O uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs) tem se tornado cada vez mais comum, principalmente em aplicações de uso civil. No cenário militar, o uso de VANTs tem focado o cumprimento de missões específicas que podem ser divididas em duas grandes categorias: sensoriamento remoto e transporte de material de emprego militar. Este trabalho se concentra na categoria do sensoriamento remoto. O trabalho foca a definição de um modelo e uma arquitetura de referência para o desenvolvimento de sensores inteligentes orientados a missões específicas. O principal objetivo destas missões é a geração de mapas temáticos. Neste trabalho são investigados processos e mecanismos que possibilitem a geração desta categoria de mapas. Neste sentido, o conceito de MOSA (Mission Oriented Sensor Array) é proposto e modelado. Como estudos de caso dos conceitos apresentados são propostos dois sistemas de mapeamento automático de fontes sonoras, um para o caso civil e outro para o caso militar. Essas fontes podem ter origem no ruído gerado por grandes animais (inclusive humanos), por motores de combustão interna de veículos ou por atividade de artilharia (incluindo caçadores). Os MOSAs modelados para esta aplicação são baseados na integração de dados provenientes de um sensor de imageamento termal e uma rede de sensores acústicos em solo. A integração das informações de posicionamento providas pelos sensores utilizados, em uma base cartográfica única, é um dos aspectos importantes tratados neste trabalho. As principais contribuições do trabalho são a proposta de sistemas MOSA, incluindo conceitos, modelos, arquitetura e a implementação de referência representada pelo sistema de mapeamento automático de fontes sonoras. / The use of unmanned aerial vehicles (UAV) has become increasingly common, particularly in civilian applications. In the military scenario, the use of UAVs has focused the accomplishment of specific tasks in two broad categories: remote sensing and transport of military material. This work focuses the remote sensing category. It address the definition of a model and reference architecture for the development of smart sensors oriented to specific tasks. The main objective of these missions is to generate thematic maps. This work investigates processes and mechanisms that enable the automatic generation of thematic maps. In this sense, the concept of MOSA (Mission Oriented Sensor Array) is proposed and modeled. As case studies, we propose two automatic mapping systems for on-the-ground generated sound sources, one for the civilian case and one for the military case. These sounds may come from the noise generated by large animals (including humans), from internal combustion engine vehicles or from artillery activity (including hunters). The MOSAs modeled for this application integrate data from a thermal imaging sensor and an on-the-ground network of acoustic sensors. The fusion of position information, provided by the two sensors, into a single cartographic basis is one of the key aspects addressed in this work. The main contributions are the proposed MOSA systems, including concepts, models and architecture and the reference implementation comprised by the system for automatic mapping of sound sources.

O advento dos veículos aéreos não tripulados (VANTs) representa uma quebra de paradigma no ramo aeronáutico. São revisados os conceitos de projeto envolvidos no desenvolvimento de VANTs e levantadas as suas potenciais aplicações. São também analisadas as características de sua operação e discutidas as questões regulatórias envolvidas na certificação e integração dos VANTs ao tráfego aéreo civil. Dentre as várias características singulares dos VANTs, enfatiza-se a sua necessidade de realizar vôos a grande altitude e com longa autonomia. Isso leva ao emprego de materiais mais leves e configurações com asas de grande alongamento, que provocam menor arrasto induzido. É feita uma revisão sobre materiais compósitos, que são materiais de uso crescente no ramo aeronáutico por sua leveza e resistência, e que por sua característica de anisotropia, são suscetíveis à otimização estrutural. Métodos e ferramentas de otimização estrutural de compósitos laminados ainda são pouco empregados, por suas características discretas e pelo grande número de parâmetros envolvidos. Um método eficiente e adequado à otimização de um problema desse tipo é o método dos algoritmos genéticos (AG). Assim foi desenvolvida uma sub-rotina de otimização baseada em algoritmos genéticos, usando a linguagem de programação Fortran. A sub-rotina desenvolvida trabalha em conjunto com um programa comercial de análise estrutural baseado no método dos elementos finitos, o Ansys. Foi também proposta uma configuração de asa de um VANT típico, de grande alongamento e fabricada com materiais compósitos reforçados com fibras (CRF). A asa proposta teve o número e a orientação das camadas do laminado otimizadas com o uso da sub-rotina desenvolvida, e resultados satisfatórios foram encontrados. Foram também analisados os efeitos da variação dos parâmetros dos operadores do AG, como probabilidades de mutação, cruzamento, tipo de escalonamento, entre outros, no desempenho do mesmo. Também foram feitas otimizações no mesmo modelo de asa proposto, empregando outros métodos disponíveis no próprio programa de análise estrutural. Os resultados das otimizações através desses métodos foram comparados com os resultados obtidos com a sub-rotina desenvolvida / The advent of the unmanned air vehicles (UAVs) represents a paradigm break in the aeronautical field. The project concepts involved in the development of UAVs are revised and its potential applications are rose. Also the issues related to UAVs operation are assessed and the regulatory questions involved in their certification and integration to the civil air space are argued. Amongst many singular characteristics of the UAV, its necessity of performing flights at high altitudes and with long endurance is emphasized. This leads to the employment of lighter materials and to configurations with high aspect ratio wings that cause minor induced drag. A revision on composite materials, which are of increasing use in the aeronautical field for their lightness and strength, and that are appropriate for being optimized due to their anisotropy characteristics, is made. Methods and tools of structural optimization of laminated composites are still seldom employed, due to their discrete nature and to the large number of parameters involved. An efficient and suitable method for the optimization of this kind of problem is the genetic algorithm (GA). Thus, an optimization sub-routine based on genetic algorithms was developed, using FORTRAN programming language. The developed sub-routine works in combination with Ansys, a structural analysis commercial program based on the finite elements method. A configuration of a typical UAV wing, made from composite reinforced plastics (CRP) was also proposed. The proposed wing had the number of plies and the orientations of its layers optimized using the developed sub-routine, and satisfactory results had been found. Also the effect of the variation of AG’s operator parameters in its performance, as mutation probabilities, crossover probabilities, fitness scaling, among others, have been assessed. The same wing model considered was also optimized using other build-in methods of the structural analysis program. The results of these optimizations have been compared with the results obtained with the developed sub-routine

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Modelos de arquitetura têm sido utilizados para permitir o desenvolvimento mais adequado e estruturado de sistemas, desde os mais simples até os mais complexos. A utilização desses modelos em sistemas embarcados, principalmente quando se trata de sistemas embarcados críticos, como é o caso de veículos aéreos não tripulados (VANT), visam a permitir conformidades de padrões, redução no tempo de produção, redução e facilidade no processo de manutenção e desenvolvimento. Sistemas embarcados críticos possuem requisitos específicos, tais como alta confiabilidade e resposta em tempo real, segurança e desempenho. A definição de um modelo arquitetural que permita que esses quesitos sejam levados em consideração, propicie o atendimento aos padrões, além de permitir o desenvolvimento correto e acelerado é inovador, permitindo que não só a comunidade científica venha a ter benefícios com a sua concepção, mas também a indústria brasileira possa ganhar. Nesse sentido, este trabalho desenvolveu um modelo de arquitetura para a interconexão de sistemas aéreos não tripulados (SANTs) em Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) denominado LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). Como resultado deste trabalho foi possível a modelagem e especificação completa de um SANT fazendo uso desse modelo e a realização de diversos experimentos que permitiram validar o LARISSA. Os experimentos, focados na parte de comunicação, permitiram a concepção de um simulador de redes de VANTs. Os resultados obtidos demonstraram a eficiência e a eficácia do modelo de arquitetura LARISSA, além da sua flexibilidade em permitir que diferentes experimentos possam ser realizados, o que auxilia na obtenção de dados que facilitam o processo de certificação desses VANTs. / Architecture models have been used to allow more adequate and structured development of systems, from the simplest to the most complex. The use of models in embedded systems are used to enable compliance standards, reduction in production time and ease of maintenance and development, especially when it comes to critical embedded systems such as unmanned aerial vehicles. Critical embedded systems have specific requirements, such as high reliability and real-time response, security and performance. The definition of an architectural model that deals with these requirements and standards and provides the service to standards allowing the correct and fast development is innovative and will provide benefits to the scientific and industrial communities. In this sense, this work developed an architectural model for the interconnection of Unmanned Aerial Systems (UAS) in Unified Modeling Language (UML)/System Modelling Language (SysML) called LARISSA (Layered ARchitecture model for Interconnection of SystemS in uAs). As a result of this development it was possible the modelling and specification of a complete UAS and the conduction of several experiments that allowed LARISSA validation. The experiments focused on the communication enabled the design of a UAV networks simulator. The results showed the efficiency and effectiveness of LARISSA architecture model, as well as its flexibility in carrying out different experiments, which helps in getting data to facilitate the certification process of these UAVs.

Departamento Nacional de ProduÃÃo Mineral / Nos Ãltimos anos foi exponencial o avanÃo tecnolÃgico dos denominados VeÃculos AÃreos NÃo Tripulados (VANT) Estes equipamentos sÃo capazes de gerar produtos de sensoriamento remoto de elevada acurÃcia com baixo custo operacional desempenhando atividades antes executadas exclusivamente por aeronaves tripuladas Neste contexto o Departamento Nacional de ProduÃÃo Mineral (DNPM) para maximizar suas aÃÃes de fiscalizaÃÃo e gestÃo da mineraÃÃo firmou parceria com a Universidade de BrasÃlia (UnB) para desenvolvimento de um VANT de pequenas dimensÃes capaz de gerar ortomosaicos e Modelos Digitais do Terreno (MDT) de alta acurÃcia Para alcanÃar esse objetivo a UnB desenvolveu uma aeronave de 25 kg equipada com uma cÃmera nÃo mÃtrica capaz de obter fotografias de alta resoluÃÃo que apÃs processadas utilizando o mÃtodo de correlaÃÃo de imagens sobrepostas gera uma nuvem de pontos das coordenadas tridimensionais da superfÃcie permitindo a geraÃÃo de ortomosaicos e MDTs Contudo a tecnologia VANT ainda à considerada emergente SÃo comuns indagaÃÃes sobre o mÃtodo de levantamento o sensor utilizado e principalmente a acurÃcia dos resultados obtidos fato que motivou a elaboraÃÃo deste estudo de caso O objetivo principal desta pesquisa foi realizar a avaliaÃÃo da acurÃcia dos ortomosaicos e MDTs gerados a partir dos dados coletados pelo VANT desenvolvido pela UnB bem como sua aplicaÃÃo no cÃlculo do volume de pilhas de rejeito do calcÃrio sedimentar laminado da Bacia do Araripe no Cearà comercializado com o nome de Pedra Cariri sendo comparada sua acurÃcia com as obtidas pelas tecnologias Global Navigation Satellite System (GNSS) e Light Detecting and Ranging (LIDAR) mais utilizadas pelo seguimento da mineraÃÃo para esta finalidade Para avaliaÃÃo da acurÃcia foi usado o mÃtodo de testes de hipÃteses a partir da anÃlise de tendÃncia e precisÃo sendo os resultados classificados de acordo com o PadrÃo de ExatidÃo CartogrÃfica dos Produtos CartogrÃficos Digitais (PEC-PCD) ApÃs os experimentos realizados foi possÃvel constatar que o VANT-UnB/DNPM à capaz de gerar ortomosaicos e MDTs de alta acurÃcia compatÃveis com os obtidos por aerofotogrametria convencional desde que devidamente orientado por pontos de apoio de solo apresentando melhor acurÃcia no cÃlculo de volume neste estudo de caso se comparado com a modelagem realizada com as tecnologias GNSS e LIDAR / Recently, the technological advancement of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has been exponential. This equipment are capable of generating remote sensing products of high accuracy at low operating costs, carrying out activities previously performed exclusively by manned aircraft. In this context, the National Department of Mineral Production (DNPM), aiming to maximize their actions of oversight and management of mining, has partnered with the University of Brasilia (UnB) for the development of a small UAV capable of generating orthomosaics and Terrain Digital models (TDM) with high accuracy. To achieve such objective, UnB has developed a 2,5 kg aircraft equipped with a small-format camera, nonmetric, capable of obtaining high-resolution photographs, after being processed through method of computing similarities between overlapping images, generates a cloud of points of the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the surface, allowing to generate orthomosaics and TDMs. However, UAV technology is still considered emerging, being common questions about the survey method, used sensor and mainly accuracy of obtained results, a fact that motivated the elaboration in this case study. The main purpose this research is to evaluate of the accuracy of orthomosaics and TDMs generated from the data collected by the UAV developed by UnB, as well it's application in calculating the volume of laminate sedimentary limestone tailings piles of Araripe Basin in CearÃ, extracted in the form of tiles in natura marked under the name of Cariri Stone, compared it's accuracy with the results obtained with Global Navigation Satellite System (GNSS) and Light Detecting and Ranging (LIDAR) technologies, more commonly used by mining for this purpose. To evaluating the accuracy was used hypothesis testing method, from the trend and precision of analysis, and the results classified according to the Standard Cartographic Accuracy of Digital Cartographic Products (PEC-PCD). After the experiments performed, it was possible to acknowledge that the UAVUnB/DNPM is capable of generating with accuracy orthomosaics and MDTs, consistent with those obtained by conventional aerial photography, if properly oriented by ground control points. In this case study, the UAV showed better results when compared with modeling performed through GNSS and LIDAR technologies.

Submitted by Geyciane Santos (geyciane_thamires@hotmail.com) on 2015-06-24T12:53:55Z No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:01:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Approved for entry into archive by Divisão de Documentação/BC Biblioteca Central (ddbc@ufam.edu.br) on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-24T15:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertação - Elda Nunes de Carvalho.pdf: 2461744 bytes, checksum: 32fc857bfdb9e7a48176274b174bf16e (MD5) Previous issue date: 2014-02-28 / Unmanned aerial vehicles (UAV’s) have been the target of research in many applications where there are hazardous conditions to the integrity of the crew. A great effort has been made to increase the autonomy of UAV’s to perform these missions. In the military domain these studies have shown good results. On the other hand, in civil area, researches are still a challenge, due to the lack of investments for the development and absence of specific rules. However, in some situations, the lack of pilots onboard becomes mission execution a nontrivial task. An example is missions on dense forest environments with, specific feature of the Amazon region. This scenario presents a critical role both in autonomous navigation mode and the remotely operated mode, due to the difficulty of navigation in such environments. The use of planners has enabled obtaining paths or trajectories that satisfy criteria navigation performance meeting the requirements of the mission. In general, a set of points is defined in the vehicle navigation space and the planner finds a path that passes through all of these points, taking into account the constraints of motion, time and / or energy consumption of the vehicle. This work addresses the construction of a path planner for fixed wing UAV navigation in three dimensional spaces about sparse forest regions with restriction of flight due to weather and environmental conditions. Unlike the traditional way, the methodology developed here gets specific points in three-dimensional space regions that favor the criteria for flight safety and maneuverability of the aircraft and also meet the requirements of the mission, paving the way from the interpolation of these points with points crossing the coming mission. Experimental tests by simulation in different scenarios show the applicability of UAVpath planner in actual service security and improving mission performance. / Os veículos aéreos não tripulados (VANT) têm sido alvo de pesquisas em diversasaplicações.Um grande esforço tem sido feito para aumentar a autonomia dos VANT’s ao realizar essas missões. Na área militar essas pesquisas têm mostrados bons resultados, por outro lado, na área civil as pesquisas aindasão um desafio, pela carência de investimentos para o desenvolvimento e falta de regulamentação especifica. No entanto, em algumas situações, a falta de pilotoabordo torna a execução da missão uma tarefa não trivial. Um exemplo disso são missões realizadas sobre ambientes florestais com mata densa, característica especificada Região Amazônica. Este cenárioapresentaum papel crítico tanto no modo de navegação autônoma quanto no modoremotamente operado, devido àdificuldade de navegação em tais ambientes. O uso de planejadores tem viabilizadoa obtenção de caminhos ou trajetórias que satisfaçam critérios de desempenho de navegação atendendo aos requisitos da missão. Em geral, um conjunto de pontos passagem é definido no espaço de navegação do veículo e o planejador encontra um caminho que passa por sobre todos esses pontos, levando em consideração as restrições de movimento, tempo, condições ambientaise/ou o consumo de energia do veiculo.Este trabalhoaborda a construção de um planejador de caminho para navegação do VANT de asa fixa no espaço tridimensional sobre regiões esparsas de florestascom restrição de voo devido àscondições de dirigibilidade, climáticas, ambientais. De maneira diferente das tradicionais, a metodologia aqui desenvolvida obtém pontos específicos em regiões do espaço tridimensional que favoreçam os critérios de segurança do voo e dirigibilidade da aeronave e também atendam aos requisitos da missão, construindo o caminho a partir da interpolação desses pontos com os pontos de passagem oriundos da missão. Testes experimentais por meio de simulaçãoem diferentes cenários mostram à aplicabilidade do planejador de caminho em VANT reais no atendimento a segurançae na melhoria do desempenho da missão.

O crescimento do interesse pelas possíveis aplicações civis de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) vem resultando em pressões por diversos setores da sociedade para a regulamentação do uso desse tipo de veículo, sobretudo em espaço aéreo não segregado. No entanto, uma vez que a segurança crítica (safety) no sistema de tráfego aéreo é um item de extrema importância, faz-se necessário aprofundar o conhecimento a respeito do assunto. A fim de se criarem meios que permitam um maior entendimento dos riscos de segurança associados a esse tipo de aplicação, propõe-se nesse trabalho uma abordagem baseada em modelagem e simulação computacional para avaliação de risco de colisão de VANT com outras aeronaves. Os conceitos utilizados para modelagem, implementação e avaliação do VANT são apresentados junto aos resultados preliminares obtidos. Também são apresentados o estado da arte do tema abordado e as atividades futuras de pesquisa a serem realizadas. / The growing interest in possible civil applications of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has resulted in pressure from various sectors of society to regulate the use of this type of vehicle, especially in non-segregated airspace. However, since the critical safety in the air traffic system is an item of major importance, it is necessary to deepen the knowledge on the subject. In order to create means to permit a better understanding of the safety risks associated with this type of application, it is proposed herein an approach based on computer modeling and simulation for assessment of collision risk of an UAV and other aircraft. The concepts used for modeling, implementation and evaluation of UAVs are presented along with preliminary results. Additionally, the state of the art of the theme discussed and future research activities to be performed are presented as well.

Made available in DSpace on 2017-07-10T19:24:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique_ Felipetto fevereiro 2016.pdf: 7587840 bytes, checksum: f69598c86208aad67f665e687c190146 (MD5) Previous issue date: 2016-01-22 / The use of orbital remote sensing (RS) techniques has come out as a tool for decision making in precision agriculture and has been intensified through time. However, sometimes the high cost of this technology, as well as low temporal and spatial resolution are unfeasible with such technique mainly in small areas. Thus, this study aimed at analyzing thoroughtly the use of an unmanned aerial vehicle UAV, at low cost of development and establishment to determine the green indices of crambe crop in the western region of Paraná. The applied methodology developed up from the purchase of equipment until the UAV setting to determine RNIR NDVI and SAVI green indices, based on the images produced by the equipment. It was carried out a comparative with terrestrial to validate data with an active GreenSeeker sensor and a passive Spectroradiometer. As a result, three indices of vegetation for the three sensors were created and statistically compared using Spearman's correlation coefficient at 5% significance level. The studied equipment showed some satisfactory performance and there was no anomaly, since it followed the National Civil Aviation Agency (ANAC) safety standards. According to the economic viability, it was also positive since the setting and development costs did not exceed 10% value of the most part of the equipment currently sold in Brazil. According to the index values generated by sensors entrained in the UAV, it was possible to determine each stage of cranberry plant development, totaling seven flights during it scropcycle. When the passive sensor coupled to the UAV was compared to active field sensors GreenSeeker and Spectroradiometer, the UAV showed a good performance to determine RNIR, NDVI and SAVI indices. Consequently, there was a significant correlation at 5%level only at haying period, which corresponded to blooming and graining start of crambe, for all indices / O uso de técnicas de sensoriamento remoto (SR) orbital como ferramenta de auxílio à tomada de decisão, na agricultura de precisão, vem se intensificando nos últimos tempos. Entretanto, os altos custos dessa tecnologia e a baixa resolução temporal e espacial acabam por vezes inviabilizando tal técnica, sobretudo em pequenas áreas. O objetivo do estudo foi fazer uma análise detalhada da utilização de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de baixo custo de desenvolvimento e implantação, na determinação de índices de vegetação, da cultura de crambe, na região oeste do Paraná. Metodologicamente, o estudo se desenvolveu desde a compra dos equipamentos para a montagem do VANT até a determinação dos índices de vegetação RNIR, NDVI e SAVI, a partir das imagens geradas pelo equipamento. Para a validação dos dados, foi realizado um comparativo com sensores terrestres, sendo um sensor ativo Greenseeker e um sensor passivo Espectroradiômetro. Assim, os três índices de vegetação foram gerados para os três sensores e comparados estatisticamente pelo coeficiente de correlação de Spearman a nível de significância de 5%. O equipamento montado para este estudo apresentou um desempenho satisfatório sem apresentar nenhuma anomalia e atendendo às normas de segurança da ANAC. Do ponto de vista da viabilidade econômica, o resultado também foi positivo, uma vez que os custos de montagem e desenvolvimento não ultrapassaram 10% do valor de grande parte dos equipamentos comercializados atualmente no Brasil. A partir dos valores dos índices gerados pelos sensores embarcados no VANT, foi possível determinar cada etapa do desenvolvimento da planta do crambe, perfazendo sete voos durante o ciclo do cultivo. Quando comparados os sensores passivos acoplados ao VANT com os sensores de campo ativo Greenseeker e passivo Espectroradiômetro, o VANT apresentou um bom desempenho na determinação dos índices RNIR, NDVI e SAVI; entretanto, com correlação significativa ao nível de 5% somente na fase de fenologia correspondente ao florescimento e início da granação do crambe, para todos os índices.

A computação visual é uma área do conhecimento que estuda o desenvolvimento de sistemas artificiais capazes de detectar e desenvolver a percepção do meio ambiente através de informações de imagem ou dados multidimensionais. A percepção visual e a manipulação são combinadas em sistemas robóticos através de duas etapas "olhar"e depois "movimentar-se", gerando um laço de controle de feedback visual. Neste contexto, existe um interesse crescimente no uso dessas técnicas em veículos aéreos não tripulados (VANTs), também conhecidos como drones. Essas técnicas são aplicadas para posicionar o drone em modo de vôo autônomo, ou para realizar a detecção de regiões para vigilância aérea ou pontos de interesse. Os sistemas de computação visual geralmente tomam três passos em sua operação, que são: aquisição de dados em forma numérica, processamento de dados e análise de dados. A etapa de aquisição de dados é geralmente realizada por câmeras e sensores de proximidade. Após a aquisição de dados, o computador embarcado realiza o processamento de dados executando algoritmos com técnicas de medição (variáveis, índice e coeficientes), detecção (padrões, objetos ou áreas) ou monitoramento (pessoas, veículos ou animais). Os dados processados são analisados e convertidos em comandos de decisão para o controle para o sistema robótico autônomo Visando realizar a integração dos sistemas de computação visual com as diferentes plataformas de VANTs, este trabalho propõe o desenvolvimento de um framework para controle de missão e guiamento de VANTs baseado em visão computacional. O framework é responsável por gerenciar, codificar, decodificar e interpretar comandos trocados entre as controladoras de voo e os algoritmos de computação visual. Como estudo de caso, foram desenvolvidos dois algoritmos destinados à aplicação em agricultura de precisão. O primeiro algoritmo realiza o cálculo de um coeficiente de reflectância visando a aplicação auto-regulada e eficiente de agroquímicos, e o segundo realiza a identificação das linhas de plantas para realizar o guiamento dos VANTs sobre a plantação. O desempenho do framework e dos algoritmos propostos foi avaliado e comparado com o estado da arte, obtendo resultados satisfatórios na implementação no hardware embarcado. / Cumputer Vision is an area of knowledge that studies the development of artificial systems capable of detecting and developing the perception of the environment through image information or multidimensional data. Nowadays, vision systems are widely integrated into robotic systems. Visual perception and manipulation are combined in two steps "look" and then "move", generating a visual feedback control loop. In this context, there is a growing interest in using computer vision techniques in unmanned aerial vehicles (UAVs), also known as drones. These techniques are applied to position the drone in autonomous flight mode, or to perform the detection of regions for aerial surveillance or points of interest. Computer vision systems generally take three steps to the operation, which are: data acquisition in numerical form, data processing and data analysis. The data acquisition step is usually performed by cameras or proximity sensors. After data acquisition, the embedded computer performs data processing by performing algorithms with measurement techniques (variables, index and coefficients), detection (patterns, objects or area) or monitoring (people, vehicles or animals). The resulting processed data is analyzed and then converted into decision commands that serve as control inputs for the autonomous robotic system In order to integrate the visual computing systems with the different UAVs platforms, this work proposes the development of a framework for mission control and guidance of UAVs based on computer vision. The framework is responsible for managing, encoding, decoding, and interpreting commands exchanged between flight controllers and visual computing algorithms. As a case study, two algorithms were developed to provide autonomy to UAVs intended for application in precision agriculture. The first algorithm performs the calculation of a reflectance coefficient used to perform the punctual, self-regulated and efficient application of agrochemicals. The second algorithm performs the identification of crop lines to perform the guidance of the UAVs on the plantation. The performance of the proposed framework and proposed algorithms was evaluated and compared with the state of the art, obtaining satisfactory results in the implementation of embedded hardware.

Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Henrique_ Felipetto fevereiro 2016.pdf: 7587840 bytes, checksum: f69598c86208aad67f665e687c190146 (MD5) Previous issue date: 2016-01-22 / The use of orbital remote sensing (RS) techniques has come out as a tool for decision making in precision agriculture and has been intensified through time. However, sometimes the high cost of this technology, as well as low temporal and spatial resolution are unfeasible with such technique mainly in small areas. Thus, this study aimed at analyzing thoroughtly the use of an unmanned aerial vehicle UAV, at low cost of development and establishment to determine the green indices of crambe crop in the western region of Paraná. The applied methodology developed up from the purchase of equipment until the UAV setting to determine RNIR NDVI and SAVI green indices, based on the images produced by the equipment. It was carried out a comparative with terrestrial to validate data with an active GreenSeeker sensor and a passive Spectroradiometer. As a result, three indices of vegetation for the three sensors were created and statistically compared using Spearman's correlation coefficient at 5% significance level. The studied equipment showed some satisfactory performance and there was no anomaly, since it followed the National Civil Aviation Agency (ANAC) safety standards. According to the economic viability, it was also positive since the setting and development costs did not exceed 10% value of the most part of the equipment currently sold in Brazil. According to the index values generated by sensors entrained in the UAV, it was possible to determine each stage of cranberry plant development, totaling seven flights during it scropcycle. When the passive sensor coupled to the UAV was compared to active field sensors GreenSeeker and Spectroradiometer, the UAV showed a good performance to determine RNIR, NDVI and SAVI indices. Consequently, there was a significant correlation at 5%level only at haying period, which corresponded to blooming and graining start of crambe, for all indices / O uso de técnicas de sensoriamento remoto (SR) orbital como ferramenta de auxílio à tomada de decisão, na agricultura de precisão, vem se intensificando nos últimos tempos. Entretanto, os altos custos dessa tecnologia e a baixa resolução temporal e espacial acabam por vezes inviabilizando tal técnica, sobretudo em pequenas áreas. O objetivo do estudo foi fazer uma análise detalhada da utilização de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de baixo custo de desenvolvimento e implantação, na determinação de índices de vegetação, da cultura de crambe, na região oeste do Paraná. Metodologicamente, o estudo se desenvolveu desde a compra dos equipamentos para a montagem do VANT até a determinação dos índices de vegetação RNIR, NDVI e SAVI, a partir das imagens geradas pelo equipamento. Para a validação dos dados, foi realizado um comparativo com sensores terrestres, sendo um sensor ativo Greenseeker e um sensor passivo Espectroradiômetro. Assim, os três índices de vegetação foram gerados para os três sensores e comparados estatisticamente pelo coeficiente de correlação de Spearman a nível de significância de 5%. O equipamento montado para este estudo apresentou um desempenho satisfatório sem apresentar nenhuma anomalia e atendendo às normas de segurança da ANAC. Do ponto de vista da viabilidade econômica, o resultado também foi positivo, uma vez que os custos de montagem e desenvolvimento não ultrapassaram 10% do valor de grande parte dos equipamentos comercializados atualmente no Brasil. A partir dos valores dos índices gerados pelos sensores embarcados no VANT, foi possível determinar cada etapa do desenvolvimento da planta do crambe, perfazendo sete voos durante o ciclo do cultivo. Quando comparados os sensores passivos acoplados ao VANT com os sensores de campo ativo Greenseeker e passivo Espectroradiômetro, o VANT apresentou um bom desempenho na determinação dos índices RNIR, NDVI e SAVI; entretanto, com correlação significativa ao nível de 5% somente na fase de fenologia correspondente ao florescimento e início da granação do crambe, para todos os índices.