Missão de inspeção com LiDAR C1
A simulação fecha a missão completa com um sensor de US$ 100, sem cadastro prévio da torre e sem RTK: 232 fotos por missão. O projeto está no ensaio de bancada do C1.
A simulação demonstrou a missão completa de inspeção com um único LiDAR de US$ 100, sem cadastro prévio da torre e sem RTK.
O roteiro percorre as três fases de ponta a ponta e cobre as três pás em doze passagens fotográficas mais três arcos de raiz, somando 232 fotos por missão. Toda a navegação é medida pelo próprio sensor. O projeto está agora na bancada, verificando as três frentes que ainda não têm resultado medido: a comunicação do Raspberry Pi com a interface, a comunicação do Raspberry Pi com o drone e o alcance útil do sensor em campo.
01Fase atual
Teste do C1 na bancada
O projeto está na bancada, verificando o que a simulação assumiu mas ainda não foi medido. São três frentes independentes: duas de comunicação, que provam que o dado do sensor chega onde precisa chegar, e uma de desempenho óptico, que prova que o dado existe em campo aberto.
Nenhuma delas depende de voo. As três acontecem antes de qualquer comprometimento de sensor ou de firmware embarcado.
| # | Frente em bancada | O que prova | Situação |
|---|---|---|---|
| 1 | Testes de comunicação e leitura Raspberry Pi + C1 → interface web | Que o Raspberry Pi lê o LiDAR de forma estável e entrega as fatias a uma interface de visualização. É o que permite ver o dado bruto e conferir o que o sensor está medindo. | Em execução |
| 2 | Software de comunicação Raspberry Pi + C1 → drone | Que o Raspberry Pi conversa com o drone pelo canal de dados da carga útil, entregando o resultado do processamento ao controle de voo. Sem isso o sensor enxerga, mas não comanda nada. | Em execução |
| 3 | Alcance útil sob sol direto contra gel coat branco | Que o sensor entrega alcance de trabalho contra a superfície branca e brilhante de uma pá, sob luz forte — o pior caso para um sensor óptico barato. | Pendente |
02A pergunta que este trabalho responde
Inspecionar uma pá de aerogerador exige aproximar o drone o suficiente para fotografar dano de milímetros, em uma estrutura de 150 metros de altura, sem tocar nela. A prática corrente resolve isso com cadastro prévio da torre — alguém mede a máquina antes — e com posicionamento RTK, que exige base montada em campo e enlace estável.
Ambos custam: o cadastro custa uma visita anterior e envelhece a cada manutenção; o RTK custa equipamento, montagem e um ponto a mais que pode falhar. A pergunta era se dá para eliminar os dois.
03O sensor de US$ 100 e o que ele não faz
O sensor é um LiDAR 2D com 12 metros de alcance nominal e resolução angular de 0,72°. É pequeno, barato e limitado — e a arquitetura foi desenhada em torno dessas limitações, não apesar delas.
O planejamento trabalha com 8 metros, não com os 12 nominais, e o afastamento das fases de percepção é de 6 metros. A folga existe de propósito: o número que o fabricante publica é obtido em condições de laboratório, e a bancada dirá quanto sobra em campo.
Percepção de perto
A 6 metros da superfície, entrega 7,4 cm de resolução dentro da fatia e 3 cm entre fatias. Densidade suficiente para extrair a geometria da pá e navegar por ela.
Enxergar de longe
Além de 8 metros o planejamento não conta com retorno. Na decolagem, a 30 metros da torre, ele é literalmente cego — e é essa lacuna que o telêmetro da câmera existe para fechar.
A missão nunca depende de um sensor só nos momentos críticos. Durante toda a aproximação inicial há duas medidas independentes da mesma distância, do LiDAR e do telêmetro. Divergência acima de 0,5 m interrompe o avanço automaticamente.
Por que 6 metros de afastamento
O afastamento de percepção não é escolhido por conforto: ele é imposto pela geometria da torre. A torre afina de 2,0 m para 1,3 m de raio da base ao topo, então a superfície mais distante do drone está a 6,7 m quando ele voa a 6 m do costado. Isso deixa 1,3 m de folga dentro do alcance de trabalho — margem suficiente para o perfilamento não piscar sob ruído.
Voar mais longe economizaria nada e custaria caro: a 8 m de afastamento a superfície do topo da torre fica a 8,7 m, e o perfilamento cega por completo — foram 6 de 6 fatias sem retorno no ray-cast da simulação. E é justamente o perfilamento que constrói a nuvem e dá posição sem RTK.
O afastamento de percepção não afeta o produto da inspeção. As fotos são tiradas pela câmera a 15 m, e esse número depende do zoom da H20, não do LiDAR. O sensor guia o drone até a posição certa; quem fotografa é a câmera.
⚙Detalhe técnico — como a torre é encontrada sem cadastro▼
A aquisição inicial usa o telêmetro laser da câmera, varrendo o gimbal de −30° a +30° em passos de 1°. Fora da torre o feixe se perde; sobre ela devolve cerca de 30 m. A transição entre os dois estados marca as bordas da estrutura.
Uma torre de 4 m de diâmetro vista de 30 m de distância subtende 7,6°. Varrendo de 1° em 1° obtêm-se cerca de 7 acertos sobre a estrutura — o suficiente para calcular direção, distância e diâmetro. Se o diâmetro calculado cair fora da faixa de 2 a 6 m, a missão aborta antes de sair do lugar.
Durante o perfilamento vertical, cada fatia passa por ajuste de círculo por RANSAC e por casamento ICP 2D contra a fatia anterior. O erro de pose é corrigido fatia a fatia:
a cada fatia (10 Hz):
pontos = C1.ler()
circ = RANSAC_circulo(pontos)
registra(altura, circ.centro, circ.raio)
delta = ICP_2D(fatia, anterior)
pose.corrige(delta)
nuvem.acumula(pontos, pose)
eixo_torre = ajuste_reta(centros)A altura do cubo não é lida de cadastro: ela é medida. No topo, o arco circular simplesmente acaba de aparecer nas fatias, e essa é a definição operacional do fim da torre. Logo em seguida surge um retângulo — a nacele — cuja direção dá a orientação dela.
Fonte: roteiro F0, etapas 0.2 a 0.5 do simulador.
04Como a missão funciona — três fases
A missão não tenta fazer tudo de uma vez. Ela primeiro descobre a máquina, depois modela a máquina de perto, e só então fotografa de longe, guiada pelo modelo que ela mesma construiu.
Aquisição sem cadastro
Encontra a torre com o telêmetro da câmera, aproxima-se e sobe perfilando. Ao final, torre, altura do cubo e orientação da nacele estão medidas.
Modelo, de perto
Segue as três pás da raiz à ponta, a 0,3 m/s e 6 m de afastamento. Cada fatia é uma seção da pá. Termina com re-fatiamento em software e confirmação do operador.
Fotografia, de longe
12 passagens fotográficas mais 3 arcos de raiz, navegando pelo modelo. O LiDAR sai de percepção e vira guarda de proximidade 360°.
Por que o afastamento fotográfico é 15 m e não 25 m
A 15 metros, os dois níveis de resolução saem da mesma posição, mudando apenas o zoom: varredura a 1,0 mm por pixel e detalhe a 0,3 mm por pixel. A 25 metros, o nível de detalhe exigiria uma distância focal acima da disponível no equipamento — seriam necessárias duas passagens em vez de uma.
⚙Detalhe técnico — aproximação pela raiz e o corte oblíquo▼
Por que a pá é sempre abordada pela raiz
Pense num ponteiro de relógio. Um pequeno erro de hora quase não desloca quem está perto do centro, mas move a ponta vários centímetros. A pá é o ponteiro, e o cubo é o centro.
O rotor é freado com a intenção de parar em posição de Mercedes, mas não para exatamente ali. Um desvio de azimute desloca a pá proporcionalmente ao raio: perto do cubo o erro é pequeno; na ponta, o mesmo desvio vira dezenas de metros.
Ir direto ao meio da pá seria apostar na posição. Pela raiz, o erro cabe dentro do alcance do sensor. A aproximação vai fechando devagar e a pá é adquirida durante esse fechamento, não de uma vez: o drone só assume o afastamento de trabalho de 6 m depois que a seção já está aparecendo de forma estável na fatia.
O ponto de partida da aproximação fica a 13 m laterais do eixo, mas somando a profundidade a pá está a 15,3 m dali — fora de alcance. Não há um instante único de aquisição: ela se dá ao longo do fechamento, à medida que a seção entra no alcance do sensor.
A pá inclinada e o corte oblíquo
Pense em fatiar um salame. Corte perpendicular, sai uma rodela redonda. Corte enviesado, sai uma fatia oval, mais comprida. É o mesmo salame; o que mudou foi o ângulo da faca.
O LiDAR corta sempre na horizontal, porque é assim que ele é montado. Numa pá em pé, isso dá uma rodela fiel. Nas duas pás inclinadas, dá uma fatia esticada.
Isso não corrompe o modelo, porque o modelo não precisa de cortes perpendiculares — precisa de pontos sobre a superfície. A seção verdadeira é extraída depois, em software: ajusta-se o eixo de cada pá sobre a nuvem por PCA e corta-se em planos perpendiculares a esse eixo.
Portão de qualidade antes de fotografar
azimute_medido = mediana(eixos ajustados)
se |ang(P1,P2) - 120| > 3: REJEITA
se residuo_rms > 25 cm: REJEITASe as pás medidas não estiverem a 120° uma da outra dentro de 3°, ou se o resíduo do ajuste passar de 25 cm, o modelo é rejeitado e a fase fotográfica não começa.
Densidade obtida por pá: cerca de 1.630 fatias, ~20 pontos por fatia na corda, cerca de 442 pontos por metro quadrado no afastamento de 6 m — 34 % mais denso que os 332 pontos/m² que o afastamento de 8 m rendia.
05Cobertura e volume de fotos
Cada pá tem quatro superfícies que precisam ser fotografadas, e elas ficam em lados opostos do plano do rotor. São 3 pás × 4 faces = 12 passagens lineares, percorridas alternadamente da raiz à ponta e da ponta à raiz para evitar deslocamento morto, mais um arco de raiz por pá.
| Pá | Intradorso | Bordo de ataque | Extradorso | Bordo de fuga | Arco da raiz | Fotos |
|---|---|---|---|---|---|---|
| P1 · 12 h | B1 · 18 | B2 · 18 | B3 · 18 | B4 · 18 | R1 · 6 órbita 360° | 78 |
| P2 · 4 h | B5 · 18 | B6 · 18 | B7 · 18 | B8 · 18 | R2 · 5 arco 290° | 77 |
| P3 · 8 h | B9 · 18 | B10 · 18 | B11 · 18 | B12 · 18 | R3 · 5 arco 290° | 77 |
| Total | 54 | 54 | 54 | 54 | 16 | 232 |
Contagem no nível de varredura, a 1,0 mm/px. O nível de detalhe, a 0,3 mm/px, é obtido nas mesmas estações apenas mudando o zoom — foi para isso que o afastamento de 15 m foi escolhido.
A ordem das faces é intradorso → bordo de ataque → extradorso → bordo de fuga. Não é arbitrária: assim cada troca é um quarto de arco em torno do eixo da pá, de 90°, nunca um salto de 180° que atravessaria a estrutura.
Bordo de ataque
É a superfície onde ocorre a erosão — a mais crítica das quatro. Recebe o melhor nível de detalhe da missão.
Arco da raiz
Os primeiros 10,8 m não têm as quatro faces: ali a pá ainda é o cilindro do rolamento de passo. É onde o momento fletor é máximo, onde ficam os parafusos de raiz e a linha de colagem.
Arco incompleto
Em duas das três pás a órbita da raiz não fecha 360° — um setor cairia na zona de exclusão da torre. A face é coberta pelas estações que flanqueiam o setor.
06O que a arquitetura entrega e o que ela custa
Elimina três dependências
- Sem cadastro prévio — torre, altura do cubo e orientação da nacele são medidas na hora.
- Sem RTK — nenhuma base em campo, nenhum enlace de correção. A navegação é relativa e medida pelo sensor.
- Sem odometria inercial — nenhuma IMU dedicada; o casamento de fatias substitui a integração inercial e não acumula deriva.
- Sensor de US$ 100 e 110 g, com carga de CPU abaixo de 5 %.
Reduz a margem de reação
- A distância de reação cai de cerca de 60 m para 8 m. O sensor é nominal de 12 m, mas o planejamento adota 8 m para ficar conservador dentro do limite do C1.
- Sem redundância de sensor de percepção: o LiDAR é único.
- Exige procedimento disciplinado — aproximação pela raiz, contato contínuo com o alvo, aborto automático por discrepância entre as duas medidas.
- A fase fotográfica depende de um modelo construído na mesma missão, e portanto do portão de qualidade e da confirmação do operador.
07Andamento
Onde cada frente do trabalho está hoje. Nada aqui depende de decisão da diretoria — é o retrato do que já foi provado e do que está em verificação.
| Frente | Situação | O que já está estabelecido |
|---|---|---|
| Arquitetura de percepção | Simulada | Missão completa demonstrada de ponta a ponta, nas três fases, com ray-cast do sensor a cada fatia. |
| Roteiro de voo | Simulado | As 12 passagens, os 3 arcos de raiz e todos os trânsitos entre pás, com verificação de folga contra o modelo. |
| Cobertura fotográfica | Verificada | 232 fotos por missão, sem grau de circunferência descoberto na raiz. |
| Portões de segurança | Definidos | Aborto por discrepância entre sensores, portão de qualidade do modelo e confirmação do operador antes da fase fotográfica. |
| Alcance do sensor em campo | Em ensaio | Bancada em curso. É a única premissa da arquitetura ainda sem número medido. |
| Implementação embarcada | Aguardando ensaio | Retida por decisão da engenharia até o resultado do alcance, para não comprometer sensor e firmware sobre premissa não verificada. |
Veja a missão sendo executada
O roteiro completo passo a passo, em três vistas simultâneas: elevação frontal, planta superior e a fatia que o LiDAR enxerga naquele instante. Os controles permitem desviar a parada do rotor e trocar alcance e afastamento — quando a bancada devolver o número, basta digitá-lo ali para ver a consequência na missão inteira.