Detecção de linhas de alta tensão em ambientes complexos é uma das tarefas mais desafiadoras em inspeções que utilizam Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs). Este trabalho foca em dar uma solução para este desafio, através do desenvolvimento de um algoritmo de controle de voo de precisão, que guie o VANT de maneira autônoma sobre as linhas de alta tensão. O algoritmo proposto é baseado em quatro etapas: Captura da Imagem, Filtragem da Imagem, Detecção das Linhas e Controle de Voo. Inicialmente a imagem é redimensionada para um tamanho em que as linhas fiquem em maior evidência, depois uma sequência de filtros é aplicada na imagem para reduzir ruído e evidenciar ainda mais as linhas. Depois deste pré-tratamento, um filtro de duas dimensões com formato similar ao de uma linha de alta tensão é usado para extrair os pixels pertencentes as bordas destas linhas. Após a aplicação do filtro de duas dimensões, a Transformada de Hough é aplicada na imagem resultante para detectar os segmentos de reta. Por fim, todos os dados obtidos no processamento da imagem são utilizados para guiar o VANT de maneira autônoma pelas linhas de transmissão. O algoritmo proposto apresenta um eficiente sistema de detecção de linhas de alta tensão, para auxiliar o controle de voo autônomo de um VANT, apresentando resultados convincentes. / Power lines detection in complex environments is one of the most important and challenging tasks in Unmanned Aerial Vehicles (UAV)-based inspections. This work focuses on tackling this challenge by developing a control algorithm to support fine grain UAV control to autonomously guide the aerial platform over the power lines. The proposed algorithm is based on four stages: Image Capturing, Image Filtering, Line Detection and Flight Control. Firstly, the image is cropped to a size that fits all the power lines, then a sequence of filters is applied in the image to reduce noise and highlight these lines. After all the image's pretreatment, a 2D filter with similar shape of a power transmission line is used to extract pixels that belongs to the line's edges. Then, the Hough Transform method detects the line segments in the edges result image. Lastly all the obtained data is used to autonomously guide a UAV over the power transmission lines. The proposed algorithm presents an efficient power transmission lines detecting system to support the autonomous UAV guidance, which presents convincing results.

A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), também chamados UAV (Unmanned Aerial Vehicle) vem ganhando espaço nas mais diversas áreas, tais como inspeções em linhas de transmissão e em torres de fracionamento de refinarias, entre outros. Já na construção civil, estudos recentes estão sendo focados na utilização dos VANTs para inspeção de pontes, viadutos e estradas. O presente trabalho visa fornecer uma análise para o uso de VANT na área civil, na detecção de manifestações patológicas em revestimentos de argamassa, de forma a auxiliar na procura por fissuras em fachadas, sobretudo aqueles que a visualização esteja prejudicada, seja pela distância ou pela acessibilidade difícil ao local. Este trabalho analisa possíveis implementações de dois algoritmos de processamentos de imagens desenvolvidos a partir da ferramenta MATLAB para a indicação de presença de fissuras na alvenaria, obtendo o desempenho destes diferentes algoritmos quando executados em software em plataforma que possibilite a embarcação em VANTs. Utilizando a geração automática de código em C a partir do ambiente MATLAB, é realizada uma análise temporal em plataforma ARM e RISC dos algoritmos propostos, demonstrando a oportunidade de utilização de dispositivos na tarefa de processamento de imagem para a aplicação proposta. Esta análise possibilita a previsão do comportamento na utilização de um VANT, uma vez que isto pode impactar na velocidade durante a aplicação e consequentemente sua autonomia. / The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), has been gaining space in several areas, such as inspections of transmission lines, refineries fractionation towers among others. In the construction, recent studies have been focused on the use of UAVs for inspection of bridges, viaducts and roads. The present study aims to provide an analysis using UAVs in the civil construction area, in the detection of pathologic manifestations mortar coatings in order to aid in the search for cracks in the facades especially those that visualization is impaired, or may be the distance the accessibility difficult to spot. This paper provides an analysis of two algorithms of image processing developed from the Matlab tool for indicating the presence of cracks in masonry, getting the performance of these different algorithms when implemented in software platform that enables the vessel in UAV. Using the automatic generation of C/C++ code from the MATLAB environment is performed the temporal analysis on ARM and RISC plataform of the proposed algorithms demonstrates the opportunity to use devices in the image processing task for the proposed application. This analysis allows the prediction of the behavior of a UAV using one since it can impact velocity during application, and therefore their autonomy.

A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), também chamados UAV (Unmanned Aerial Vehicle) vem ganhando espaço nas mais diversas áreas, tais como inspeções em linhas de transmissão e em torres de fracionamento de refinarias, entre outros. Já na construção civil, estudos recentes estão sendo focados na utilização dos VANTs para inspeção de pontes, viadutos e estradas. O presente trabalho visa fornecer uma análise para o uso de VANT na área civil, na detecção de manifestações patológicas em revestimentos de argamassa, de forma a auxiliar na procura por fissuras em fachadas, sobretudo aqueles que a visualização esteja prejudicada, seja pela distância ou pela acessibilidade difícil ao local. Este trabalho analisa possíveis implementações de dois algoritmos de processamentos de imagens desenvolvidos a partir da ferramenta MATLAB para a indicação de presença de fissuras na alvenaria, obtendo o desempenho destes diferentes algoritmos quando executados em software em plataforma que possibilite a embarcação em VANTs. Utilizando a geração automática de código em C a partir do ambiente MATLAB, é realizada uma análise temporal em plataforma ARM e RISC dos algoritmos propostos, demonstrando a oportunidade de utilização de dispositivos na tarefa de processamento de imagem para a aplicação proposta. Esta análise possibilita a previsão do comportamento na utilização de um VANT, uma vez que isto pode impactar na velocidade durante a aplicação e consequentemente sua autonomia. / The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), has been gaining space in several areas, such as inspections of transmission lines, refineries fractionation towers among others. In the construction, recent studies have been focused on the use of UAVs for inspection of bridges, viaducts and roads. The present study aims to provide an analysis using UAVs in the civil construction area, in the detection of pathologic manifestations mortar coatings in order to aid in the search for cracks in the facades especially those that visualization is impaired, or may be the distance the accessibility difficult to spot. This paper provides an analysis of two algorithms of image processing developed from the Matlab tool for indicating the presence of cracks in masonry, getting the performance of these different algorithms when implemented in software platform that enables the vessel in UAV. Using the automatic generation of C/C++ code from the MATLAB environment is performed the temporal analysis on ARM and RISC plataform of the proposed algorithms demonstrates the opportunity to use devices in the image processing task for the proposed application. This analysis allows the prediction of the behavior of a UAV using one since it can impact velocity during application, and therefore their autonomy.

Many methods have been developed for visual tracking of generic objects. The vast majority of these assume the world is two-dimensional, either ignoring the third dimension or only dealing with it indirectly. This causes difficulties for the tracker when the target approaches or moves away from the camera, is occluded or moves out of the camera frame. Unmanned aerial vehicles (UAVs) are increasingly used in civilian applications and some of these will undoubtedly carry tracking systems in the future. As they move around, these trackers will encounter both scale changes and occlusions. To improve the tracking performance in these cases, the third dimension should be taken into account. This thesis extends the capabilities of a 2D tracker to three dimensions, with the assumption that the target moves on a ground plane. The position of the tracker camera is established by matching the video it produces to a sparse point-cloud map built with off-the-shelf structure-from-motion software. A target is tracked with a generic 2D tracker and subsequently positioned on the ground. Should the target disappear from view, its motion on the ground is predicted. In combination, these simple techniques are shown to improve the robustness of a tracking system on a moving platform under target scale changes and occlusions.

A segurança nos voos de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) é uma importante questão e vem ganhando destaque devido a uma série de acidentes com tais aeronaves. O aumento do número de aeronaves no espaço aéreo e a autonomia cada vez maior para realizar missões estão entre outros elementos que merecem destaques. No entanto, pouca atenção tem sido dada a autonomia da aeronave em casos emergenciais [Contexto]. Nesse contexto, o desenvolvimento de algoritmos que efetuem o planejamento de rotas na ocorrência de situações críticas é fundamental para obter maior segurança aérea. Eventuais situações de insegurança podem estar relacionadas a uma falha nos equipamentos do veículo aéreo que impede a continuação da missão em curso pela aeronave [Lacuna]. A presente pesquisa avança o estado da arte considerando um conceito chamado In-Flight Awareness (IFA), que estabelece consciência situacional em VANTs, visando maior segurança de voo. Os estudos também avançam na proposição de modelos matemáticos que representem o estado da aeronave avariada, viabilizando o pouso emergencial e minimizando possíveis danos [Propósito]. Este trabalho utiliza técnicas de computação evolutiva como Algoritmos Genéticos (AG) e Algoritmos Genéticos Multi-Populacional (AGMP), além de uma Heurística Gulosa (HG) e um modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) no tratamento de falhas críticas juntamente com o conceito de IFA [Metodologia]. As soluções obtidas foram avaliadas através de experimentos offline usando os modelos matemáticos desenvolvidos, além de validadas em um simulador de voo e em um voo real. De forma geral, o AG e AGMP obtiveram resultados equivalentes, salvando o VANT em aproximadamente 89% dos mapas. A HG conseguiu trazer a aeronave até uma região bonificadora em 77% dos mapas dentro de um tempo computacional abaixo de 1 segundo. No modelo PLIM, o tempo gasto foi de cerca de quatro minutos já que garantia a otimalidade da solução encontrada. Devido ao seu elevado tempo computacional, uma estratégia evolvendo rotas pré-calculadas foi definida a partir do PLIM, mostrando-se bastante promissora. Nos experimentos envolvendo simulador de voo foram testadas diferentes condições de vento e se verificou que mesmo sobre tais condições os métodos desenvolvidos conseguiram efetuar o pouso com segurança [Resultado]. O trabalho apresentado colabora com a segurança de Veículos Aéreos Não Tripulados e com a proposta de modelos matemáticos que representem a aeronave em caso de situações críticas. Os métodos, de forma geral, mostraram-se promissores na resolução do problema de pouso emergencial já que trouxeram a aeronave com segurança até regiões interessantes ao pouso em um baixo tempo computacional. Isso foi atestado pelos resultados obtidos a partir das simulações offline, em simulador de voo e em voo real [Conclusão]. As principais contribuições do trabalho são: modelagem de regiões adequadas ao pouso, modelagem de falhas, arquitetura do sistema planejador de rotas e modelo linear para para pouso emergencial [Contribuição]. / The security involved in flights of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is an important issue and is achieving prominence due to a number of accidents involving such aircraft. Other elements that deserve highlights are the increase in the number of aircraft in the airspace and autonomy to perform missions, however, little attention has been given to the autonomy of the aircraft in emergency cases [Context]. In this context, the development of algorithms that contribute significantly to the path planning in the event of critical situations is essential for more air traffic. Possible situations of insecurity may be related to a failure in the equipment of vehicle that prevents the continuation of the current mission by aircraft [Gap]. The research advances the state of the art considering a concept called In-Flight Awareness (IFA), which provides situational awareness in UAVs aiming at greater flight safety. Advances also in the developing of mathematical models that represent the state of the damaged aircraft, with the purpose to execute the emergency landing by minimizing damages [Purpose]. Thus, this work applies evolutionary computation techniques such as Genetic Algorithms (GA) and Multi-Population Genetic Algorithms (MPGA), as well as a Greedy Heuristic (GH) and a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model to deal with critical situations along with the concept of IFA [Methodology]. The solutions obtained were evaluated through offline experiments using the developed mathematical models, which were validated in a flight simulator and a real-world flight. In General, the GA and MPGA reached similar results by saving the UAV in approximately 89% of the maps, while the GH was able to bring the aircraft to a bonus region for 77% of maps within a feasible computational time lower than 1 second. In the MILP model, the time spent was about four minutes since it guarantees optimality of the solution found. Due to such high computational time, a strategy involving nearby routes pre-calculated was defined from the MILP which was very promising. In experiments involving flight simulator, different wind conditions were tested and it was found that even under such conditions the methods developed have managed to execute the landing safely [Result]. The work presented collaborates with the safety of Unmanned Aerial Vehicles and with the proposal of mathematical models that represent the aircraft under critical situations. The methods, in general, were promising since they brought the aircraft to execute a safe landing within a low computational time as shown by offline simulations, flight simulator and real flight [Conclusion]. The main contributions are: fault modeling, system architecture planner routes and linear model for emergency landing. [Contribution].

This paper aims to present the thesis developed in the Doctoral Programin Computer Science and Computational Mathematics of the ICMC/USP. The thesis theme seeks to advance the state of the art by solving the problems of scalability and representation present in mission planning algorithms for Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Techniques based on mathematical programming and evolutionary computation are proposed. Articles have been published, submitted or they are in final stages of preparation.These studies report the most significant advances in the representation and scalability of this problem. Mission planners worked on the thesis deal with stochastic problems in non-convex environments,where collision risks or failures in mission planning are treated and limited to a tolerated value. The advances in the representation allowed to solve violations in the risks present in the original literature modeling, besides making the models more realistic when incorporating aspects such as effects of the air resistance. Efficient mathematical modeling techniques allowed to advance from a Mixed Integer Nonlinear Programming (MINLP) model, originally proposed in the literature, to a Mixed Integer Linear Programming (MILP) problem. Modeling as a MILP led to problem solving more efficiently through the branch-and-algorithm. The proposed new representations resulted in improvements from scalability, solving more complex problems within a shorter computational time. In addition, advances in scalability are even more effective when techniques combining mathematical programming and metaheuristics have been applied to the problem. / O presente documento tem por objetivo apresentar a tese desenvolvida no Programade Doutorado em Ciência da Computação e Matemática Computacional do ICMC/USP. O tema da tese busca avançar o estado da arte ao resolver os problemas de escalabilidade e representação presentes em algoritmos de planejamento para missões com Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs). Técnicas baseadas em programação matemática e computação evolutiva são propostas. Artigos foram publicados, submetidos ou se encontram em fase final de elaboração. Esses trabalhos reportamos avanços mais significativos obtidos na representação e escalabilidade deste problema.Os planejadores de missão trabalhados na tese lidam com problemas estocásticos em ambientes não convexos, onde os riscos de colisão ou falhas no planejamento da missão são tratados e limitados a um valor tolerado. Os avanços na representação permitiram solucionar violações nos riscos presentes na modelagem original, além de tornar os modelos mais realistas ao incorporar aspectos como efeitos da resistência do ar. Para isso, técnicas eficientes de modelagem matemática permitiram avançar de um modelo de Programação Não-Linear Inteira Mista(PNLIM), originalmente proposto na literatura, para um problema de Programação Linear Inteira Mista (PLIM). A modelagem como um PLIM levou à resolução do problema de forma mais eficiente através do algoritmo branch-and-cut. As novas representações propostas resultaram em melhorias na escalabilidade, solucionando problemas mais complexos em um tempo computacional menor.Além disso,os avanços em escalabilidade mostraram-se mais efetivos quando técnicas combinando programação matemática e metaheurísticas foram aplicadas ao problema.

No description available.

In recent years, companies such as Amazon and DHL have started to develop alternative last-mile delivery options because of the growing trend in e-commerce. Last-mile deliveries refer to the terminal to customer deliveries and have become increasingly challenging to manage, as traffic congestions in cities has risen. Therefore, companies have begun searching for alternative delivery methods, such as autonomous drones or unmanned aerial vehicles (UAV). The purpose of this thesis is to investigate drones in the current literature on last-mile delivery. First, by conducting a systematic literature review on the current literature available in two major databases. Second, by analyzing the collected literature sample and presenting it through a descriptive analysis focusing on bibliometrics and a thematic analysis that identifies emerging themes for drivers for drones’ application in last-mile delivery, barriers for drones’ application in last-mile delivery, and approaches for implementing drones in last-mile delivery.                        Drones’ application in last-mile delivery has the potential to reduce cost, decrease delivery time, reduce emissions, and reduce energy consumption. However, barriers that hinder the implementation, such as governmental regulations, need further consideration for the implementation to occur. Some evident gaps can be found related to the barriers. Both managers and researchers might find the thesis useful, as it provides a holistic view on the subject, with theoretical, managerial, and societal implications being presented.

This diploma thesis deals with the processing and evaluation of the pictures taken by unmanned aerial vehicles - UAV. The introductory part is devoted to the definition, use, applications and types of UAV especially for photogrammetric purposes. Also the software equipment is described, including a description and examples of several types of possible outcomes. Further the measurements, computational works and process of elaboration in used software programs are described. Achieved outcomes of elaboration are also presented. In conclusion, the overall evaluation and assessment of the results of measurement is done of set of points.

The thesis deals with aerodynamic characteristics identification from flight measurement. The topic is part of flight mechanic – handling qualities. The first theoretic part consists of three identification methods description: Error equation method, Output error method and Filter error method. Mathematical model of an airplane is defined and restricted to the motion with 3 degree of freedom. There is also introduced simulation of flight measurement for identification software validation. Practical part is focused on experiment preparation, execution and evaluation. The airplane VUT 700 Specto had been chosen to carry out flight tests. The airplane was modified to the new electric powered VUT 700e Specto after first measurement flights with combustion engine. Data record from on-board measurement unit was completed by telemetric data from autopilot and remote control system. Flight tests were carried out in stabilised mode of autopilot in symmetric flight. The results were confronted with analytical analysis results and DATCOM+ software parameter estimation.