Defesa e Segurança no INCT-SEC

Prof. Edson dos Santos MoreiraProf. Onofre Trindade Jr

ICMC/USP

Agenda

• O ICMC-USP• O INCT-SEC • Pesquisa em VTNTs no INCT-SEC• Pesquisa em VANTs no INCT-SEC• O projeto ARARA e VANTs em Desenvolvimento• Aplicações

– Monitoramento ambiental – Defesa– Defesa civil– Segirança Pública e Privada– Agricultura

• Cometários Finais

A Cidade de São Carlos

• Duas universidades públicas e diversas outras de natureza privada

• Polo de indústrias de Alta Tecnologia do Estado de São Paulo

• Maior densidade de doutores (por habitante) do Brasil, entre as maiores do mundo

O ICMC - USP

• ICMC – Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação

• Departamentos:– Matemática– Matemática Aplicada– Sistemas de Computação– Ciência da Computação

O ICMC - USP

• 7 cursos de graduação– Bacharelado em Matemática– Licenciatura em Matemática– Matemática Aplicada Computacional– Estatística– Bacharelado em Ciência da Computação– Bacharelado em Informática– Engenharia de Computação (inter unidades)– Licenciatura em Ciências (inter unidades)

O ICMC - USP

• 2 programas de pós graduação (mestrado e doutorado) – Matemática (conceito CAPES 6)– Ciência da Computação e Matemática Computacional (conceito

CAPES 6)

O ICMC - USP

• Docentes: 135• Alunos de pós-graduação: 362• Alunos de Graduação: 1562• Funcionários: 106

INCT-SEC Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Sistemas Embarcados Críticos

CNPq

• MissãoElevar e agregar habilidades, competências e infra estrutura necessárias para o desenvolvimento de sistemas embarcados críticos, com ênfase para veículos autônomos móveis, de forma a capacitar a academia e a indústria brasileira no ensino, treinamento, pesquisa e desenvolvimento científico-tecnológico em aplicações de relevância e de alto impacto econômico-social em áreas estratégicas do país, a exemplo de aplicações na agricultura, segurança e defesa nacional, aviação e meio ambiente.

INCT-SEC Network

Estabelecer referencia nacional e latino americana

em Sistemas Embarcados Críticos

INCT SECInstituição Pequisadores Alunos Pós

EACH-USP 3

EESC-USP 8 17

ICMC-USP 25 96

POLI-USP 8 6

PUC-RS 15 34

UEM 5 6

UFAM 6

UFG 6 6

UFSCar 20 26

UNESP 1 8

IEASC 2

CTI 4

EMBRAPA 1

INOVA 1

Aeroálcool 1

AGX 2

ORBISAT 1 1

Totais 109 199

INCT-SECINCT-SECEstrutura OrganizacionalEstrutura Organizacional

CoordenaçãoJosé Carlos Maldonado (ICMC-USP)

Vice-CoordenaçãoPaulo Cesar Masiero (ICMC-USP)

INCT-SECEstrutura Organizacional

Comitê Gestor • José Carlos Maldonado (ICMC-USP)• Itana Maria de Souza Gimenes (UEM)• Paulo Cruvinel (CNPDIA – Embrapa)• Heloisa de Arruda Camargo (UFSCAR)• Raimundo da Silva Barreto (UFAM)• João Batista Camargo Jr (Poli-USP)• Avelino Francisco Zorzo (PUC-RS)• João Roberto Moreira Neto (ORBISAT

INCT-SECEstrutura Organizacional

Divisão de P&DEdson dos Santos Moreira (ICMC-USP)

Divisão Administrativa/OperacionalKalinka R. Castelo Branco (ICMC-USP)

Divisão FinanceiraJosé Carlos Maldonado (ICMC-USP)

Divisão de Parcerias Institucionais Onofre Trindade Jr (ICMC-USP)

Pesquisa em VTNTs no INCT-SEC

Duas vertentes:• Sistemas de Guiamento automático para veículos

automotores• Robôs e esquadrões de robôs para aplicações em defesa e

segurança

Direção Assistida por Computador

Detecção de Objetos e Alarme

Direção Assistida por Computador

Testes em campo...Dados do Laser Data (linhas Cinza

Dados GPS Data (pontos azuis)Foco de atenção (janela verde)

Alarmes Falsos:-Árvores - Edifícios

Protótipos de Esquadrões de Robôs Táticos

• IP addresses and the port numbers of the components.

Robots and Sensors

• Pioneer DX and AT• Laser SICK LMS• Erratic Robot• Laser Hokuyo• Cameras on-board with pan-tilt• Wireless Camera• ASR Labs Robot (Under development at São Carlos)

Erratic – Era Mobi

Pioneer DX

Controle Remoto para Aplicações em Segurança

• IP addresses and the port numbers of the components.

Experiments

• Remote Controlling: Pioneer Robot

Robots located at São Carlos, SP (USP) Control located at Porto Alegre, RS (PUC/RS)

• Send Sensorial Data (Video, Sonar, Laser)• Receive Control Commands

It works!

Pesquisa em VANTs no INCT SEC

ARARAUAVs

> Aeronaves> G&C

DefesaSegurançaAgricultura

Meio/ambiente

Aplicações Finais

Aplicações MeioPartida

Tecnologia em SEC

Projetos de Contribuição

Estações de Solo Sensores InteligentesComunicação

O Projeto ARARA - Fases

• Phase 1 – Radio controlled aircraft (model airplanes). Geo-referenced images using on-board GPS. Flights under eyesight range (finished in 2000)

• Phase 2 – Custom designed aircraft. Complete on-board instrumentation. Ground control station. Instrument flights, beyond eyesight range. (finished in 2003)

• Phase 3 – Auto pilot, moving ground control station. (finished in 2006)

• Phase 4 – Novas arquiteturas de hardware e software, processamento de imagens embarcado, novos enlaces de dados e grande autonomia.

Arara / AGplane

Características: Aeronave de reconhecimentoInício de operação: 2005

Autonomia: 4 horasVelocidade: 100~120 Km/h

Operação: Autônoma e Remotamente pilotadoAeronaves em serviço: 6 unidadesHoras de voo total: + 3.500 horas

Aplications: Aerofotografia para agricultura e meio ambiente

SARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

Arara / AGPlane

Estação de Controle em Solo

Quasar

Quasar

Especificações:•Stall Speed (Flaps on): 72 km/h •Cruise speed: 170 a 185 km/h •Maneuver speed: 160 km/h •Never exceeded speed: 242 km/h •Rate of climb: 550 ft/min •Standard range: 1050 km •Max range: 2.400 km •Endurance: 6,8 h•Glide ratio: 15:1 •Service ceiling: 3.050 m •Fuel consumption: 9~12 l/h

VANTsEm Desenvolvimento

SARVANT (INSAR)

MISSÃO Ser líder do mercado de mapeamento de áreas menores que

500 km² nas escalas de 1:2.000 a 1:50.000 até 2012.

FILOSOFIA Facilidade de operação; Baixo custo de operação; Redundância de sistemas; Grande autonomia de voo.

SARVantSARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

Carga Alar: 47 Kg/m² Peso Máximo de Decolagem: 120 Kg Peso Vazio: 35 Kg Carga Paga: 45 Kg Motorização: 2 DLE-222 de 21.5Hp´s cada Velocidade de Estol (Com flaps; ISA): 72

Km/h Velocidade Cruzeiro (8.000Pés; ISA+10): 200

Km/h Autonomia de Cruzeiro: 30.5 Horas Alcance de Cruzeiro: 6.100 Km Razão de Subida: 2.000 Pés/min

SARVant

BRASÍLIA | 04.08.2010

Cartografia Bandas P/X

Banda XModelo Digital de Terreno

Resolução: 0.10m

P BandModelo Digital de Terreno

Resolução: 1m

Tornar os VANTs parte indistinguível da frota de aeronaves convencionais: Controle e compartilhamento do espaço aéreo; Confiabilidade de voo; Normas e procedimentos de projeto, construção e operação.

Cenários: Espera-se no prazo de 5 a 10 anos que o cenário acima seja verdadeiro; Espera-se no prazo de 10 a 20 anos que as únicas aeronaves tripuladas sejam aquelas para transporte de passageiros.

Ações: Divisão dos sistemas entre VANTs e VANCs (Veículos Aéreos não Controlados) impondo-se aos VANCs limites máximos de peso, alcance, altitude de voo e áreas com restrição de operação. VANCs autônomos já são realidade no mercado de brinquedos! VANTs devem ser certificados seguindo os mesmos procedimentos utilizados para aeronaves convencionais. VANTs não certificados não devem compartilhar o espaço aéreo.

Aviônica para VANTsDesafios

SARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

Navegação e controle de vôo Piloto automático, sistema de navegação, GPS, INU, IMU.

Payload Sensores e sensores inteligentes.

Comunicação Telecomando, telemetria, dados em tempo real (ex. vídeo), ar-terra e ar-ar.

Compartilhamento com o espaço aéreo Transponder, ADS-B, TCAS III.

Condições atmosféricas e dispositivos anti-colisãoDTM e geopolítica

Aviônica para VANTsSistemas em Desenvolvimento/Integração

SARVANT (INSAR)

Sistemas de Navegação e Controle em Desenvolvimento

System Low cost High performan

ce

High reliabili

ty

RTCA certifiable

Comments

Tiriba X Single board, low cost for VANCs

SarVant XSystem redundancy, improved reliability

SGA3

XHigh speed, adaptive control, for drones

CGS-A1 (Fraunhofer iniciative)

X X X

Safety Engineering,RTCA compliant, Airspace coordination

SARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

2004 2013

2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

2009 - 2010

Tiriba2010 - 2013

CGS-A1

2008 - 2011

SGA3

2008 - 2011

SarVant

2004 - 2006

AGPlane

Sistemas de Navegação e ControleRoadmap

SARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

Monitoramento AmbientalSARVANT (INSAR) BRASÍLIA | 04.08.2010

Monitoramento Ambiental

Defesa

Planejamento da Missão

• Missão: reconhecimento de terreno

• Altitude de voo: 300m AGL

• Area: 800ha• Tempo de Voo: 1h20m• Tamanho de pixel: 7cm

Imagens

Mosaico

Mosaico

Pontos de Interesse

Pontos de Interesse

Agricultura

Mapeamento TemáticoClass %

Crop 65,5

Weed 1,2

Straw 7,8

Soil 25,5

Falhas na Cultura de Cana

Falhas na Cultura de Cana

Falhas na Cultura de Cana

Qualidade do Plantio

Comentários Finais

As duas aplicações meio mais importantes do INCT – SEC são VANTs e VTNTs

As aplicações fim mais importantes:• Defesa• Segurança pública e privada• Agricultura• Meio ambiente

Comentários Finais

A utilização de VANTs e VTNTs levanta uma série de questões sobre segurança, sobre diversos pontos de vista:

•Segurança de voo (no espaço aéreo compartilhado)•Segurança de voo (no espaço terrestre sobrevoado)•Segurança de dados de telemetria, telecomando e dados•Violações de privacidade•Segurança de utilização (uso indevido)

Comentários Finais

Forte no:•Conhecimento adquirido no desenvolvimento de VTNTs e VANTs•Congregação em rede de instituições de norte a sul do país•Congregação em rede de indústrias inovadoras nas áreas fim

Foco no desenvolvimento de SEC certificáveis, principalmente para aplicações das indústrias aeronáutica e automobilística.