Ampliando as operações BVLOS por meio de uma infraestrutura robusta de conectividade e autonomia.

As operações com drones além da linha de visão (BVLOS) possuem um imenso potencial para transformar a maneira como vivemos e trabalhamos, oferecendo soluções inovadoras em uma ampla gama de setores, incluindo logística, agricultura e inspeção. Essas operações avançadas têm a capacidade de aumentar a eficiência, reduzir custos e expandir o alcance de diversos serviços.

À medida que a indústria transita para operações BVLOS automatizadas, uma das considerações mais importantes, e que dispensa comentários, é a segurança. Ter uma solução de comunicação confiável e sempre ativa, que ofereça desempenho robusto e transmissão de dados flexível, será essencial para operações mais seguras. Imagine pilotar um drone remotamente sem saber, ou com atraso, a localização exata do drone!

Em uma sessão do NestGen '23, tivemos uma conversa com Yoav Amitai, CEO da ElsightYoav é uma plataforma de conectividade dedicada a fornecer conectividade extremamente confiável, de alta largura de banda e em tempo real, mesmo nas áreas mais remotas e desafiadoras. A Yoav discute os desafios atuais, bem como as soluções de conectividade necessárias para tornar as operações BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - Além da Linha de Visão Visual) uma realidade.

O que exatamente é BVLOS? Qual a diferença entre VLOS ou EVLOS?

Antes de analisarmos as soluções de conectividade, vamos examinar as diferenças entre as operações VLOS, EVLOS e BVLOS. De acordo com a definição:

• VLOSA operação de drones em linha de visão visual (Visual Line of Sight, ou Linha de Visão Visual) refere-se a operações em que a aeronave é pilotada dentro da linha de visão visual do piloto em comando (PIC), com o observador visual "localizado no mesmo local" e em comunicação direta com o PIC.
• EVLOSA Operação de Linha de Visão Visual Estendida (EVLS, na sigla em inglês) é uma operação de UAS na qual o piloto e/ou observador mantêm consciência visual constante do espaço aéreo. A aeronave pode voar fora do campo de visão do piloto em comando (PIC), mas deve permanecer dentro do alcance visual do observador (VO) em todos os momentos, com o PIC no comando em todos os momentos.
• BVLOS ou Além da linha de visão visual São operações em que a aeronave é pilotada além do campo de visão direto do piloto em comando ou do observador visual.

No entanto, como Yoav menciona, "Determinar a distância precisa na qual uma operação é considerada VLOS, EVLOS ou BVLOS é irrealista, pois depende de uma variedade de fatores, como o tamanho do drone, o terreno ou a paisagem, as condições climáticas e as regulamentações. Mesmo que o drone esteja dentro do alcance, quaisquer obstáculos ou interferências entre o operador e o drone podem fazer com que a operação seja considerada BVLOS. Além disso, se um único operador controlar vários drones, mesmo que estejam dentro do alcance VLOS, as autoridades reguladoras ainda podem considerar a operação como BVLOS devido à maior complexidade da operação, que necessariamente envolve medidas de segurança e certificações adicionais.

Desafios nas operações de drones BVLOS

Agora que as definições estão claras, a Yoav aprofunda-se em três principais desafios tecnológicos associados às operações de drones BVLOS:

• Gestão do espaço aéreo: As operações BVLOS exigem uma gestão eficaz do espaço aéreo, especialmente em ambientes onde vários operadores atuam no mesmo espaço aéreo. Garantir a comunicação entre os operadores para evitar conflitos ou colisões e gerir tanto veículos tripulados quanto não tripulados no mesmo espaço aéreo são desafios significativos que precisam ser enfrentados.
• Conectividade: Por fim, as operações BVLOS exigem conectividade consistente e confiável entre o drone e o operador, principalmente quando o drone está percorrendo longas distâncias. A comunicação em tempo real é necessária para diversas aplicações, incluindo segurança, inspeçãoe na agricultura, e a manutenção da conectividade torna-se um desafio crítico nas operações BVLOS.
• Autonomia: Operações BVLOS em larga escala exigem a eliminação do fator humano. Isso implica o desenvolvimento de software autônomo capaz de operar frotas de drones de forma eficiente e segura, reduzindo custos de mão de obra e aumentando a produtividade. Autonomia do drone Pode melhorar as medidas de segurança reduzindo o erro humano e tornando o sistema mais confiável.

Neste post do blog, vamos nos aprofundar em dois dos principais desafios e Recomendar soluções para resolver problemas de conectividade e viabilizar operações autônomas.

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Manter uma conexão confiável entre o drone e a estação terrestre.

Está comprovado que a comunicação e a transmissão de dados confiáveis ​​são essenciais para o gerenciamento do espaço aéreo, a manutenção da autonomia e a superação de desafios tecnológicos, principalmente quando o drone está fora do alcance da comunicação direta por radiofrequência com o piloto automático em comando (PIC). Quais são, então, as opções de conectividade? Vamos explorar:

RF proprietário ponto a ponto padrão

Um método comum de comunicação sem fio que estabelece uma rede direta e fechada entre o operador e o drone, permitindo comunicação e controle em tempo real. Esses sistemas, no entanto, apresentam diversas limitações, principalmente em operações BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - Além da Linha de Visão Visual):

• Para começar, seu alcance limitado os torna inadequados para operações de longo alcance, restringindo o escopo da missão.
  
  
• Eles são suscetíveis a interferências, principalmente em áreas densamente povoadas onde muitos dispositivos sem fio usam as mesmas frequências, como 2,4 ou 5,8 gigahertz.
  
  
• Como esses sistemas geram uma rede local, eles não são adequados para soluções conectadas à nuvem e para a integração de aplicativos adicionais, limitando o escopo geral da missão.
  
  
• O consumo de energia desses sistemas também é elevado quando comparado a outras soluções, o que pode limitar a duração da missão.

Satcom

A comunicação via satélite é outra opção para comunicação sem fio em operações com drones. Embora ofereça boa cobertura, apresenta diversas limitações:

• Um dos principais problemas é a largura de banda limitada disponível, o que pode dificultar a transmissão de dados em tempo real, principalmente dados de vídeo. Devido à largura de banda limitada, a qualidade e a latência do vídeo são muito baixas.
  
  
• A comunicação via satélite pode ser cara, o que pode não ser economicamente viável para alguns casos de uso de drones.
  
  
• Em termos das soluções disponíveis no mercado, a maioria é grande demais ou volumosa demais para uso em drones. As que permitem streaming, além de comando e controle (C2) e telemetria, geralmente pesam cerca de 1,5 kg. Isso limita a capacidade de carga útil do drone e reduz seu desempenho geral.

Celular/Móvel:

Operar em infraestrutura celular pública, principalmente LTE e 5G/4G, é a opção de comunicação sem fio mais econômica e produtiva para operações BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - Além da Linha de Visão Visual). A seguir, alguns dos benefícios de usar esse método:

• Sua capacidade de suportar topologias de enxame para comunicação permite acomodar topologias de um-para-muitos ou um-para-um, oferecendo maior flexibilidade nas operações com drones.
• Não requer linha de visão direta nem estação de controle terrestre, e não há limitação de alcance. Isso o torna ideal para operações BVLOS de longa distância, com o sistema de comunicação capaz de operar em vários países e continentes, mantendo alta largura de banda e baixa latência.
• A infraestrutura celular está amplamente disponível, com estimativas indicando que cobre entre 85 e 92% do mundo, tornando-se uma opção acessível e confiável para operações BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - além da linha de visão).
• Funciona na infraestrutura da internet, permitindo o uso de aplicativos SaaS que possibilitam o streaming de dados em tempo real e a análise de dados na nuvem.
• Os módulos e a infraestrutura de comunicação celular são projetados para funcionar com dispositivos alimentados por bateria, o que os torna leves, de baixo consumo de energia e menos exigentes em termos de espaço físico no drone. Isso garante que não haja impacto no desempenho geral ou na estabilidade do drone, tornando-o uma opção viável para certificação BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - Além da Linha de Visão Visual).

Yoav também destaca os desafios de trabalhar com o público. Infraestrutura celular com gráficos da Ericsson e Qualcomm. "O desafio que enfrentamos com a infraestrutura celular é que ela é otimizada para comunicação terrestre e não foi projetada para funcionar com eficiência em grandes altitudes", afirma. "As antenas são projetadas para o celular médio em solo, onde a maioria dos assinantes está localizada e onde as operadoras têm licenças para usar frequências específicas. Ao trabalhar com drones, a comunicação ocorre nos lóbulos laterais da antena, e estar diretamente acima da torre de celular pode resultar em comunicação zero, tornando a comunicação confiável um desafio significativo."

Yoav também compartilha outra análise interessante apresentada pela Verizon e pela FAA, chamada de operação LTE aerotransportada (ALO), que constatou que a rede de internet celular é capaz de suportar suficientemente o controle de sistemas aéreos não tripulados e a comunicação sem carga útil abaixo de 150 metros (500 pés). Embora isso mostre que a infraestrutura pode funcionar nessas altitudes, ainda existem pontos cegos onde não há rede disponível.

Como o Elsight Halo resolve os desafios de conectividade

Para combater os desafios das redes celulares públicas, Yoav sugere uma abordagem de múltiplas redes, que é exatamente o que o produto da Elsight oferece. HaloAo agregar todos os links IP disponíveis (solução 4X celular ou RF X SIMs com failover de link) em um único link agregado, o sistema da Elsight otimiza os canais de comunicação para drones, garantindo que dados e comandos possam ser transmitidos e recebidos em tempo real com alta confiabilidade. Isso possibilita uma cobertura estatisticamente melhor com comunicação mais confiável, o que a Yoav chama de "confiança na conexão."

Essa abordagem supera os desafios de uma infraestrutura de conectividade única, proporcionando maior redundância e uma conexão mais confiável para drones, mesmo em áreas com cobertura limitada ou obstruída.

Como a primeira solução de conectividade com inteligência artificial, o Halo possui um formato compacto, design leve e consumo de energia inferior à metade do de uma lâmpada comum de cozinha. Essa solução inovadora economiza em tamanho, peso e energia (SWaP), ao mesmo tempo que oferece recursos de comunicação integrados.

Necessidade de autonomia para ampliar as operações BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - Além da Linha de Visão Visual)

Como Yoav mencionou, o terceiro desafio seriam as operações autônomas. À medida que a empresa de drones continua a se expandir, também aumentará a demanda por soluções econômicas e eficientes que possam operar em grande escala.

A autonomia contribui significativamente para isso, reduzindo os custos de mão de obra e aumentando a produtividade, tornando as operações com drones mais economicamente viáveis. Além disso, a remoção do fator humano do processo melhora consideravelmente a segurança e a confiabilidade em voos além da linha de visão (BVLOS). Ao contrário dos humanos, o software pode operar drones com precisão e consistência, sem ser prejudicado pela fadiga ou por erros humanos.

Como FlytBase automatiza suas operações com drones

Como uma solução de software empresarial baseada em nuvem, FlytBase permite que os operadores realizem operações com drones remotamente e de forma autônoma de qualquer lugar do mundo, sem a necessidade de estarem presentes no local. Soluções de conectividade como o Elsight Halo permitem que os operadores explorem todo o potencial da solução de software.

• Gestão de vídeo: A plataforma permite que os operadores visualizem múltiplos fluxos de vídeo de alta qualidade com latência ultrabaixa, facilitando o monitoramento e o controle das operações de drones a partir de um local remoto. Os operadores também podem compartilhar dados de vídeo em tempo real com as partes interessadas localizadas em outros lugares, aprimorando a colaboração e a tomada de decisões. A plataforma também permite a integração com sistemas de gerenciamento de vídeo (VMS) e outros fluxos de vídeo estáticos, fornecendo aos operadores uma visão abrangente de suas operações.
• Gerenciamento de dispositivos: As ferramentas de gerenciamento de dispositivos da FlytBase permitem que os operadores gerenciem e monitorem toda a sua frota de drones, incluindo as estações de acoplamento. A plataforma integra-se com estações meteorológicas e ferramentas de previsão do tempo em tempo real, como o Windy, permitindo que os usuários cancelem uma missão de forma autônoma em condições climáticas extremas, garantindo a segurança do drone e das áreas circundantes.
• Sincronização de mídia na nuvem: Com acesso a uma boa conectividade, os usuários podem sincronizar facilmente os arquivos de mídia do cartão SD do drone para seu armazenamento em nuvem privado. Após a conclusão da missão do drone, os usuários podem sincronizar os arquivos de forma autônoma, sem a necessidade de intervenção manual.
• Integrações para habilitar voos BVLOS: FlytBase também oferece integração perfeita com outras tecnologias, como o ADS-B. Detectar e EvitarSistemas de recuperação de paraquedas e softwares como plataformas UTM para conhecimento do espaço aéreo permitem que operadores remotos tenham uma visão holística de seu ambiente operacional, além de garantir operações seguras.

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O diagrama abaixo mostra como FlytBase e o Halo funcionam em conjunto.

Para concluir, abraçando o futuro de operações de drones BVLOS Exige um compromisso firme com o desenvolvimento e a implementação de soluções robustas de conectividade e software autônomo. Isso permite que as empresas explorem todo o potencial dessa tecnologia inovadora, impulsionando a inovação e o crescimento em diversos setores e, em última análise, moldando um mundo mais seguro e eficiente.