Com uma grande variedade de recursos provenientes do oceano, há uma necessidade crescente de serviços de vigilância e monitorização da superfície da água do mar. Perigos tais como derrames de petróleo, algas tóxicas e manchas de plástico constituem uma ameaça iminente para a saúde do oceano, perturbando o seu ambiente e biodiversidade, enquanto têm impacto em indústrias da economia azul como a pesca e a aquacultura. Ter meios para detetar, classificar e monitorizar tais perigos, não só ajudará a reduzir os danos que causam, como também poderá ajudar a preveni-los e a identificar quem é responsável.

ASTRIIS está a desenvolver uma solução que consiste numa fusão de diferentes sensores e plataformas. Sob a liderança da Tekever, tal atividade está centrada em sensores para além das câmaras RGB padrão, nomeadamente SAR (synthetic aperture radar) e uma câmara híper espectral.

SAR é um tipo de sensor destinado a ser operado por via aérea e serve para obter imagens a partir de uma aeronave ou de um satélite. Esta tecnologia faz uso de ondas de rádio, algum processamento de sinais e o próprio movimento do veículo aéreo para adquirir um mapeamento detalhado da superfície terrestre em relevo. O método é rápido e pode cobrir grandes áreas rapidamente.

Num contexto marinho, a textura da superfície da água do mar pode revelar a presença de contaminantes. Por exemplo, uma vez que o petróleo tem uma viscosidade superior à da água, num cenário de derrame de petróleo, o vento não criará ondulações no petróleo. Desta forma, em SAR, um derrame aparecerá como uma área mais lisa numa superfície oceânica de outro modo mais áspera.

 

 

Outros perigos, tais como a proliferação de algas nocivas (HAB), plásticos ou mesmo fezes de animais, podem também causar anomalias na superfície do oceano. Desta forma, utilizando apenas SAR não seria possível distingui-los. Para fazer esta distinção, ASTRIIS propõe a utilização de um método auxiliar: a imagem híper espectral.

As câmaras RGB padrão, como as câmaras de fotografia digital, adquirem três valores de dados por pixel: vermelho, verde e azul. No entanto, o verdadeiro espectro de luz é contínuo, com cores no meio do espetro e como uma combinação daquelas. Uma câmara multiespectral ou híper espectral subdivide o espectro da luz e adquire de dezenas a centenas de valores por pixel. Desta forma, existe o potencial de distinguir entre materiais, mesmo que estes apareçam como a mesma cor ao olho humano. Este processo produz, no entanto, grandes quantidades de dados, o que é mais difícil de transmitir e processar se forem cobertas áreas maiores.

 

 

Desta forma, ASTRIIS propõe uma combinação de técnicas, em que uma área maior é digitalizada usando SAR, e uma vez detetados os perigos, usando imagens híper espectrais apenas sobre a área de interesse, o evento é classificado. Os sensores devem ser montados num sistema AR5; um veículo aéreo não tripulado desenvolvido pela Tekever com uma autonomia de 12 horas.

 

Fique atento ao website e LinkedIn do ASTRIIS para mais desenvolvimentos sobre esta e outras atividades em curso no projeto.

Frentes oceânicas, um fenómeno oceânico importante e difícil de detetar

Embora o oceano possa parecer bastante estático a olho nu, na realidade é composto por múltiplas camadas de água em permanente movimento, as quais desempenham um papel fundamental no funcionamento do planeta e na sua biodiversidade, incluindo a vida humana. Por exemplo, as cidades do Porto (Portugal) e Nova Iorque (EUA) estão aproximadamente situadas à mesma latitude. Enquanto que raramente neva no Porto (ou em qualquer parte da costa portuguesa), em Nova Iorque (e boa parte da costa oriental dos EUA) é famosa também pelos seus nevões. A circulação oceânica — nomeadamente, a Corrente do Golfo — assegura que a Europa Ocidental seja muito menos fria do que a margem oposta do Atlântico Norte.

A água do mar segue a dinâmica dos fluidos, tal como o ar. A água com maior densidade deslocar-se-á para locais com menor densidade de água. O que faz com que a densidade varie na água é tanto a temperatura como a sua salinidade, pelo que estas são as variáveis que os cientistas que estudam o oceano precisam de conhecer em profundidade para compreender como o seu funciona e para prever como pode mudar.

Quando dois corpos de água com densidades diferentes se encontram, muita turbulência e outros fenómenos interessantes acontecem à superfície e debaixo de água. Um deles chama-se “frentes oceânicas”. Muitos cientistas dedicam as suas vidas a estudá-las. Embora existam produtos de satélite que conseguem monitorizar a temperatura do oceano, tais dados apenas mostram como a temperatura muda à superfície e com baixa resolução.

No âmbito do ASTRIIS, a FEUP e a OceanScan-MST estão a desenvolver uma nova tecnologia para adquirir automaticamente dados oceânicos, à superfície e debaixo de água, nos locais onde se formam frentes oceânicas. Tal objetivo está a tornar-se uma possibilidade com múltiplos robots inteligentes que trabalham em colaboração para produzir modelos 3D do oceano.

Monitorização adaptativa utilizando múltiplos robots

A identificação, acesso e monitorização das frentes oceânicas enquanto estas ocorrem não é tarefa fácil. O oceano é um vasto e, muitas vezes, inóspito território. Uma forma de monitorizar vastas áreas do oceano é navegar nas suas águas a uma velocidade relativamente rápida e abrandar quando e onde as propriedades da água começam a mudar. Isto permite obter mais amostras de água onde mais importa, otimizando o tempo a bordo durante uma expedição de investigação científica. À adaptação da forma como a estação de amostragem se desloca como a frequência de amostragem — isto aplica-se tanto a navios tripulados como a robots — chama-se amostragem adaptativa.

Uma frota de vários robots Light Autonomous Underwater Vehicles (LAUV) pode trabalhar em rede para que a sua ação coordenada permita monitorizar áreas de maior interesse com muito mais detalhe. Podem começar por estar espalhados pelo oceano e, se um robô detetar um fenómeno de interesse, como uma frente oceânica, os outros podem juntar-se e contribuir para obter muito mais dados.

No contexto do ASTRIIS, LAUV equipados com sensores CTD (condutividade, temperatura e profundidade) estão a ser utilizados para recolher dados ao largo da costa de Portugal. Tais dados são enviados pelo LAUV em quase tempo real através de comunicações via satélite para o Ripples, o serviço cloud-based da FEUP que recebe todos os dados e armazena as ações executadas por cada um dos robots. Em terra, longe de onde a característica de interesse está a ocorrer, os cientistas podem analisar os dados e decidir para onde a frota de robots deve ir e como devem agir.

Fique atento ao website ASTRIIS e ao LinkedIn para mais desenvolvimentos sobre esta e outras atividades do projeto em curso.

Com o rápido aumento da população mundial, a sustentabilidade dos recursos é uma necessidade para assegurar um futuro viável. Sabia que mais de metade dos peixes e mariscos consumidos por humanos provêm da aquacultura?

Segundo a Comissão Europeia, 20% do peixe na Europa provém da aquacultura. É uma indústria chave para garantir a segurança alimentar de milhões de pessoas nos países em desenvolvimento. A aquacultura sustentável pode ajudar a resolver algumas das questões mais prementes que a sociedade enfrenta atualmente. Pode ajudar a garantir a segurança alimentar, aliviar a pressão sobre os stocks de peixes selvagens e reduzir a pegada climática e ambiental do sistema alimentar global.

A aquacultura é, portanto, uma oportunidade para satisfazer a procura de alimentos, mas também exerce pressão sobre os recursos naturais e causa uma série de impactes ambientais.

Com estes desafios em mente, o ASTRIIS, sob a liderança do CEiiA, está a desenvolver um sistema de aquacultura capaz de operar autonomamente, com a possibilidade de ser adaptado a múltiplas espécies de peixe e de operar num ambiente offshore. O Sistema de Aquacultura Offshore (OAS) controla toda a instalação de aquacultura e o seu principal objetivo é assegurar o crescimento e bem-estar dos peixes.

Para além disso, o ASTRIIS, sob a liderança da Ocean Infinity, está a conceber e a desenvolver tecnologia de ponta alimentada por Inteligência Artificial. Os Sistemas de Monitorização Aumentada de Aquacultura (AAMS) ajudam a melhorar o sistema autónomo de gestão e controlo das explorações de aquacultura em mar aberto.

Usando os vídeos capturados com a OAS como base, aplicam-se algoritmos de computer vision para detetar peixes e rastreá-los. Ao mesmo tempo, podemos contar o número de peixes e monitorizar o seu comportamento, nomeadamente quando morrem.

O algoritmo de deteção de peixes baseado em redes neuronais permite a segmentação e o seguimento de peixes em vídeo. Após a deteção do peixe, é desenhada uma caixa de identificação à sua volta no vídeo. Além disso, foram desenvolvidos procedimentos heurísticos simples para notificar o utilizador e avaliar se o peixe está morto. A integração dos dados do sensor da OAS é sobreposta ao vídeo, fornecendo uma visão detalhada do estado e da qualidade ambiental da jaula de aquacultura.

A aquacultura pode ser uma resposta a alguns dos maiores problemas relacionados com a gestão de recursos que a sociedade enfrenta atualmente. O ASTRIIS está a alinhar tecnologia de ponta com a Agenda das Nações Unidas para o Desenvolvimento Sustentável de 2030. O trabalho aí desenvolvido relaciona-se com dois dos 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável, nomeadamente o ODS 12 (Produção e consumo responsáveis), ao promover a aquacultura como forma sustentável de alimentar a sociedade, e o ODS 14 (Proteger a vida marinha), ao promover a exploração sustentável, autónoma, segura e amiga do ambiente dos ambientes marinhos e dos seus recursos.

Fique atento ao website ASTRIIS e ao LinkedIn para mais desenvolvimentos sobre este e outras atividades do projeto em curso.

Embora tenham sido feitas melhorias significativas na aquisição e processamento de dados marinhos durante as últimas décadas, ainda há falta de informação e conhecimento sobre infraestruturas de observação in situ, bem como sobre novos algoritmos construídos em aplicações de observação da Terra recuperados a partir de várias plataformas. Estas lacunas de informação sobre vários ambientes marinhos têm um impacto negativo no crescimento sustentável de sectores-chave com elevado potencial de desenvolvimento e criação de valor na esfera da economia azul, tais como o turismo, as energias renováveis oceânicas e a aquacultura, juntamente com a segurança marinha.  

ASTRIIS é um projeto mobilizador que pretende mitigar as insuficiências através do desenvolvimento de conhecimentos técnicos e científicos para conceber e implementar um lote de serviços de informação e portfólio de produtos emergentes de dados recolhidos in situ ou por teledeteção, combinados com a previsão de modelação numérica. 

A missão do ASTRIIS centra-se nas necessidades do mercado no âmbito da regulação do espaço marítimo e na exploração sustentável do oceano e zonas costeiras. O projeto visa igualmente equipar a sociedade com produtos digitais para fins de formação e educação. Pretende-se assim contribuir para a implementação da Agenda para o Desenvolvimento Sustentável da ONU 2030, através do ODS 14 “Proteger a Vida Marinha” e da Década do Oceano da ONU, contribuindo para superar alguns dos desafios associados à proteção do oceano mundial e ao impulso da economia azul global. 

Um bom exemplo de tais contribuições trata do trabalho em curso do ASTRIIS sobre observações in situ, monitorização e serviços de inspeção, que é liderado pelo CEiiA. O objetivo é desenvolver e fabricar uma nova geração de sistemas de aquisição de dados in situ, promovendo a sustentabilidade do oceano em várias áreas de aplicação. O projeto contribuirá assim para alinhar ainda mais a economia azul em 5 dos 17 ODS.  

Entre estes sistemas encontram-se os dispositivos de marcação de animais marinhos, que serão equipados com um conjunto de sensores capazes de registar dados fisiológicos e biológicos, bem como de partilhar ao vivo o posicionamento da marcação e as espécies marcadas correspondentes. Estes dispositivos de marcação, baseados num conceito não invasivo e de autorrecuperação, integrarão também sensores para níveis de oxigenação do sangue e medições de batimentos cardíacos a serem implantados em peixes e cetáceos. 

 

 

O ASTRIIS está atualmente a trabalhar no desenvolvimento mecânico dos dispositivos de marcação, desde a escolha dos materiais até ao seu fabrico. Durante este ciclo de desenvolvimento do produto, a equipa ASTRIIS será responsável pelas seguintes áreas técnicas: 

• Definição de requisitos e especificações juntamente com parceiros e utilizadores finais 
• Escolha de materiais, viáveis até 2000 metros de profundidade 

• Definição de instrumentação 
• Desenho mecânico, desde o desenho conceptual até ao desenho detalhado 
• Cálculos de peso e flutuabilidade 
• Estudos hidrostáticos e hidrodinâmicos 

 

 

O consórcio ASTRIIS acredita que estes dispositivos contribuirão para aumentar o conhecimento sobre várias espécies marinhas ameaçadas de extinção, bem como sobre os seus habitats, de uma forma inofensiva e sustentável. Fique atento ao website do ASTRIIS e ao LinkedIn para mais desenvolvimentos sobre este e outras atividades do projeto em curso. 

Numa missão de busca e salvamento é normalmente feito um pedido de ajuda e uma embarcação salva-vidas é enviada de encontro às pessoas em perigo. O Instituto de Socorro a Náufragos (ISN) tem 31 estações salva-vidas ao longo da orla costeira portuguesa e material de salvamento em cerca de 80 corporações de bombeiros. Segundo esta fonte, em 2020, foram acionados meios no mar 985 vezes e salvas 613 vidas. Como melhorar a capacidade de reposta é a questão que se coloca.

 

© Camille Brodard | unsplash.com

 

O desenvolvimento de um sistema de busca e salvamento do ASTRIIS decorre desde o início do projeto. O CEiiA e o CoLAB +ATLANTIC uniram esforços para realizar uma pesquisa exaustiva sobre boias e técnicas de salvamento em uso e chegaram à conclusão que seria mais eficiente desenvolver um sistema próprio. Como fruto desta colaboração no âmbito do ASTRIIS e com esse objetivo em mente, foi definido um cenário de demonstração da tecnologia e os seus requisitos.

O veículo de superfície autónomo (ASV) ORCA do CEiiA foi escolhido como base para esta atividade. O ORCA pode atingir velocidades de 9 km/h e autonomia de 24h e opera em regiões costeiras. Foi concebido para se adaptar às necessidades de cada aplicação, incluindo para já um sonar multifeixe, GPS, identificação AIS, luzes de navegação, uma câmara 360º e uma antena Wi-Fi para ser comandado à distância. Para satisfazer os requisitos do ASTRIIS terá de acomodar uma boia com propulsão própria e largá-la num local específico.

 

© CEiiA

 

Em termos práticos, uma parte da missão de busca e salvamento terá de ser assegurada pela plataforma ASTRIIS, que recebe o pedido de ajuda, calcula os tempos estimados de operação e de salvamento e retorna um resultado (“GO” ou “NO GO”) consoante haja ou não uma redução do tempo de salvamento em relação ao procedimento habitual. Caso a decisão seja avançar, é lançada a boia de salvamento, que alcançará o náufrago no mar pouco tempo depois do pedido de ajuda ter sido lançado na plataforma. Sendo comandada remotamente e monitorizando os seus níveis de bateria, poderemos em tempo real concluir sobre o sucesso ou não desta parte da missão.

 

©+ATLANTIC

 

Quanto ao comando do ASV e da boia, o CEiiA encontra-se a desenvolver um software de controlo remoto (ground station). Este sistema representará uma componente importante para o projeto ASTRIIS, já que utilizará modelos de previsão, podendo estimar a deslocação do náufrago segundo as correntes e consequentemente a sua posição, e calcular os pontos de passagem (waypoints) da boia.

A demonstração do sistema está prevista ter lugar em Matosinhos em junho de 2023. Mantenha-se atento ao site e LinkedIn do ASTRIIS para mais desenvolvimentos sobre esta e outras atividades do projeto em curso.

 

© CEiiA

O consórcio ASTRIIS reuniu-se presencialmente, e em quase toda a sua totalidade, pela primeira vez desde o surto de Covid19. Todos os parceiros enviaram representantes para as instalações de TEKEVER, perto das Caldas da Rainha, Portugal. Vinte pessoas estiveram no local, enquanto dez outras se juntaram ao evento online.

Durante um dia inteiro, os parceiros apresentaram os últimos resultados alcançados, discutiram vários assuntos científicos e tecnológicos relevantes e tomaram decisões relativas às seguintes etapas até ao final do projeto, a 30 de junho de 2023.

Entre os vários resultados apresentados, o destaque vai para os seguintes progressos alcançados:

• Plataforma de Dados: CEIIA, +ATL, IST-MARETEC e TEKEVER descreveram como a plataforma ASTRIIS está a ser desenvolvida, aspetos de interoperabilidade e da interface gráfica
• Marcação de Animais: CEiiA e a Universidade do Minho mostraram os últimos desenvolvimentos sobre o equipamento de marcação de mamíferos marinhos que permite adquirir dados oceânicos sem prejudicar a vida selvagem
• Boias de Superfície Multiparamétricas: WavEC e +ATLANTIC apresentaram uma boia de recolha de dados de instalação fácil que pode recolher dados oceânicos com pouco esforço
• Dados Sísmicos: O IST-CERENA descreveu como o ASTRIIS irá inferir dados oceânicos físicos a partir de levantamentos sísmicos que a indústria petrolífera e de gás descarta
• Gestão de Aquacultura: CEiiA e Ocean Infinity mostraram um sistema de Computer Vision para localizar e estimar o número de peixes de forma a calcular automaticamente a quantidade exata de comida necessária para cada unidade de aquacultura offshore
• Busca & Salvamento: CEiiA e +ATLANTIC introduziram um protótipo de boia/AUV para localizar pessoas perdidas no mar e enviar um pedido de salvamento
• Monitorização de derrames de petróleo: O IST-MARETEC mostrou como as tecnologias de modelação ASTRIIS podem prever a propagação de derrames de petróleo e apoiar operações tripuladas e não tripuladas no mar. TEKEVER apresentou os resultados de um estudo realizado com um Synthetic Aperture Radar (SAR) e como esta tecnologia pode ser utilizada para a deteção de derrames de petróleo.
• Monitorização Ambiental: SPINWORKS apresentou um sensor hiperespectral acoplado a uma câmara térmica, permitindo a monitorização de numerosos fatores ambientais como, por exemplo, fluorescência e algas, deteção de poluição aquática e outros.
• Comunicação de Longo Alcance: TEKEVER apresentou as melhorias em desenvolvimento para alargar a ligação de comunicação entre sensores oceânicos que operam a longas distâncias
• Previsões Oceânicas: Hidromod, IST-MARETEC e Universidade do Algarve mostraram os últimos desenvolvimentos do projeto relativo à modelação numérica da hidrodinâmica oceânica e da temperatura na Zona Económica Exclusiva portuguesa, permitindo o apoio da guarda costeira em missões de busca e salvamento, monitorização da qualidade da água e previsões oceânicas.
• Sensoriamento Multi-Robot Adaptativo: OceanScan-MST e FEUP apresentaram novas estratégias de coordenação automática para a recolha de dados no mar utilizando equipas de robôs autónomos, tanto para o mapeamento do fundo costeiro como para o estudo das massas de água que se sobrepõem no oceano.

Fique atento ao website do ASTRIIS e siga-nos no LinkedIn para obter informações mais detalhadas sobre cada uma destas atividades em curso.

Sob a designação “Atlantic Sustainability Through Remote and In-situ Integrated Solutions”, o ASTRIIS é um projecto português de I&D, financiado pelo Programa Portugal2020, cujo principal objetivo é o desenvolvimento de serviços de informação para apoiar o desenvolvimento sustentável da Economia Azul.

O projeto ajudará a preencher as lacunas de conhecimento existentes através da recolha, harmonização e disponibilização de dados sobre a observação do ambiente marinho com meios in-situ e novas aplicações baseadas na observação da Terra através da teledeteção, quer por plataformas espaciais, quer por meios aéreos.

O consórcio do projeto é liderado pela Tekever Space e junta-se a algumas das principais empresas portuguesas e centros de I&D do sector, nomeadamente +ATLANTIC, CEiiA, ISR, MARETEC e CERENA do IST, LSTS da FEUP, Universidade do Algarve, Universidade do Minho, ISQ, Tekever AS, WavEC, Oceanscan, Abyssal, Hidromod e Spin.Works. O trabalho ASTRIIS está organizado de forma a fornecer um conjunto de produtos e serviços, que emergem da aquisição de dados através da observação in situ e da teledeteção, em combinação com modelação e previsão numérica e integrado numa plataforma de mercado.

A 7 de Abril de 2022, o +ATLANTIC, o MARETEC e a Tekever reuniram-se no Instituto Superior Técnico, Lisboa, para uma reunião presencial para discutir as realizações do projeto e a integração de soluções de modelização na plataforma de mercado. Durante esta reunião, a equipa do projeto definiu os data standards para a comunicação dos resultados dos modelos na plataforma, que funcionará como um centro de dados integrando alguns dos serviços do projeto. Potencialmente, a plataforma pode fornecer acesso a produtos e serviços em áreas tão distintas como:

• Busca e Salvamento
  • Dados in-situ
  • Veículos de Superfície Autónoma (ASV)
  • Imagens a pedido
  • Modelos Lagrangeanos

• Rastreio da floração de algas nocivas na Aquacultura
  • Modelação
  • Propagação
  • Dados in-situ
  • Imagens a pedido

• Dados climáticos históricos
  • Imagens de satélite remotas
  • Dados in-situ
  • Modelação

• Rastreamento de derrames de petróleo
  • Imagens de satélite e dados remotos
  • Modelação
  • Dados in-situ
  • Modelos Lagrangeanos

Em 28 de Abril de 2022, todos os parceiros do ASTRIIS reuniram-se online para discutir os progressos no desenvolvimento do marketplace integrado e as principais realizações do projeto.

Mais notícias de ASTRIIS em breve. Fique atento!

Sob a designação “Atlantic Sustainability Through Remote and In-situ Integrated Solutions”, o ASTRIIS é um projeto de I&D português, financiado pelo Portugal2020, cujo principal objetivo centra-se no desenvolvimento de serviços de informação para apoio do desenvolvimento sustentável da Economia Azul.

O ASTRIIS pretende ajudar a superar a atual dispersão – ou, nalguns casos, inexistência – de informação sobre o meio marinho, imprescindível para o desenvolvimento de sectores económicos na esfera da economia do mar, com elevado potencial de crescimento e de geração de valo e, ainda, a salvaguarda da vida marinha e dos diversos recursos do oceano.

O projeto irá ajudar a colmatar as lacunas de conhecimento existentes através da angariação, harmonização e disponibilização de dados relativos à observação do ambiente marinho com meios in-situ e novas aplicações baseadas na observação da Terra via deteção remota, quer por plataformas espaciais quer por meios aéreos.

As soluções tecnológicas a desenvolver no âmbito do ASTRIIS visam essencialmente a promoção de atividades económicas marítimas e segurança e proteção ambiental do meio marinho. Em concreto, o projeto pretende criar produtos e serviços de informação para apoio à aquacultura, às energias renováveis marinhas, às ações de busca e salvamento no oceano e à identificação de blooms de algas tóxicas, de derrames de hidrocarbonetos e de plásticos no oceano.

No que toca à exploração de resultados, o ASTRIIS irá dar resposta a necessidades concretas de mercado no âmbito da regulação do espaço marítimo e da gestão sustentável e integrada do oceano e zonas costeiras, bem como dos respetivos processos tomada de decisão. O projeto contempla ainda a criação de produtos digitais abertos à sociedade em geral, sendo que alguns serão desenvolvidos para fins educacionais e literacia do oceano.

Sob liderança da Tekever Space, o consórcio do projeto inclui o CoLAB +ATLANTIC, o CEiiA, o ISR, o MARETEC e o CERENA do Instituto Superior Técnico, o LSTS da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, a Universidade do Algarve, a Universidade do Minho, o ISQ, a Tekever AS, a WavEC, a Oceanscan, a Abyssal, a Hidromod e a Spin.Works. O ASTRIIS tem fim previsto para 28 de fevereiro de 2023.