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O segundo dia do simpósio #droneEnable da ICAO celebrou-se no dia 23 de setembro e foi dividido em três sessões paralelas, cada uma com o seu tema:

  • Registo, identificação e seguimento (“tracking“);
  • Comunicações e utilização do espectro (a necessidade do uso regulado do espectro tinha sido introduzida na última sessão do dia 21);
  • “Geo-fence” e sistemas afins.

O sistema de geo-fence foi concebido como uma simples fronteira espacial para separar dois territórios:

  1. Um território acessível à aviação não tripulada (“keep in” ou “UA in”, onde UA é “unmanned aviation”) e,
  2. Um território inacessível à aviação não tripulada (“keep out”, “UA out”).

No início, todo o espaço aéreo era acessível e só se falava de “geo-fence” para manter as aeronaves não tripuladas [ANT] à distância (“UA out”).

Com a introdução das regulamentações nacionais, criou-se um primeiro e amplo volume de “geo-fence” inclusão “UA in”: todo o espaço aéreo até 400tf AGL (120m acima do solo) ou 500ft AGL, consoante os países, passa a ser acessível. Binariamente, o espaço aéreo acima deste limite passou a ser um geo-fence de “UA out”.

O desenvolvimento da aviação não tripulada tornou necessária a evolução este conceito simples e binário:

  • Há missões UA que só fazem sentido no espaço aéreo da aviação tripulada;
  • Há voos tripulados que operam no espaço de “UA in”;
  • Há condições de utilização do espaço aéreo variantes no tempo, quer de origem aeronáutica (NOTAM), quer relativas a actividades no solo.

À medida que as ANT se tornam mais compatíveis com a aviação tripulada, torna-se possível estender o espaço de operação “UA in” se for garantida a segurança da operação. O processo chama-se “waiver“, “derogation” ou “autorização” consoante as regulamentações.

O resultado final é ter o volume de espaço aéreo definido como um conjunto de sólidos geométricos: prismas, cilindros, poliedros, etc., empilhados na vertical e em que cada volume tem características próprias. Por exemplo, nos países que restringem o “UA in” até aos 400ft AGL, o volume entre 400ft e 500ft é uma camada de separação de tráfego onde não se devem encontrar nem ANT (“UA out”) nem aeronaves tripuladas excepto se em trânsito para outras camadas.

A discussão neste dia partiu destes princípios para discutir as formas seguras e eficientes de usar o espaço aéreo nesta configuração e procurou ir mais além, apresentando soluções avançadas para o “geo-fence” do futuro.

É claro para todos os oradores que a integridade dos dados usados no “geo-fence” é fundamental. É preciso que os dados geográficos sejam exactos e actualizados porque a cerca (“fence“) ou fronteira tem de estar bem definida e que a estimativa da localização da ANT em coordenadas do mundo também seja suficientemente exacta, sob pena de se infringir inadvertidamente a fronteira virtual.

A garantia de boa qualidade de dados depende de um sistema hierárquico de validação com níveis de autoridade e âmbito diferenciados: por exemplo, se um ministério quiser introduzir um volume de “geo-fence” em torno de um ponto de interesse, essa atribuição deve ser validada pelas autoridades aeronáuticas civis e militares para verificar se é compatível com outras restrições. Quanto à qualidade dos mapas, ela é bastante boa nas zonas urbanas e nas zonas rurais, onde pode haver menos exactidão, é expectável haver menos congestão de espaço aéreo e maior tolerância a imprecisões.

Em relação à qualidade da localização, há consenso que o GPS não é suficiente sendo mais graves as perdas de qualidade em ambiente urbano. Sem embargo, dotar uma ANT de um GPS de classificação aeronáutica (com um Technical Standard Order, TSO) melhora significativamente a qualidade das estimativas de localização. As soluções mais simples passam pela duplicação de GPS, pela combinação com sensores inerciais (acelerómetros e magnetómetros) e com sensores de pressão (barómetros) e já são implementadas na maior parte das ANT recentes de referência. Outros sensores foram sugeridos, tais como as câmaras de vídeo ou os radares. Na escolha destes sensores há três princípios técnicos a ter em atenção:

  • Os modos de falha de cada sensor devem ser independentes dos demais para que cada um colmate as falhas dos outros.
  • O problema de voo a baixa altitude em meio urbano é radicalmente diferente dos demais tipos de voo: voo sobre espaço rural ou voo acima do limiar dos 500ft.
  • É completamente diferente o problema de voar missões repetidas sobre um espaço conhecido – como o programa Skyways de Singapura – ou voar sobre terreno do qual se desconhece o mapa tridimensional.

Um segundo ponto a ter em conta é o grau de obrigatoriedade do “geo-fence”. Os primeiros “geo-fence” limitavam-se a informar os pilotos da aproximação da fronteira  mas as implementações mais recentes sobrepõem-se às manobras dos pilotos que tentem ultrapassar a fronteira. Discutiu-se se esta atribuição de autoridade deve ser universal e se deve haver possibilidade de ultrapassá-la (“override“). Associado a este problema vem a autenticação da aeronave, para se verificarem os privilégios de uso de espaço aéreo pelas ANT em cada contexto e se atribuírem responsabilidades (“liabilities“) pelas ocorrências daí decorrentes.

Um terceiro ponto tratou da interoperabilidade e da criação de standards transnacionais. Para que o “geo-fence” seja eficaz, deve ser implementado ao nível do piloto automático da ANT e deve ser capaz de “ler” os mapas com os volumes definidos para “UA in” e “UA out”. Uma solução que dependa dos operadores para introdução ou actualização de “geo-fences” será sujeita a mais falhas, propondo-se um sistema de actualização automática, no início de cada dia ou até de cada voo. Para atingir este objectivo é necessário garantir a compatibilidade de formatos e de repositórios de acesso dos “geo-fences” de forma a que o sistema seja operável em diferentes países e regiões do mundo.

Continuando a avançar em direcção ao futuro, foram apresentadas ideias sobre a classificação do espaço aéreo em pequenas células cúbicas, em que o estado de “UA in” e “UA out” seria baseado em modelos estatísticos do tráfego passado, quer tripulado quer não tripulado. E com um “geo-fence” acessível em tempo real, pode começar a atribuir-se capacidades e estados intermédios de aceitação de ANT em função da ocupação local.

No mesmo sentido, foi apresentada uma metodologia em que a representação do mundo em torno da ANT é actualizada em tempo real, sendo que cada objecto voador tem associado o seu próprio volume de “geo-fence” “UA out”, isto é, a separação entre aeronaves é assegurada porque cada uma delas está envolta num pequeno volume “exclusivo”.

Em conclusão, o “geo-fencing” estabelecer-se-á como um elemento determinante da gestão do tráfego aéreo não tripulado e da sua integração com o espaço aéreo tripulado de forma a garantir aeronavegabilidade, segurança, privacidade. Para tal, deve elevar-se aos níveis de qualidade da aviação, em termos de autoridade, integridade, procedimentos e interoperabilidade. Deve também modular-se consoante o contexto da operação e as capacidades da ANT e do seu operador e deve saber incorporar as evoluções tecnológicas emergentes.

Montreal, 23 de Setembro de 2017.

Engº. João Gomes Mota, Administrador Albatroz Engenharia

Membro Direção APANT

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