Ambientes sem GNSS: como um drone sabe onde está quando os satélites desaparecem

Ao ar livre, um drone usa o GNSS (GPS, QZSS, Galileo e outros) para conhecer sua posição com precisão de decímetros ou metros e para manter a posição no vento. Quando concreto ou aço bloqueiam o céu, menos satélites ficam visíveis e os sinais refletidos nas paredes (multicaminho) fazem a posição saltar. Em ambientes fechados e subterrâneos, o sinal simplesmente nunca chega.

Em vez do GNSS, a aeronave observa o ambiente com sensores a bordo e integra o próprio movimento. As duas abordagens principais são a odometria visual-inercial (VIO), que combina câmeras com uma unidade de medição inercial (IMU), e o SLAM com LiDAR, que mede a forma do ambiente por telemetria a laser. O SLAM estima a posição e constrói um mapa ao mesmo tempo, e pode corrigir o erro acumulado ao revisitar um lugar (fechamento de laço).

A negação de GNSS está no coração da inspeção: sob pontes, em túneis, nas galerias e descargas de barragens, em esgotos, galerias técnicas, dentro de chaminés e caldeiras, tanques de armazenamento, tanques de lastro de navios e galerias de minas. Quanto mais perigoso um lugar é para as pessoas, menos céu ele costuma ter.

• Preveja a recepção antes de entrar: verifique nos desenhos quanto do céu fica visível e divida o plano de voo em trechos dependentes de GNSS e sem GNSS.
• Adapte o posicionamento ao trabalho: aeronaves com visão e desvio automático sob pontes; LiDAR SLAM com iluminação dentro de recintos escuros; marcadores ou UWB para rotas fixas repetidas.
• Mantenha as habilidades manuais: treine os pilotos para sair em segurança no modo de atitude (sem manutenção de posição) quando o posicionamento automático falhar.
• Planeje a perda de enlace: o rádio também sofre no subsolo e dentro de caixas de metal. Decida com antecedência sobre repetidores, umbilicais e o que a aeronave faz ao perder o enlace (pairar ou refazer o caminho).
• Registre o método de posicionamento: uma imagem georreferenciada por GNSS e uma posicionada por SLAM têm precisões diferentes. Guarde isso para quem for comparar depois.

Em muitos países, o voo em ambientes fechados e subterrâneos fica fora das regras da aviação ou é tratado de forma diferente; no Japão, os voos em ambientes fechados estão fora das regras de voo da aviação, e espaços claramente separados do exterior contam como fechados mesmo com entradas abertas (o interior de túneis ou de passagens subterrâneas, por exemplo). Isso não significa que vale tudo. Esgotos e tanques trazem riscos de deficiência de oxigênio e gases tóxicos regidos pela legislação de segurança do trabalho, e as plantas industriais têm classificação de áreas perigosas (explosão). Verifique separadamente o procedimento aeronáutico e o procedimento de segurança do local.

Relacionados: deficiência de oxigênio e gases tóxicos, atmosferas explosivas, espaços confinados, regulamentações no mundo.

• Água, espelhos e vidro: câmeras e LiDAR erram a distância por causa de reflexão e transmissão.
• Poeira densa, vapor e fumaça: as câmeras ficam cegas e o LiDAR se dispersa; a navegação por radar é uma área ativa de pesquisa.
• Tubulações longas sem características: degeneração geométrica. Viagens autônomas de ida e volta por quilômetros de esgoto permanecem, em grande parte, no estágio de pesquisa.
• Precisão garantida: o erro do SLAM cresce com a distância, e o setor não tem uma forma comum de declarar “preciso até N cm” nos registros de inspeção.

Toda estrutura tem um “mapa de inspeção”. Ao entrar, o drone compara seus sensores com esse mapa e sabe onde está, voltando aos pontos de vista da vez anterior com precisão de centímetros e fotografando dos mesmos ângulos. A visibilidade dos satélites já não define o plano de inspeção; embaixo de pontes e dentro de tubulações tornam-se rotas de patrulha rotineiras, como o céu aberto. Essa é a visão dos editores.