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Monitoramento de aeroportos por satélites durante a pandemia vence concurso

Equipe vencedora conta com pesquisadores da Unicamp, UTFPR, USF (Estados Unidos) e da NTNU (Noruega). Algoritmo permite monitorar o impacto das políticas de abertura e fechamento diante dos casos diários de Covid-19


Por Felipe Mateus

Fotos Reprodução Sentinel HUB

Edição de Imagem Paulo Cavalheri

Fonte Portal Unicamp






Cerca de nove meses depois do início da pandemia do coronavírus, as imagens de cidades europeias vazias, como Roma, Paris e Madri, por conta do lockdown adotado para conter a disseminação do vírus, ainda causam impacto. Os efeitos dessa interrupção geral também foram visíveis nos principais aeroportos da Europa e a relação entre o movimento de aviões pelo continente e o número de casos de covid-19 detectados na região pode oferecer indicadores importantes tanto para a contenção da doença, quanto para o estímulo das economias europeias. Esse é o objetivo de um dos projetos vencedores de um concurso promovido pela Agência Espacial Europeia (European Space Agency - ESA) para o desenvolvimento de algoritmos e recursos digitais que auxiliassem no monitoramento da pandemia por meio de imagens de satélites.

Fotos aéreas mostram a diferença de movimento no Aeroporto Internacional de Roma. Na primeira, em março de 2019, é possível ver o estacionamento cheio de carros. Na segunda, em abril de 2020, o local está quase vazio


Allan da Silva Pinto, pós-doutorando da Unicamp, está entre os membros da equipe vencedora, que conta também com Maurício Pamplona Segundo, Cole Hill e Sudeep Sarkar, da Universidade do Sul da Flórida (USF), Rodrigo Minetto, da Universidade Federal Tecnológica do Paraná (UTFPR) e Ricardo da Silva Torres, professor licenciado da Unicamp e atual membro da Universidade de Ciência e Tecnologia da Noruega (NTNU). O concurso integra as iniciativas do Sentinel Hub, grupo da ESA que incentiva o desenvolvimento de tecnologias com base em dados e recursos fornecidos pela agência. "Desde o início da pandemia, a Agência Espacial Europeia criou uma plataforma para o desenvolvimento de ferramentas que auxiliassem a comunidade no monitoramento dos efeitos relacionados à pandemia. Esta plataforma contemplava várias iniciativas para a criação de indicadores que podem auxiliar governantes nas tomadas de decisão em diversos assuntos (por exemplo, poluição, uso de recursos naturais e agricultura), sendo que a maior parte delas feitas por membros da própria agência. Entretanto, a ESA, em colaboração com a Comissão Europeia, lançou uma competição com a proposta de que pesquisadores de todo mundo pudessem fornecer métodos que pudessem ser utilizados como novos indicadores de atividades econômicas e humanas para auxiliar nas tomadas de decisões relacionadas às estratégias de lockdown", explica Rodrigo.


Os projetos deveriam ter como foco uma das três áreas indicadas pela ESA: monitoramento de atividades econômicas, movimentação de pessoas ou ainda atividades agrícolas. Para o desenvolvimento, foram disponibilizadas imagens do satélite Sentinel-2, ferramentas e materiais de apoio fornecidos pela Agência Espacial. A proposta do grupo foi então analisar a movimentação de voos nos 30 aeroportos mais movimentados da Europa, em 18 países, e detectar quando a pandemia do coronavírus passou a se refletir no tráfego de aeronaves. "Nossa ideia foi desenvolver um software, que utiliza inteligência artificial, e consegue fazer esse monitoramento automático do número de aviões que decolam e pousam nesses aeroportos", sintetiza Maurício.

Sentinel 2, satélite da Agência Espacial Europeia, que forneceu imagens para o desenvolvimento do projeto


Movimentação normal até fevereiro. Em março, tudo mudou


Para que fosse possível a identificação do momento em que a pandemia afetou de forma significativa a movimentação nos aeroportos, Allan explica que o grupo reuniu dados fornecidos pelo satélite em uma série temporal mais longa, de 2015 até outubro de 2020. Isso foi necessário porque a região já apresenta uma redução no número de voos durante o período de inverno, por conta da neve que se acumula nos aeroportos. Assim, o algoritmo criado foi capaz de traçar a curva de voos durante esse longo prazo e estabelecer quando essa queda ocorreu de forma abrupta, indicando o fechamento. "Basicamente, esse algoritmo fornece uma curva (série temporal) que informa a quantidade de voos detectados em cada dia. Com isso, fazendo uma análise dessa série, conseguimos detectar o que chamamos de ruptura na série (breaking point), uma mudança abrupta nessa série que caracteriza o período de queda brusca no número de voos, que corresponde ao início do lockdown. Conseguimos detectar isso pelo algoritmo. A partir disso, nós usamos um modelo linear para estimar a taxa de recuperação de aeroportos", detalha o pesquisador.

Aeroportos monitorados pelo projeto: os pontos em azul mostram movimentação normal de voos pelo continente. Em vermelho, são indicados aeroportos com queda no número de voos


Cada uma das imagens do satélite que foram utilizadas abrange uma área de aproximadamente 6 mil km², o equivalente a 840 mil campos de futebol. Elas permitiram a observação dessas regiões próximas dos aeroportos e a detecção de aviões em voo graças ao efeito de paralaxe resultante da movimentação do satélite e dos aviões. Com base nessa detecção pelas imagens, o algoritmo foi capaz de traçar a curva contendo o número de voos em cada um dos aeroportos. Para comparar os dados obtidos pelo projeto, o grupo utilizou os indicadores da OpenSky Network, base de dados que permite o acompanhamento de voos ao redor do mundo em tempo real.

Exemplos de voos detectados pelo satélite. Com elas, o algoritmo foi capaz de traçar curvas com o número de voos nos aeroportos


As curvas obtidas pelo algoritmo mostram o início da interrupção nas atividades aeroportuárias em fevereiro de 2020, chegando ao menor patamar nos meses de abril e maio. Conforme o número de casos da covid-19 diminuiu no continente no fim do primeiro semestre, acompanhado do período de férias de verão na Europa, foi possível identificar a retomada da movimentação em alguns aeroportos. Como o monitoramento foi realizado até outubro, com base em dados de setembro, o grupo não conseguiu identificar efeitos da segunda onda da pandemia no continente. No entanto, eles observam que a correspondência entre a curva de casos e de movimentação nos aeroportos pode auxiliar no controle da pandemia e no incentivo a setores econômicos do continente.


"Esse indicador que construímos pode ser utilizado para promoção de políticas públicas de abertura e fechamento, por exemplo. Estamos agora trabalhando em uma publicação que relaciona esses dados com o aumento ou diminuição de casos da covid-19. Se você tem um aumento na atividade dos aeroportos, ou uma taxa de recuperação acelerada, mas isso acompanha um aumento de casos de Covid, significa que algo está errado. Governantes e tomadores de decisão do setor aeroportuário podem usar esse indicador para saber o melhor momento de abrir ou restringir suas atividades, por exemplo", explica Allan.

Movimentação de voos ao longo do tempo nos aeroportos de Paris (gráfico 1) e Madri (gráfico 2). Nos dois locais, houve queda expressiva no número de voos entre março e abril de 2020


Do céu para o mar


O monitoramento realizado pelo grupo para elaboração do algoritmo já foi finalizado, mas a experiência vai auxiliar no desenvolvimento de outros projetos. Todo o sistema ficará disponível para acesso gratuito a outros pesquisadores e desenvolvedores. Além disso, eles já planejam dar sequência a esse tipo de monitoramento aplicando o indicador fornecido pelo algoritmo a outros contextos.


"Por exemplo, a Noruega é um país com atividade portuária muito grande, então uma das ideias que estudamos é ajudá-los a medir essa atividade com base na leitura do fluxo de navios que chegam e saem da costa do país. Nesse caso, o que muda é o algoritmo de inteligência para detectar os navios. O problema é que existem navios petroleiros, pesqueiros, então há um trabalho a se fazer para refinar o algoritmo para ele fazer essa diferenciação", comenta Ricardo Torres.


Pesquisador na área de aprendizado de máquinas, Allan desenvolve projetos relacionados a soluções que envolvem sistemas de biometria e também pesquisas em áreas que relacionam inteligência artificial e esportes. Apesar da novidade de trabalhar com imagens de satélite para desenvolver algoritmos que monitoram aeroportos, ele reflete que a união de especialidades diferentes em um mesmo projeto pode contribuir de forma positiva para a inovação: "A tendência é essa, trabalhar com pessoas de outras áreas e tentar encontrar soluções aos problemas".


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