descrever aeronaves que não necessitam de pilotos a bordo para executar voo. Outro termo bastante difundido, originado nos Estados Unidos, “drone” é utilizado para caracterizar qualquer objeto voador não tripulado, no entanto, como não há uma definição formal para o termo, a nova regulamentação da Agência Nacional de Aviação Civil utiliza a nomenclatura: aeromodelos (drones usa­dos para fins recreativos) e aeronaves remotamente pilotadas RPA (drones utilizados para operações co­merciais, corporativas ou experimentais de “aeromodelos” e “aeronaves remotamente pilotadas”). O que diferencia essas duas categorias de drones é a sua finalidade:

• Aeromodelo -> É toda aeronave não tripulada com finalidade de recreação.
• Aeronave Remotamente Pilotada (RPA) -> É uma aeronave não tripulada pilotada a partir de uma estação de controle re­moto que tenha qualquer outra finalidade que não seja recreativa, tais como comer­cial, corporativa e experimental.

Os veículos aéreos não-tripulados (VANTs), apresentam-se como uma ótima ferramenta para obtenção de imagens aéreas de baixa altitude. Além disso, constituem uma alternativa para criação de modelos tridimensionais através da fotogrametria (Eisenbeiß, 2009). As suas utilidades vem sendo amplamente pesquisadas na última década, dentre as principais aplicações estão a agricultura, mineração, engenharia civil e ambiental (Remondino et al, 2011; Siebert & Teizer, 2014; Thamm & Judex, 2006).

Há ainda o termo RPAS, que nada mais é do que um sistema de RPA. Em outras palavras, RPAS envolvem todos os recursos do sistema que fazem um VANT voar: a estação de pilotagem remota, o link ou enlace de comando que possibilita o controle da aeronave, equipamentos de apoio, etc. Ao conjunto de todos os componentes que envolvem o voo de uma RPA é utilizado o nome de RPAS (Remotely Piloted Aircraft Systems).

Para Eisenbeiss (2009), os VANTs apresentam certas vantagens quando comparados a outras ferramentas de aquisição de imagens. São exemplos de benefícios de utilização desta ferramenta:

• O custo, que depende da área a ser coberta;
• A capacidade e habilidade de obter as imagens e vídeos e enviá-las simultaneamente à estação de controle para serem tratados.

O tamanho das aeronaves não tripuladas pode variar de centímetros, até apresentar muitos metros, assemelhando-se a aviões tripulados. Na falta de normas internacionalmente aceitas, cada país ou conjunto de países, desenvolve suas próprias regras para agrupar os VANT’s em diversas categorias, o que resulta em inúmeros tipos de classificações. Uma forma de classificação dessas aeronaves para usos civis é a proposta por Blyenburgh (2009), que considera características como peso, altura de voo, raio ou alcance e autonomia do voo para categorizar as aeronaves. Classificação similar a utilizada pela UVS International (Associação Internacional de VANT’s), que também combina variáveis como alcance, altura de voo, autonomia em horas e peso para agrupar os VANT’s em categorias como, por exemplo, do tipo Mini – baixa altitude e autonomia, para sistemas com alcance menor que 10 km e autonomia inferior a 2 horas; MRE (Medium Range Endurance), para alcance acima de 500 km e autonomia de 10 a 18 horas; MALE (Medium Altitude Long Endurance), com altitude de 5/8.000 m e autonomia de 24 a 48 horas; e HALE (High Altitude Long Endurance), para sistemas com altitude de 20.000 metros e autonomia de 24 a 48 horas (Blyenburgh, 2010).

No Brasil, além dessa classificação, é comum dividir-se as categorias de VANTs em três grupos: Pequeno, Médio e Grande porte. Dessa divisão podem resultar diferentes classificações, já que um mesmo VANT pode ser enquadrado em diferentes categorias, dependendo da variável considerada. A depender da adequação, o sistema pode ser considerado como Tático ou Estratégico.

As plataformas de VANT – Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) estão se tornando cada vez mais capazes de transportar cargas úteis (payloads) mais pesadas e de voar distâncias mais longas, na medida em que as cargas úteis (câmeras, detectores, etc.) tornam-se menores e mais leves. Esses dois desenvolvimentos complementares acelerarão o crescimento da indústria de VANTs ao longo da próxima década.

A aplicação de tecnologias de drones nos negócios já existentes permite que as empresas criem novas áreas de negócios e simplifiquem os processos comerciais já existentes. Os drones podem reduzir a exposição humana a tarefas longas, monótonas, sujas ou perigosas, bem como proporcionar possíveis economias financeiras e benefícios ambientais (redução do consumo de combustível, menos emissões de CO2).

Tipos de Drones

É possível encontrar no mercado diversos tipos de drones à venda com diferentes finalidades, seja para o uso profissional ou para entretenimento. Os mais conhecidos são:

Quadricópteros

Esse modelo possui 4 hélices, certamente o mais conhecido e utilizado pelo público em geral. Pode ser controlado por smatphone com plataforma android e IoS. É encontrando em uma enorme variedade de modelos, tamanhos e preços mas o mais popular é o Phantom da empresa DJI, que inclui câmera acoplada.

AR Drone

O mercado ainda oferece um modelo de drone que faz exatamente o mesmo do que o citado acima, mas com um design pouco mais despojado. O Ar Drone também pode ser acionado por smartphones de plataforma Android e iOS.

Hexa e Octocópteros

Possuindo respectivamente 6 e 8 hélices, esses modelos são mais utilizados para fins profissionais. São equipamentos mais robustos, com maior estabilitade, capacidade de carga e até redundância de motores.

Mini Drones

São bem pequenos, do tamanho de um chaveiro, usados exclusivamente como um hobby e diversão. Esses modelos podem ser comercializados a preços inferiores quando comparados aos demais, alguns na faixa de 300 dólares.

Asa Fixa

Os drones de asa fixa tem formato de avião e são utilizados para finalidades mais específicas, como monitoração e medição de grandes áreas. Normalmente contam com câmeras, sensores térmicos e infra-vermelhos. Seu custo é bem elevado podendo chegar a R$ 200.000,00.

Drones Híbridos

Drones Híbridos, combina o melhor dos dois anteriores, as longas distâncias percorrido por aeronaves com asa fixa e a estabilidade e possibilidade de decolar na vertical dos multicóopteros (drones com asa rotativa/hélices).

Em relação a utilização, os drones de asa rotativa dominam o mercado com uma participação de 77%. Os drones de asa fixa têm 21%, uma vez que a sua base de clientes é menor e têm um preço mais elevado, e os drones híbridos (mistos) são um conceito inovador, mas ainda com baixo número de unidades no mercado.

Histórico 

O primeiro emprego conhecido de veículos aéreos não tripulados (VANT) ocorreu em 22 de agosto de 1849 quando o exército austríaco atacou a cidade de Veneza usando balões carregados de explosivos. Desde então, por questões de custo e complexidade, até poucos anos atrás essas plataformas eram tradicionalmente desenvolvidas e adquiridas para emprego militar. As bombas voadoras V1, utilizadas pelos alemães na Segunda Guerra Mundial para atacar alvos a grandes distâncias sem colocar em risco seus pilotos, foram os VANT de sucesso, embora ainda não fossem conhecidos por esse nome.

Continuaram sendo empregados em diversos outros conflitos que se sucederam, porém, foi na Segunda Guerra do Golfo, iniciada em 2003, que se tornaram mais conhecidos pelo público em geral ao serem usados em grande escala pelas forças norte-americanas para o monitoramento de inimigos, designação de alvos e até lançamento de armamentos guiados. A partir desse conflito, diversas nações passaram a ter interesse em adquirir e desenvolver plataformas desse tipo para emprego militar.

Os VANTs foram utilizados comercialmente pela primeira vez no Japão no início da década de 1980, quando os helicópteros não tripulados provaram ser uma maneira eficiente de complementar os helicópteros pilotados para pulverizar campos de arroz com pesticidas. Naquela época, a tecnologia de aeronaves remotas era cara e complicada, mas as taxas de adoção ultrapassaram 20% anualmente.

O mercado civil de VANT surge no Brasil em meados da década de 90, impulsionado por empresas criadas por pesquisadores universitários, que uniram suas paixões por aeromodelos aos avanços dos sensores óticos digitais, eletrônica de controle e sistemas de comunicação, que permitiram agregar às suas pequenas plataformas capacidades suficientes para o seu emprego comercial. Inicialmente, apenas as plataformas de asa fixa foram exploradas e ganharam diversas melhorias, passando de câmeras simples para unidades de análise de espectro e calor nos modelos mais completos, empregados na agropecuária e mineração.

O primeiro projeto de VANT no Brasil foi desenvolvido em 1984 pelo Centro Técnico Aeroespacial (CTA), denominado de projeto Acauã. A aeronave não-tripulada e rádio-controlada tinha como objetivos aplicações militares e civis, como auxiliar estudos ambientais e na inspeção de dutos de gás e óleo, por exemplo. O veículo de 5,1m de envergadura tinha a capacidade de alcançar uma velocidade de voo de cruzeiro de até 100m/h e transportar carga de 14kg.

Regulamentação

A Diretoria Colegiada da ANAC aprovou no dia 02 de maio de 2017 o regulamento especial para utilização de aeronaves não tripuladas, que tem por objetivo tornar viáveis as operações desses equipamentos, preservando-se a segurança das pessoas. As operações de aeronaves não tripuladas (de uso recreativo, corporativo, comercial ou experimental) devem seguir as novas regras da ANAC, que são complementares aos normativos de ou­tros órgãos públicos como o Departamento de Controle do Espaço Aéreo (DECEA) e da Agência Nacional de Telecomunicações (ANATEL).

Pela regra geral, os drones com mais de 250g só poderão voar em áreas distantes de terceiros (no míni­mo 30 metros horizontais), sob total responsabilidade do piloto operador e conforme regras de utilização do espaço aéreo do DECEA. Caso exista uma barreira de proteção entre o equipamento e as pessoas a distância especificada não precisa ser observada.

Para voar com drones com mais de 250g perto de pessoas é necessário que elas concordem previa­mente com a operação.

Idade mínima para pilotagem

Para pilotar aeronaves não tripuladas RPA, os pilotos remotos e observadores (que auxiliam o piloto remoto sem operar o equipamento) devem ter no mínimo 18 anos. Para pilotar aeromodelos não há limite mínimo de idade.

Cadastro

O cadastro dos drones (aeromodelos ou RPA Classe 3) com peso máximo de decolagem superior a 250g é obrigatório e deve ser feito pelo Sistema de Aeronaves Não Tripuladas (SISANT) da ANAC pelo en­dereço sistemas.anac.gov.br/sisant. O número de identificação gerado na certidão de cadastro deve estar acessível na aeronave ou em local que possa ser facilmente acessado, de forma legível e produzido em material não inflamável.

Registro de voos

Os voos com aeromodelo e RPA Classe 3 não precisam ser registrados. Voos com as demais aeronaves não tripuladas devem ser registrados.

Licença, Habilitação e Certificado Médico Aeronáutico

Operadores de aeromodelos e de aeronaves RPA de até 250g são considerados licenciados, sem neces­sidade de possuir documento emitido pela ANAC desde que não pretendam usar equipamento para voos acima de 400 pés.

Serão obrigatórias licença e habilitação emitidas pela ANAC apenas para pilotos de operações com aeronaves não tripuladas RPA das classes 1 (peso máximo de decolagem de mais de 150 kg) ou 2 (mais de 25 kg e até 150 kg) ou da classe 3 (até 25 Kg) que pretendam voar acima de 400 pés.

Pilotos remotos de aeronaves não tripuladas RPA das classes 1 (mais de 150 kg) e 2 (mais de 25 kg e até 150 kg) deverão possuir ainda o Certificado Médico Aeronáutico (CMA) emitido pela ANAC ou o CMA de terceira classe do DECEA.

Documentos obrigatórios durante as operações

Nas operações realizadas com aeronaves não tripuladas (aeromodelos e RPA) com peso máximo de decolagem superior a 250g, os operadores deverão portar o manual de voo, documento de avaliação de risco e apólice de seguro. Mais documentos poderão ser necessários de acordo com outros órgãos competentes.

Seguro

É obrigatório possuir seguro com cobertura contra danos a terceiros nas ope­rações de aeronaves não tripuladas de uso não recreativo acima de 250g (exceto as operações de aeronaves pertencentes a entidades controladas pelo Estado).

Transporte de cargas

Não podem ser transportados pessoas, animais, artigos perigosos e outras cargas proibidas por autoridades competentes. Artigos perigosos poderão ser transportados quando destinados a lançamentos relacionados a atividades de agricultura, horticultura, florestais ou outras definidas pelo novo regulamento. Poderão ser transportados equipamentos eletrônicos que contenham baterias de lítio necessárias para seu funcionamento, desde que sejam destinadas para uso durante o voo, tais como câmeras fotográficas, filmadoras, computadores etc. Artigos perigosos requeridos para operação do equipamento também po­derão ser transportados.

Locais de pousos e decolagens de drones

Pousos e decolagens também podem ser feitos em áreas distantes de terceiros desde que não haja proibição de operação no local escolhido. A operação de aeronaves não tripuladas em aeródromos só pode ocorrer se for expressamente autorizada pelo operador aeroportuário, podendo a ANAC estabelecer condições específicas.

Fiscalização

Os órgãos de segurança pública farão a fiscalização de drones no dia-a-dia. Casos de infrações configuradas como contravenção penal ou crime serão tratados por esses ór­gãos. Por parte da ANAC, a fiscalização será incluída no programa de vigilância conti­nuada e as denúncias recebidas serão apuradas administrativamente de acordo com as sanções previstas no Código Brasileiro de Aeronáutica (Lei nº 7.565/86). Outros órgãos farão a fiscalização de acordo com os aspectos relacionados às suas com­petências, como utilização do espaço aéreo (DECEA) e de radiofrequência (ANATEL).

O Espaço Aéreo Brasileiro é dividido em cinco regiões controladas pelos Centros Integrados de Defesa Aérea e Controle de Tráfego Aéreo (CINDACTA). A solicitação para autorização de voo para o RPA deve ser encaminhada com 30 dias de antecedência ao órgão regional responsável pela área de jurisdição a ser voada.

As regras para o voo são estabelecidas na Instrução do Comando da Aeronáutica (ICA 100-40), cujos aspectos básicos são:

• Peso máximo de decolagem;
• Até 2 kg;
• De 2 kg a 25 kg; e
• Acima de 25 kg.
• Canal de contato com o órgão de controle do tráfego aéreo;
• Afastamento de aerovias e aeródromos;
• Operação diurna;
• Proibição de sobrevoo de áreas povoadas ou aglomeração de pessoas;

 

 

APLICAÇÃO NA MINERAÇÃO

 

Em minas a céu aberto, são identificadas três principais áreas para a utilização de drones na mineração:

• planejamento e coleta de dados para geração de relatórios;
• suporte para extração;
• e proteção ambiental.

O uso de drones na mineração vai desde o mapeamento da área até a gestão das operações. São comumente utilizados para gerar dados de fotogrametria, no entanto podem também ser equipados com sensor hiperespectral e ser utilizados para o mapeamento geológico.

Esta tecnologia possibilita o fornecimento de dados para que sejam calculados os recursos disponíveis ou para que sejam feitas análises do solo. Drones também podem ser utilizados para a detecção precoce de irregularidades e ameaças.

Ao criar um modelo digital de uma mina, a mineradora pode mapear problemas em sua estrutura, como deslizamentos de terra ou erosões, melhorando a segurança e diminuindo custos de controle do processo.

Minas a céu aberto geralmente estendem-se por vários quilômetros quadrados, o que se traduz em rotas longas para veículos terrestres. Nesses casos, drones podem ser usados para mapear a área mais rapidamente, otimizar rotas de transporte de carga e fornecer informações precisas. Assim, sua utilização torna possível fornecer dados geotécnicos e hidrológicos; auxiliar na construção de estradas e vias de circulação para cargas e resíduos sólidos; e monitorar a estabilidade da superfície.

De forma rápida e eficiente, os drones também são capazes de acompanhar as mudanças na vegetação e procurar defeitos na infraestrutura de mineração que podem causar danos ao meio ambiente.

Além disso, os drones são mais versáteis e possuem um maior custo benefício em relação aos helicópteros ou aviões tripulados, são mais rápidos, mais fáceis de operar e emitem menos poluentes comparado aos veículos de mineração.

Vantagens

Na indústria de mineração, os drones podem substituir as pessoas em trabalhos perigosos e monótonos. Além disso, são mais econômicos e versáteis do que helicópteros; também são mais rápidos, mais fáceis de navegar, emitem menos poluição do que veículos de mineração. Têm uma grande variedade de usos em minas a céu aberto: mapeamento de área, otimização de rotas de extração, informações de controle, comunicações, gestão de áreas de mina e despejo, transporte de ferramentas e peças de reposição, monitoramento de possíveis estragos provocados por tempestades, fornecimento de dados geotécnicos e hidrológicos, etc.

Exploração: As aplicações de drones na exploração de mineração abrangem desde o fornecimento de dados permitindo o cálculo de recursos, passando pelo mapeamento de uma área de mineração, até gestão. Os VANTs podem ser equipados com recursos especiais para fornecer peças de reposição ou coletar amostras de solo para análise de depósito.

Meio ambiente: Os drones são capazes de detectar erosão, controlar alterações na vegetação e procurar por defeitos na infraestrutura de mineração que poderiam pôr em risco o meio ambiente, mais facilmente e definitivamente mais rápido do que pessoas a pé ou aeronaves tripuladas seriam capazes.

Envio de informações: Os drones também podem ser usados para monitorar o processo de produção na mineração a céu aberto, e para a detecção precoce de desvios e ameaças, diminuindo os custos de controle dos processos. A detecção precoce de irregularidades e a correta avaliação do poço a céu aberto permitem uma rápida resposta e um melhor planejamento do trabalho.

Crescente demanda de dados de alta qualidade: Aplicar análise geoespacial e fotogrametria dá às empresas acesso a informações valiosas a respeito de topografia, hidrografia, estrutura da vegetação, tipos de solo, urbanização e outras características para melhorar as suas operações comerciais. No entanto, imagens aéreas coletadas da maneira tradicional ainda são muito caras e podem não fornecer o nível de detalhe necessário. Os drones são muito mais econômicos e garantem dados de alta qualidade, tornando-se concorrentes diretos com a aviação tripulada e os satélites.

Melhor processamento de dados e acessibilidade: Os dados adquiridos durante as operações dos drones têm que ser processados a fim de fornecer valor substancial para as empresas. A acessibilidade de dados será um dos principais impulsionadores de uma maior adoção das tecnologias dos drones em processos comerciais, uma vez que os clientes esperam que os dados estejam disponíveis em cada tipo de dispositivo (móvel ou desktop), a qualquer hora, em qualquer lugar do mundo. Isto também está relacionado com a tendência de simplificar e automatizar o uso de drones, desenvolver sistemas de controle de voo autônomo e permitir o controle através de dispositivos móveis, como smartphones ou tablets.

Desvantagens 

Questões de privacidade

Quando os operadores de drones realizam voos sobre certos tipos de locais, eles coletam grandes quantidades de dados, às vezes incluindo informações confidenciais sobre propriedade particular ou comportamento privado. Devido a uma definição muito ampla de dados pessoais, não está claro como as empresas devem armazenar esses dados, que tipos de dados não devem ser coletados, ou como as pessoas físicas e jurídicas podem defender os seus direitos de privacidade. No entanto, este é um problema mais amplo, relativo não só a soluções equipadas com drones, mas também a serviços de internet e telecomunicações. Diversas autoridades nacionais têm trabalhado nessa questão, mas até agora poucas coisas mudaram. O crescimento do mercado aumenta a pressão para regular esta área, mas levará tempo para preparar e aprovar uma legislação adequada.

Disponibilidade de cobertura de seguro

Na maioria dos países, os usuários de aeronaves são obrigados, pelos órgãos reguladores, a contratar seguro para cumprir as suas responsabilidades em caso de acidente. As leis sobre os operadores de VANTs ainda estão evoluindo, e o seguro se tornará parte do complexo quadro regulamentar. Perdas físicas ocasionadas por acidentes incluem a perda do próprio drone, do equipamento carregado pelo drone e as estações em terra, e responsabilidade civil diz respeito a possíveis danos ou lesões a terceiros.

Modelos

O pegasus, um dos mais interessantes VANTS para sensoriamento remoto, desenvolvido pelo VITO – flemish institute for technological research, projetado para utilizar energia solar, foi desenvolvido para funcionar continuamente durante meses e atingir até 20km de altitude. É capaz de cobrir grandes áreas (até 125 000km² por verão).

A Flight Solutions é uma empresa nacional especializada em desenvolvimento de VANTs, como o FS-01, um tático de médio alcance (70km) com capacidade de carga útil de 10kg, 2,80m de comprimento, 4,30m de envergadura, autonomia de 2h, altura máxima de voo é de cerca de 7mil metros. Pode operar de forma autônoma em voo e rádio assistido para decolagem e pouso.

O VANT Hermes 450 desenvolvido pela Elbit Systems, companhia israelense, está no Brasil desde dezembro de 2009 quando inciou os testes pela Força Aérea Brasileira. O equipamento mede 10m de comprimento e seis de envergadura, voa a 110 quilômetros por hora e pode atingir cerca de cinco mil metros de altitude, com autonomia de mais de 15 horas em voo.

Curiosidades

Atualmente diversas empresas desenvolvem VANTs com viés para mineração. Ressalta-se que cada tipo de aeronave possui características distintas. Isso justifica uma análise prévia de competência da organização que vislumbre inserir esta ferramenta no seu processo de fiscalização. Deste modo, a seleção do tipo de VANT deverá ser embasada no estudo preliminar e se recomenda considerar os seguintes aspectos:

• Fazer levantamento das opções de aeronaves disponíveis no mercado que possam ser utilizadas na fiscalização mineral;
• Escolher o VANT de acordo com suas características e a especificidade do processo de fiscalização a ser realizado;
• Atentar às características da autonomia de voo da aeronave; altura do vôo; distância do vôo; velocidade aeronave; forma de decolagem e pouso; peso; capacidade da câmera; forma que aeronave é movida, além das restrições de voo da plataforma analisada;
• Não escolher aeronave com características muito além do que as necessárias para o tipo de fiscalização desenvolvida na organização. Assim os custos do projeto serão reduzidos;
• Atentar aos custos de peças de reposição e manutenção da aeronave. Peças de reposição com custos elevados, e um processo de manutenção difícil de ser executado refletirão no aumento de custos do projeto e num possível impedimento de utilização da aeronave;
• Verificar, junto à ANAC, se o voo da aeronave a ser escolhida é passível de autorização. Algumas aeronaves podem não ter seus voos permitidos pela ANAC. Isso implicaria na impossibilidade de aplicar sanções administrativas em decorrência de infrações constatadas pelo uso do VANT por parte do órgão fiscalizador. 

Universidades com Cursos de Engenharia de Drones e Pós graduações

Os Estados Unidos foram os primeiros a unir a tecnologia de VANTs com o mundo acadêmico, sendo que a Universidade de Dakota do Norte foi a primeira a oferecer esse tipo de especialização em 2009. Hoje em dia, as universidades ao redor do mundo oferecem graduações em VANTs, mas as universidades norte-americanas ainda têm uma vantagem distinta devido aos anos de experiência em um campo que tem apenas alguns anos de idade, universidades proeminentes como a Embry-Riddle Aeronautical University, a Escola Politécnica da Universidade do Estado do Kansas ou a Universidade do Estado de Indiana. Também, o crescente movimento de MOOC – Massive Open Online Course (curso on-line aberto e massivo) fora do sistema universitário tradicional não ficou de fora do fenômeno dos drones, e vários cursos relacionados com drones estão sendo oferecidos por meio de plataformas como a Udemy, embora nenhum desses cursos esteja credenciado para créditos acadêmicos.

Na Europa, o número de universidades que oferecem graduações específicas de VANTs está crescendo ano a ano, e quase todas as universidades europeias prestigiadas em engenharia oferecem bacharelado, mestrado e doutorado que abrangem as principais disciplinas envolvidas no projeto e desenvolvimento de VANTs.

Por.

Camila Rodrigues