Ao observar a situação atual, na qual atos de vandalismo e terrorismo tornaram-se frequentes e cada vez mais presentes ao redor do mundo, principalmente em grandes cidades, torna-se clara a necessidade de equipar as forças policiais com tecnologias de observação e monitoramento inteligentes, capazes de identificar e monitorar indivíduos potencialmente perigosos que possam estar infiltrados nas multidões. Ao mesmo tempo, com sua recente popularização, veículos aéreos não tripulados, também chamados VANTs e conhecidos popularmente como "drones", acabaram por tornar-se ferramentas baratas e eficientes para diversas aplicações, incluindo observação, fornecendo a seus utilizadores a capacidade de monitorar alvos, áreas, ou prédios de forma segura e quase imperceptível. Unindo estas duas tendências, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema multi-VANT para observção de alvos móveis em multidões, demonstrando a possibilidade de utilização de pequenos VANTs comerciais comuns para o monitoramento de grupos de pedestres. O principal objetivo de tal sistema é monitorar continuamente indivíduos de interesse em um grupo de pessoas, visitando cada um destes indivíduos alternadamente, de forma a manter um registro geral do estado de cada um deles Um sistema deste tipo poderia, por exemplo, ser utilizado por autoridades no controle de manifestações e outras atividades em que grandes grupos de pessoas estejam envolvidos, ajudando a polícia e outros órgãos a identificar indivíduos com comportamento suspeito ou agressivo mais rapidamente, evitando ou minimizando os efeitos de atitudes de vandalismo e de ataques terroristas. Com o intuíto de abordar tal problema da forma mais completa e adequada possível, esta tese apresenta a concepção e o desenvolvimento de um sistema híbrido composto de três diferentes algoritmos: um algoritmo de distribuição de alvos; um de roteamento; e um de repasse de alvos. Primeiramente, neste sistema, um algoritmo de distribuição de alvos baseado em um paradigma de mercado que simula um leilão distribui os alvos entre os VANTs da melhor forma possível. Os VANTs, por sua vez, utilizam um algoritmo genético de roteamento para resolver uma instância do Problema do Caixeiro Viajante e decidir a melhor rota para visitar cada alvo sob sua responsabilidade. Ao mesmo tempo, o sistema analisa a necessidade de redistribuição dos alvos, ativando um algoritmo capaz de realizar esta ação ao perceber sua necessidade quando na iminência de perder algum alvo de vista. Ao fim de seu desenvolvimento, o sistema proposto foi testado em uma série de experimentos especialmente desenvolvidos para avaliar seu desempenho em situações controladas e comprovar sua eficiência para realizar a missão pretendida. / Observing the current scenario, where terrorism and vandalism acts have become commonplace, particularly in big cities, it becomes clear the need to equip law enforcement forces with an efficient observation method, capable of identifying and observing potentially threatening individuals on crowds, to avoid or minimize damage in case of attacks. Moreover, with the popularization of small lightweight Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), these have become an affordable and efficient tool, which can be used to track and follow targets or survey areas or buildings quietly, safely and almost undetectably. This work presents the development of a multi-UAV based crowd monitoring system, demonstrating a system that uses small Commercial Of The Shelf (COTS) UAVs to periodically monitor a group of moving walking individuals. The goal of this work is to develop a coordination system for a swarm of UAVS capable of continuously monitoring a large group of individuals (targets) in a crowd, alternately observing each of them at a time while trying to not lose sight of any of these targets. A system equipped with a group of UAVs running this proposal can be used for law-enforcement applications, assisting authorities to monitor crowds in order to identify and to follow suspicious individuals that can have attitudes that could be classified as vandalism or linked to terrorist attack attempts To address this problem a system composed of three parts is proposed and was developed in this thesis. First, an auction algorithm was put in place to distribute interest targets among the multiple UAVs. The UAVs, in turn, make use of a genetic algorithm to calculate the order in which they would visit each of the targets on their observation queue. Moreover, a target handover algorithm was also implemented to redistribute targets among the UAVs in case the system judged that a target was about to be lost by its current observer UAV. The proposed system was evaluated through a set of experiments set-up to verify and to demonstrate the system capabilities to perform such monitoring task, proving its efficiency. During these experiments, it is made clear that the system as a whole has a great potential to solve this kind of moving target monitoring problem that can be mapped to a Time Dependent Travel Salesman Problem (TDTSP), observing targets, and redistributing them among UAVs as necessary during the mission.

Home environments are changing as more technological devices are used to improve daily life. The growing demand for high technology in our homes means that robot integration will soon arrive. Home devices are evolving in a connected paradigm in which data flows to perform efficient home task management. Heterogeneous home robots connected in a network can establish a workflow that complements their capabilities and so increases performance within a mission execution. This work addresses the definition and requirements of a robot-group mission in the home context. The proposed solution relies on a network of smart resources, which are defined as cyber-physical systems that provide high-level service execution. Firstly, control middleware architecture is introduced as the execution base for the Smart resources. Next, the Smart resource topology and its integration within a robotic platform are addressed. Services supplied by Smart resources manage their execution through a robot behavior architecture. Robot behavior execution is hierarchically organized through a mission definition that can be established as an individual or collective approach. Environment model and interaction tasks characterize the operation capabilities of each robot within a mission. Mission goal achievement in a heterogeneous group is enhanced through the complement of the interaction capabilities of each robot. To offer a clearer explanation, a full use case is presented in which two robots cooperate to execute a mission and the previously detailed steps are evaluated. Finally, some of the obtained results are discussed as conclusions and future works is introduced. / Los entornos domésticos se encuentran sometidos a un proceso de cambio gracias al empleo de dispositivos tecnológicos que mejoran la calidad de vida de las personas. La creciente demanda de alta tecnología en los hogares señala una próxima incorporación de la robótica de servicio. Los dispositivos domésticos están evolucionando hacia un paradigma de conexión en el cual la información fluye para ofrecer una gestión más eficiente. En este entorno, robots heterogéneos conectados a la red pueden establecer un flujo de trabajo que ofreciendo nuevas soluciones y incrementando la eficiencia en la ejecución de tareas. Este trabajo aborda la definición y los requisitos necesarios para la ejecución de misiones en grupos de robots heterogéneos en entornos domésticos. La solución propuesta se apoya en una red de Smart resources, que son definidos como sistemas ciber-físicos que proporcionan servicios de alto nivel. En primer lugar, se presenta la arquitectura del middleware de control en la cual se basa la ejecución de los Smart resources. A continuación se detalla la topología de los Smart resources, así como su integración en plataformas robóticas. Los servicios proporcionados por los Smart resources gestionan su ejecución mediante una arquitectura de comportamientos para robots. La ejecución de estos comportamientos se organiza de forma jerárquica mediante la definición de una misión con un objetivo establecido de forma individual o colectiva a un grupo de robots. Dentro de una misión, las tareas de modelado e interacción con el entorno define las capacidades de operación de los robots dentro de una misión. Mediante la integración de un grupo heterogéneo de robots sus diversas capacidades son complementadas para el logro un objetivo común. A fin de caracterizar esta propuesta, los mecanismos presentados en este documento se evaluarán en detalle a lo largo de una serie experimentos en los cuales un grupo de robots heterogéneos ejecutan una misión colaborativa para alcanzar un objetivo común. Finalmente, los resultados serán discutidos a modo de conclusiones dando lugar el establecimiento de un trabajo futuro. / Els entorns domèstics es troben sotmesos a un procés de canvi gràcies a l'ocupació de dispositius tecnològics que milloren la qualitat de vida de les persones. La creixent demanda d'alta tecnologia a les llars assenyala una propera incorporació de la robòtica de servei. Els dispositius domèstics estan evolucionant cap a un paradigma de connexió en el qual la informació flueix per oferir una gestió més eficient. En aquest entorn, robots heterogenis connectats a la xarxa poden establir un flux de treball que ofereix noves solucions i incrementant l'eficiència en l'execució de tasques. Aquest treball aborda la definició i els requisits necessaris per a l'execució de missions en grups de robots heterogenis en entorns domèstics. La solució proposada es recolza en una xarxa de Smart resources, que són definits com a sistemes ciber-físics que proporcionen serveis d'alt nivell. En primer lloc, es presenta l'arquitectura del middleware de control en la qual es basa l'execució dels Smart resources. A continuació es detalla la tipologia dels Smart resources, així com la seva integració en plataformes robòtiques. Els serveis proporcionats pels Smart resources gestionen la seva execució mitjançant una arquitectura de comportaments per a robots. L'execució d'aquests comportaments s'organitza de forma jeràrquica mitjançant la definició d'una missió amb un objectiu establert de forma individual o col·lectiva a un grup de robots. Dins d'una missió, les tasques de modelatge i interacció amb l'entorn defineix les capacitats d'operació dels robots dins d'una missió. Mitjançant la integració d'un grup heterogeni de robots seves diverses capacitats són complementades per a l'assoliment un objectiu comú. Per tal de caracteritzar aquesta proposta, els mecanismes presentats en aquest document s'avaluaran en detall mitjançant d'una sèrie experiments en els quals un grup de robots heterogenis executen una missió col·laborativa per aconseguir un objectiu comú. Finalment, els resultats seran discutits a manera de conclusions donant lloc a l'establiment d'un treball futur. / Munera Sánchez, E. (2017). MISSION-ORIENTED HETEROGENEOUS ROBOT COOPERATION BASED ON SMART RESOURCES EXECUTION [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/88404 / TESIS