A maior parte de desastres químicos no estado de São Paulo é gerada por acidentes com transporte rodoviário de cargas perigosas (cerca de 40%). A coleta de informações ambientais das áreas atingidas depende de vistoria emergencial que muitas vezes traz riscos e dificuldades às equipes de atendimento envolvidas. O objetivo principal da pesquisa foi verificar a aplicabilidade de sensoriamento remoto por VANTs para auxílio na avaliação e monitoramento de impactos ambientais causados por acidentes envolvendo transportes de cargas perigosas em rodovias. Para isso, foram caracterizados os principais projetos de sensoriamento remoto por VANTs existentes e em desenvolvimento e identificadas evoluções e tendências de aplicações, em especial, civis, com maior detalhamento dos projetos brasileiros. Identificaram-se os benefícios que a tecnologia pode oferecer para a aplicação desejada. Definiu-se a parametrização técnica de VANTs mais adequados para viabilizar a aplicação em análise. Foi indicado um VANT da classe Mini ou Close Range. Foram identificados os cenários ambientais possíveis em situações emergenciais pós acidentes com transporte rodoviário de cargas perigosas. A partir das informações levantadas, estudou-se a viabilidade técnica, econômica e legal da aplicação por meio de hipóteses e deduções. Os resultados mostram que imagens aéreas podem auxiliar as equipes a avaliarem remotamente a situação ambiental, de forma mais rápida e segura e com geração de melhores informações. Além disso, a tecnologia pode trazer vantagens econômicas para os responsáveis pelo acidente. Conclui-se que atualmente as plataformas VANTs e sensores passíveis de serem transportados por elas são aplicáveis e podem servir adequadamente de tecnologia para sensoriamento remoto, com foco para o uso proposto. Porém, faz-se a ressalva que do ponto de vista legal, atualmente há restrições para a atividade de VANTs no Brasil que podem inviabilizar a utilização em foco. / The most part of chemical disaster in the São Paulo state is generated by accidents involving hazardous cargo highway transportation (40%). The acquisition of environmental information in these areas depends of an emergency survey that often brings risks and difficulties for care teams involved. The main objective of the research was to verify the applicability of UAV remote sensing to assist evaluation and monitoring environmental impacts caused by accidents involving hazardous materials transport on highways. The major UAV remote sensing projects existing were characterized and trends of applications were identified. Brazilian and civil projects were detailed. The benefits offered by technology for desired applications were identified and a technique parameterization of adequate UAVs, for application under considerations, was defined. A Mini or Close Range UAV was appointed. The possible environmental scenarios in post emergency situations, involving accidents caused by road transportation of dangerous cargoes, were identified. From the information gathered, technical feasibility, economic and legal aspects were studied, through assumptions and deductions The results show that aerial images can help teams remotely assess the environmental situations, generating better, faster and safer information. Moreover, technology can bring economic advantages to those responsible for the accidents. We conclude that currently, UAV platforms and sensors are applicable and constitute an adequate remote sense technology for its intended use. However, there are legal restrictions for the UAV activity in Brazil that can derail its utilization.

Esta dissertação apresenta o desenvolvimento da teoria de dinâmica de voo e o conceito de controle a ser aplicado na modelagem e simulação de voo de um VANT com decolagem e pouso vertical proposto. Um conceito de aeronave de asa semi-tandem é projetado e os coeficientes aerodinâmicos, propriedades inerciais e parâmetros de controle são estimados, o que permitiu a implementação da teoria proposta. O modelo fez uso das equações de movimento multi-corpos onde a aeronave é dividida em partes de forma que a asa, o estabilizador horizontal e os rotores sejam entidades independentes. Além disso, o sucesso da fase de transição de voo pairado para cruzeiro e de cruzeiro para voo pairado pode ser verificado se houver a possibilidade da aeronave trimar ao longo do regime de velocidades de voo, em outras palavras, se houver uma combinação de estados de movimento que mantenha a aeronave estável do voo pairado para a condição de cruzeiro. Assim, as curvas de trimagem que expressam os estados são calculadas usando a minimização de uma função de custo envolvendo a soma dos quadrados de alguns dos estados de movimento, definidos pelas equações de movimento mencionadas anteriormente. Tal minimização é realizada usando o algoritmo Simplex Sequencial. Além disso, é apresentada uma estratégia de controle que estabiliza a aeronave durante a transição de voo pairado para configuração de cruzeiro, que é testada em simulação computacional de um voo longitudinal acelerado e desacelerado, ou seja, de voo pairado para cruzeiro e de cruzeiro para voo pairado. Finalmente, um protótipo da aeronave estudada é apresentado. / This thesis presents the development of the flight dynamics theory and control concept to be applied in the modeling and flight simulation of a proposed VTOL UAV. A semi-tandem wing aircraft concept is designed and the aerodynamic coefficients, inertial properties and controls parameters are estimated, which allowed the implementation of the proposed theory. The model made use of the multi-body equations of motion where the aircraft is divided in parts so that the wing, horizontal stabilizer and rotors are independent entities. Additionally, the success of the transition phase from hovering to cruise and from cruise to hovering can be verified if there is the possibility of the aircraft to trim along the flight speed regime, in other words, if there is a combination of states of motion that keep the aircraft stable from hover to cruise condition. So, the trim curves expressing the states are computed using the minimization of a cost function involving the sum of the squares of some of the states of motion, defined through the equations of motion previously mentioned. Such minimization is performed using the Sequential Simplex algorithm. Moreover, a control strategy that stabilizes the aircraft while it transitions from hovering to cruise configuration is presented, which is tested in computer simulation of an accelerated and decelerated longitudinal flight, that is, from hovering to cruise condition, and from cruise to hovering condition. Finally, a prototype of the aircraft studied is presented.

A crescente demanda por Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) tem sido objeto de preocupação por parte das organizações internacionais responsáveis pela segurança do espaço aéreo. O uso de VANT em condições restritas tem sido realizado pelos interessados e envolvidos, mas para que o VANT seja economicamente viável, há a necessidade de regulamentação ainda não existente para sua integração segura no Espaço Aéreo Controlado e Não Segregado. Em função dessa demanda não atendida, nesta Tese foi desenvolvido um método (Safety-VANT) que avalia a segurança crítica da condução do VANT, tarefa realizada por um Sistema Autônomo de Pilotagem. O desenvolvimento do Método Safety-VANT tem como missão fornecer aos órgãos reguladores, assim como aos desenvolvedores de VANT, meios de quantificar a avaliação de segurança na navegabilidade aérea dessas aeronaves. Uma hipótese considerada para o método é a de que o hardware e software (aviônicos, fuselagem, sensores e atuadores) do VANT estejam previamente avaliados e certificados pelos mesmos procedimentos e regras aplicáveis para os equipamentos de aeronaves tripuladas. Essa hipótese permitiu que o desenvolvimento do método de avaliação de segurança Safety-VANT fosse direcionado para avaliar a capacidade de comando autônomo de um VANT para voar, navegar e comunicar de acordo com as regras do sistema de gerenciamento e controle do tráfego aéreo. A aplicação do Safety-VANT foi exercitada sob um VANT hipotético definido como sendo capaz de voar, navegar e se comunicar com o Controle de Tráfego Aéreo e que tenha os equipamentos e estrutura da aeronave (fuselagem) que o constitui, devidamente certificados. Adicionalmente são realizadas considerações sobre como implantar a utilização do Safety-VANT no desenvolvimento de VANT Autônomo com a missão de ser integrado no Espaço Aéreo. / The growing demand for unmanned aerial vehicles (UAV) has been a subject of concern on the part of international organizations responsible for airspace safety. UAV has been used by stakeholders in strict conditions, but for UAV to become economically viable, it is necessary to issue regulations that still do not exist for safe integration in the controlled non-segregated airspace. In the light of this unattended demand, a method (Safety-VANT) was developed in this Thesis to evaluate the critical safety of UAV conduction, a task performed by a Piloting Autonomous System. The development of the Safety-VANT method aims to provide UAV regulators and developers, means of quantifying the safety assessment in the aircraft airworthiness. A hypothesis used in the method considers that the UAV hardware and software (avionics, fairing, sensors and actuators) are previously evaluated and certified by the same procedures and rules applicable to manned aircraft equipment. This hypothesis allowed the Safety-VANT - the developed safety assessment method - to evaluate the ability of an autonomous command embedded in an UAV to fly, to navigate and to communicate, according to the management of air navigation system rules. The Safety-VANT application was exercised under a hypothetical UAV set to being able to fly, to navigate and to communicate with Air Traffic Control and it has the equipment and the certified aircraft structure (fairing). In addition, considerations are performed for deploying the use of Safety-VANT in autonomous UAV development to integrate it into the Airspace.

Submitted by Kilvya Braga (kilvyabraga@hotmail.com) on 2018-04-27T11:35:02Z No. of bitstreams: 1 DIEGO PAES DE ANDRADE PEÑA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5093848 bytes, checksum: c6e79e54502ec5a0ff9ff5b410ffd362 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-27T11:35:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DIEGO PAES DE ANDRADE PEÑA - DISSERTAÇÃO (PPGEM) 2016.pdf: 5093848 bytes, checksum: c6e79e54502ec5a0ff9ff5b410ffd362 (MD5) Previous issue date: 2016-09-02 / CNPq / A aeroelasticidade é o campo da ciência que estuda a correlação entre as forças aerodinâmicas, elásticas e de inércia. Tal ciência é de grande importância no campo aeronáutico uma vez que as estruturas alares são flexíveis, devem suportar os esforços aerodinâmicos e serem rígidas o suficiente para garantir que esteja livre de todos os problemas aeroelásticos característicos (divergência, eficiência de controle, flutter e buffeting) dentro da faixa operacional de velocidades desenvolvida pela aeronave. Realizou-se uma análise modal da estrutura a fim de se conhecer os modos naturais de vibração e as respectivas frequências naturais. Para tal, utilizou-se o ANSYS Structural e o método dos elementos finitos, além de um estudo de malha para verificar a convergência dos resultados. Estudou-se também a influência da posição do lastro na ponta da placa plana, que causa a diminuição da segunda frequência natural. Além disso, realizou-se uma análise bidimensional de um volume de controle do tipo C-Grid, uma vez que o tamanho do volume de controle em uma análise aerodinâmica computacional é um fator extremamente importante. Com um volume de controle grande, tem se mais elementos na malha, caso o mesmo seja pequeno, as condições de contorno juntamente com os tamanhos dos elementos podem interferir nos resultados dos campos de velocidade e pressão em torno da estrutura. Nesse contexto, utilizou-se do software ANSYS Fluent para a simulação aerodinâmica da placa plana inclinada e obtenção dos coeficientes aerodinâmicos de sustentação e arrasto CL e CD. Os resultados foram comparados com resultados experimentais em túnel de vento de Goudeseune (SELIG; ROBERT; WILLIAMSON, 2011). Através do cálculo do Grid Convergence Index (GCI) e da comparação dos resultados numéricos com os dados experimentais constatou-se a convergência e conseguiu-se determinar um tamanho de volume de controle com erro baixo e aceitável. A análise fluido-estrutura acoplada de duas vias foi realizada com o ANSYS Structural para analisar a dinâmica estrutural através do método dos elementos finitos e o ANSYS CFX para resolver o campo do escoamento mediante método dos volumes finitos. Obtiveram-se o comportamento oscilatório da estrutura, além do coeficiente de amortecimento e tensões de von Mises. Analisando o comportamento transiente da dinâmica estrutural mediante um fluxo aerodinâmico constante (velocidade fixa). As simulações representaram bem o fenômeno, já que com o aumento da velocidade, o escoamento induz maior amortecimento à estrutura quando comparado com baixas velocidades. / The aeroelasticity is the field of science that studies the relationship between the aerodynamic elastic and inertia forces. Such knowledge is of great importance in the aviation field since the wing structures are flexible, must withstand the aerodynamic loads and be rigid enough to ensure that it is free from all aeroelastic problems like divergence, control efficiency, flutter and buffeting within the operating speed range. We carried out a modal analysis of the structure in order to know the natural vibration modes and natural frequencies. To this end, we used the ANSYS Structural with finite element method, a mesh study to verify the convergence of the results. It is also studied the influence of the slender body position of the tip of the flat plate, which causes the decrease of the second natural frequency. Furthermore, there was a twodimensional analysis of a volume control type C-Grid, since the control volume aerodynamic size in a computational analysis is an extremely important factor. A large volume of control has more elements in the mesh if it is small, the boundary conditions together with the sizes of elements may affect the results of the velocity field and pressure around the structure. In this context, we used the ANSYS FLUENT for the aerodynamic simulation of the inclined flat plate, and obtaining the aerodynamic support, and drag coefficients CL and CD. The results were compared with experimental results of Goudeseune wind tunnel (SELIG; ROBERT; WILLIAMSON, 2011). By calculating the Grid Convergence Index (GCI) and comparing the numerical results with experimental data found the convergence and managed to determine a control volume size with low and acceptable error. The fluid-structure coupled two-way analysis was performed using ANSYS Structural to analyze the structural dynamics through the finite element method and ANSYS CFX to resolve the flow field by the finite volume method. It was possible to obtain the oscillatory behavior of the structure, besides the damping coefficient and von Mises stresses. Analyzing the transient behavior of structural dynamics by a constant aerodynamic flow (fixed speed), the simulations represented the phenomenon as well, since with the increase in speed, the flow induces cushioning structure as compared to low speed

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-04-03T21:15:21Z No. of bitstreams: 1 OrildoDeLimaESilva_DISSERT.pdf: 10653683 bytes, checksum: a0aad2b3ae9ff3382f46da744b549427 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-04-07T22:08:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 OrildoDeLimaESilva_DISSERT.pdf: 10653683 bytes, checksum: a0aad2b3ae9ff3382f46da744b549427 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-07T22:08:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 OrildoDeLimaESilva_DISSERT.pdf: 10653683 bytes, checksum: a0aad2b3ae9ff3382f46da744b549427 (MD5) Previous issue date: 2016-08-23 / Este estudo teve seu foco em dados de superf?cie e sub-superf?cie rasa, permitindo a caracteriza??o da evolu??o recente do carste epig?nico em quatro est?gios. Durante o Est?gio 1 as fraturas foram abertas pelo processo de dissolu??o, as quais formaram caminhos verticais em escala centim?trica ? m?trica. O conjunto mais abrangente de fraturas concentra a dissolu??o. Ao longo de camadas horizontais intersectadas pelas fraturas tamb?m se observa dissolu??o intraestratal e interestratal. Este sistema de canaliza??o forneceu os caminhos para o fluxo de ?gua, gerando avan?ada lixivia??o. A expans?o alargamento desses condutos em sub-superf?cie ocasiona no Est?gio 2 a queda de blocos, gera??o de dolinas e cavernas. Durante o Est?gio 3, a propaga??o da dissolu??o horizontal e vertical ao longo de fraturas e camadas causam coalesc?ncia de dolinas e captura de pequenos riachos que evoluem para vales incisos e canyons, como pode ser observado no Riacho do Livramento, afluente do rio Apodi-Mossor?, descrito na ?rea III deste estudo. Processos fluviais dominam a dissolu??o do carste durante o Est?gio 4, onde os sedimentos aluviais que recobrem a superf?cie c?rstica carbon?tica, resultando no preenchimento e posterior soterramento de cavernas e dolinas ao longo do vale. Observou-se assim que a influ?ncia do controle tect?nico e do acamamento sedimentar ocorre em todas as fases de evolu??o do carste, resultando nas diversas estruturas e formas de relevo coexistentes espacialmente e que se sucedem, temporalmente, durante os diversos est?gios descritos. Os dados aqui apresentados corroboram os resultados obtidos em outros estudos utilizando dados de GPR, po?os e levantamentos s?smicos, tanto na Bacia Potiguar como em outras bacias sedimentares que evidenciaram que tais estruturas podem ser preservadas ap?s o soterramento. / This research analyzes different types of karst landforms and their relationships with fracture systems, sedimentary bedding, and fluvial processes. We mapped karst features in Cretaceous carbonates of the Janda?ra Formation in the Potiguar Basin, Brazil. The study area is a semi-arid region, with low annual rainfall (600mm) and high evaporation (2000mm). We used high-resolution digital elevation models acquired by Light Detection and Ranging (LiDAR) and aerial ortophotographs acquired by unmanned aerial vehicle (UAV). This study focuses on surface and near surface process and grouped karst evolution into four stages. Fractures were opened by dissolution, which form vertical fluid pathways during stage 1 in a centimetric to metric scale. The most pervasive set of fracture concentrates the dissolution. Coeval intrastratal and interstratal dissolution occurred along horizontal layers, which bound dissolved fractures. This conduit system acted as pathways for water flow, which caused advanced leaching. The enlargement of conduits in subsurface contributed to the collapse of blocks, generation of sinkholes, and caves expansion in stage 2. During stage 3, propagation of horizontal and vertical dissolution along fractures and layers cause coalescence of sinkholes and capture of small streams. Fluvial processes dominate karst dissolution during stage 4, where alluvial sediments that caps the carbonate karst surface and fill caves and sinkholes along the valley. Tectonic and sedimentary bedding control all stages of karst evolution and resulting structures and landforms formed during these stages coexist. Comparisons with GPR, borehole and seismic surveys in sedimentary basins indicate that these structures are preserved after burial.

A maior parte de desastres químicos no estado de São Paulo é gerada por acidentes com transporte rodoviário de cargas perigosas (cerca de 40%). A coleta de informações ambientais das áreas atingidas depende de vistoria emergencial que muitas vezes traz riscos e dificuldades às equipes de atendimento envolvidas. O objetivo principal da pesquisa foi verificar a aplicabilidade de sensoriamento remoto por VANTs para auxílio na avaliação e monitoramento de impactos ambientais causados por acidentes envolvendo transportes de cargas perigosas em rodovias. Para isso, foram caracterizados os principais projetos de sensoriamento remoto por VANTs existentes e em desenvolvimento e identificadas evoluções e tendências de aplicações, em especial, civis, com maior detalhamento dos projetos brasileiros. Identificaram-se os benefícios que a tecnologia pode oferecer para a aplicação desejada. Definiu-se a parametrização técnica de VANTs mais adequados para viabilizar a aplicação em análise. Foi indicado um VANT da classe Mini ou Close Range. Foram identificados os cenários ambientais possíveis em situações emergenciais pós acidentes com transporte rodoviário de cargas perigosas. A partir das informações levantadas, estudou-se a viabilidade técnica, econômica e legal da aplicação por meio de hipóteses e deduções. Os resultados mostram que imagens aéreas podem auxiliar as equipes a avaliarem remotamente a situação ambiental, de forma mais rápida e segura e com geração de melhores informações. Além disso, a tecnologia pode trazer vantagens econômicas para os responsáveis pelo acidente. Conclui-se que atualmente as plataformas VANTs e sensores passíveis de serem transportados por elas são aplicáveis e podem servir adequadamente de tecnologia para sensoriamento remoto, com foco para o uso proposto. Porém, faz-se a ressalva que do ponto de vista legal, atualmente há restrições para a atividade de VANTs no Brasil que podem inviabilizar a utilização em foco. / The most part of chemical disaster in the São Paulo state is generated by accidents involving hazardous cargo highway transportation (40%). The acquisition of environmental information in these areas depends of an emergency survey that often brings risks and difficulties for care teams involved. The main objective of the research was to verify the applicability of UAV remote sensing to assist evaluation and monitoring environmental impacts caused by accidents involving hazardous materials transport on highways. The major UAV remote sensing projects existing were characterized and trends of applications were identified. Brazilian and civil projects were detailed. The benefits offered by technology for desired applications were identified and a technique parameterization of adequate UAVs, for application under considerations, was defined. A Mini or Close Range UAV was appointed. The possible environmental scenarios in post emergency situations, involving accidents caused by road transportation of dangerous cargoes, were identified. From the information gathered, technical feasibility, economic and legal aspects were studied, through assumptions and deductions The results show that aerial images can help teams remotely assess the environmental situations, generating better, faster and safer information. Moreover, technology can bring economic advantages to those responsible for the accidents. We conclude that currently, UAV platforms and sensors are applicable and constitute an adequate remote sense technology for its intended use. However, there are legal restrictions for the UAV activity in Brazil that can derail its utilization.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T14:38:40Z No. of bitstreams: 1 joaopedrocarvalhodesouza.pdf: 18276186 bytes, checksum: 402b9ec7121d8ad1bc3f51202005d04e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-27T18:00:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaopedrocarvalhodesouza.pdf: 18276186 bytes, checksum: 402b9ec7121d8ad1bc3f51202005d04e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T18:00:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaopedrocarvalhodesouza.pdf: 18276186 bytes, checksum: 402b9ec7121d8ad1bc3f51202005d04e (MD5) Previous issue date: 2018-02-08 / Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) demonstram-se como tecnologia promissora visto sua alta aplicabilidade e custos reduzidos. Assim, esses veículos são estudados por engenheiros e pesquisadores que visam, além de aplicá-los, melhorar seu desempenho, segurança e torná-los autônomos e de fácil interação. Etapas de voos como decolagem, subida, cruzeiro, descida e aterrissagem são objetos de estudos para melhoria de perfomance dessas aeronaves. A aterrissagem é uma etapa delicada para o veículo, cuja operação inadequada pode resultar em acidentes e perdas. Com esse intuito, a presente dissertação propõe uma técnica para o pouso autônomo/assistido de VANTs embarcado ao veículo, sem a necessidade de estações base de processamento. Para o sensoriamento, é utilizado o algoritmo de visão computacional denominado Ar Track Alvar para identificação de marcadores artificiais, utilizados como local de pouso. A configuração do local de pouso visa a aplicação da aterrissagem em alturas mais elevadas, pois são utilizados diferentes marcadores artificiais para a sua composição. O algoritmo de pouso também é uma contribuição do presente trabalho, no qual a execução é realizada por uma Rede Neural Artificial (RNA), do tipo Multilayer Perceptron, cujo treinamento é supervisionado por uma lógica fuzzy que utiliza a inferência Mamdani. A utilização do fuzzy torna-se viável devido a sua característica não determinística, sendo menos susceptível a ruídos de sensoriamento. Outro ponto importante é a não necessidade de se ajustar ganhos para o procedimento para cada aeronave usada, tornando-se o processo perigoso e trabalhoso. Esse revés é visto em controladores clássicos como o PID. Apesar das vantagens da lógica fuzzy, essa se mostra computacionalmente custosa devido a seu processo Mamdani. Como uma RNA treinada é um conjunto de operações matriciais, é proposto o treinamento da mesma supervisionada pelo algoritmo fuzzy já funcional. Assim se reduz a complexidade computacional do algoritmo embarcado facilitando o processsamento de imagem. O firmware de aterrissagem proposto é desenvolvido sobre o framework Robot Operation System (ROS) e focado para replicação em dispositivos reais e embarcados. Os resultados são apresentados em Software in the Loop (SITL) e em experimentos reais em ambientes externos para locais de pouso estáticos e dinâmicos. A comparação de desempenhos dos algoritmos é mostrada. O desempenho atingido foi satisfatório e a capacidade da RNA, além da redução da complexidade computacional, foram verificadas. / Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are shown as promising technology because of their high applicability and low costs. Thus, these vehicles are engineers and researchers studies targets that aim, in addition to applying them, to improve their performance, safety and make them autonomous and easily interaction. Flight stages such as takeoff, ascent, cruise, descent and landing are objects of studies to improve these aircrafts performance. Landing is a delicate stage for the vehicle, whose improper operation can result in accidents and losses. With this purpose, the present dissertation proposes a technique for the UAVs autonomous/assisted landing onboard the vehicle, without the use of ground control stations. As a sensing, the Ar Track Alvar computational vision algorithm is used to identify artificial markers used as a landing site. The landing site configuration aims the application of landing at higher altitudes, as different artificial markers are used for its composition. The landing algorithm is also a contribution of the present work, in which the execution is performed by an Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (ANN) whose training is supervised by a logic fuzzy that uses the Mamdani inference. The use of fuzzy becomes viable due to non-deterministic characteristic and is less susceptible to sensing noise. Another important point is the no need to adjust gains for the procedure for each aircraft used, making the process dangerous and laborious. This setback is seen in classic controllers like the PID. Despite the advantages of fuzzy logic, this is computationally costly due to its Mamdani process. As a trained RNA is a set of matrix operations, it is proposed to train it supervised by the already functional fuzzy algorithm. This reduces the computational complexity of the embedded algorithm, facilitating image processing. The proposed landing firmware is developed on the Robot Operation System (ROS) and is focused on replication on real and embedded devices. The results are presented in Software in the Loop (SITL) and in real experiments at outdoor environments for static and dynamic landing spots. Comparison of algorithm performances is also shown. The performance was satisfactory and the RNA capacity and computational complexity reduction were verified.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TIAGO GERKE.pdf: 2494737 bytes, checksum: 62b5d2787dcdebe0e9ccf39bfa75f626 (MD5) Previous issue date: 2017-02-03 / Wheat cultivation plays an important role to Brazil and the world economic development, as well as in the human diet. The wheat Brazilian production is insufficient to meet the national demand, making research needed in order to improve the yield of this cereal. The goal of this work was to estimate wheat yield, searching for a predictive model through the data mining techniques, with data obtained from high spatial resolution images collected by unmanned aerial vehicles (UAV). The work was carried out in two experimental areas at Ponta Grossa city, Parana state, where for each area eight images were taken, at different culture development stages, with spatial resolution of 3.4cm/px and two images with resolution 10cm/px and 20cm/px, using an eBee UAV with an RGB and a NIR camera. The image processing was done with the Pix4D software, and resulted in an orthomosaics with reflectance values at different wavelengths: Red, Green and Blue, from the RGB camera and Red, Greed and NIR from the NIR camera, besides an image with NDVI values obtained from the arithmetic of NIR and Red wavelengths. The georeferencing correction of each orthomosaic and the extraction of the reflectance values were done with Quantum GIS geographic information system (GIS). From the extracted reflectance values, databases in different proportions (10%, 20%, 40%, 70% and 100%) were created for data mining, using the SMOReg algorithm, based on a support vector machine (SVM) for regression (SVR). The georreferencing correction using 10 control points provided ortomosaics with mean square error (RSME) of distance of 0.35m, which did not show significant difference compared to the correction with 5 control points (RMSE = 0.38m). The reflectance values were different for each study area, making it difficult to indicate better periods for estimating wheat yield. The highest correlation were obtained with data from RGB camera images, followed by the NIR and NDVI camera, with correlations of 0.6168,0.5423 and 0.5324, respectively. The amount of information extracted from the images, reflected in the proportion of the databases, was not significant to generated predictive models, as well as in the correlation indexes, which were statistically the same. Better correlation indices were obtained from the data extracted from the images with spatial resolution of 20cm/px, which suggests that high spatial resolution images may not be adequate for wheat yield estimation. / O cultivo do trigo desempenha um papel importante no desenvolvimento econômico de várias regiões do Brasil e do mundo, bem como na dieta humana. A produção brasileira do trigo é insuficiente para atender à demanda nacional, tornando necessárias pesquisas com intuito de melhorar a produtividade desse cereal. O objetivo desse trabalho foi a estimativa de produtividade do trigo, a partir da criação de modelos preditivos por meio da mineração de dados obtidos em imagens de alta resolução espacial, coletadas por aeronave remotamente pilotada (RPA). O trabalho foi realizado em duas áreas experimentais na cidade de Ponta Grossa – PR, onde para cada área foram feitas oito coletas de imagens, em diferentes estádios de desenvolvimento da cultura, com resolução espacial de 3,4cm/px e duas coletas com resolução 10cm/px e 20cm/px, através de uma RPA eBee utilizando uma câmera RGB e outra NIR. O processamento das imagens foi feito a partir do software Pix4D, e resultou em um ortomosaicos com os valores de refletância em diferentes comprimentos de onda: R, G e B da câmera RGB e R, G e NIR da câmera NIR, além de uma imagem com valores de NDVI obtidos a partir da aritmética das bandas Nir e Red (vermelho). A correção de georreferenciamento de cada ortomosaico e a extração dos valores de refletância foram feitas com auxílio do sistema de informação geográfica (SIG) Quantum GIS. A partir dos valores de refletância extraídos, foram criadas bases de dados em diferentes proporções (10%, 20%, 40%, 70% e 100%) para mineração de dados por meio do algoritmo SMOReg, baseado em máquina de vetor de suporte (SVM) para regressão (SVR). A correção de georreferenciamento utilizando 10 pontos de controle proporcionou ortomosaicos com erro médio quadrático (RSME) de distância de 0,35m, o qual não mostrou diferença significativa para a correção com 5 pontos de controle (RMSE = 0,38m). Os valores de refletância foram diferentes para cada área de estudo, tornando difícil a indicação de melhores períodos para a estimativa de produtividade do trigo. Os maiores índices de correlação da produtividade com os comprimentos de onda, foram obtidos com os dados das imagens da câmera RGB, seguido da câmera NIR e NDVI, com as correlações de 0,6168, 0,5423 e 0,5324, respectivamente. A quantidade de informação extraída das imagens, refletida na proporção das bases de dados, não se mostrou significativa nos modelos preditivos gerados, bem como nos índices de correlação, os quais foram estatisticamente iguais. Índices de correlação melhores foram obtidos a partir dos dados extraídos das imagens com resolução espacial de 20cm/px, o que sugere que imagens de alta resolução espacial podem não ser adequadas para estimativa de produtividade do trigo.

[pt] Esta dissertação apresenta o projeto e desenvolvimento de um sistema para detecção e desvio de obstáculos para veículos aéreos não tripulados (VANTs), implementado por um controlador neuro-fuzzy. Neste contexto, este trabalho apresenta uma revisão teórica sobre veículos aéreos não tripuláveis, legislação brasileira aplicável, métodos de detecção de obstáculos, lógica nebulosa e redes neurais. O controlador desenvolvido foi implementado de forma a imitar as ações realizadas por um operador humano, visando desviar de obstáculos encontrados no caminho de navegação do VANT. Regras de inferência são estabelecidas baseadas na consultoria de especialistas da área e os pesos ajustados pela rede neural. O processo de tomada de decisão ocorre levando em consideração as informações coletadas por um Lidar multicanal e sensores ultrassônicos embarcados no VANT. Por sua vez, o algoritmo desenvolvido foi incorporado em um controlador de vôo comercial. O sistema completo do quadricóptero é detalhado, destacando as principais características de todos os sensores e do controlador de vôo. Os resultados das simulações computacionais e testes experimentais são apresentados, discutidos e comparados, a fim de avaliar o desempenho do sistema desenvolvido. / [en] This dissertation presents the design and development of an obstacle detection and avoidance system for unmanned aerial vehicles, implemented by a neuro-fuzzy controller. In this context, this work presents a theoretical review of unmanned aerial vehicles, the applicable Brazilian legislation, obstacle detection methods, fuzzy logic and neural networks. The developed controller was implemented in order to mimic the actions taken by a human operator, aiming at avoiding obstacles found in the navigation path of the UAV. Inference rules were established based on consultation with specialists in the field and the weights adjusted by neural networks. The decisionmaking process takes into account information collected by a multichannel Lidar and ultrasonic sensors embedded in the UAV. In turn, the developed algorithm was embedded in a commercial flight controller. The complete quadricopter system is detailed, highlighting the key features of all sensors and the flight controller. The results of computational simulations and experimental tests are presented, discussed and compared, in order to evaluate the performance of the developed system.

Submitted by MARCELA DO VALLE MACHADO (marcelavmachado@gmail.com) on 2018-04-22T02:22:02Z No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Approved for entry into archive by Claudia Adriana Spindola null (claudia@fct.unesp.br) on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-23T11:50:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 machado_mv_me_prud.pdf: 3915564 bytes, checksum: a8e42c5376b44043a216b005b6c1615a (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Devido ao elevado custo de Sistemas de Varredura a LASER Aerotransportados (SVLA) e a miniaturização de sensores, sistemas de varredura a LASER (SVL) de menor peso e custo têm sido uma alternativa para estudos florestais. Aliado a estes sistemas, a crescente utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) possibilita a aquisição de dados com maior flexibilidade e rapidez, o que permite a utilização de SVL mais leves neste tipo de plataforma. Todavia, a integração e sincronização dos dispositivos do sistema demanda árduo trabalho de conexão eletrônica e computacional. Em casos que não seja possível realizar a sincronização eletrônica entre os dispositivos do sistema, uma alternativa é a sincronização por pósprocessamento, estabelecida por meio da relação entre os dados temporais obtidos com o LIDAR (Light Detection and Ranging) e com o GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), durante a trajetória de voo do SVL embarcado em VANT. Para relacionar estes dados, são realizadas manobras de voo na forma senoidal durante a decolagem e pouso com o sistema, a fim de gerar pontos de máximos e mínimos. Com isso, os dados LASER e as posições da plataforma, coletados pelos dispositivos LASER e GNSS/IMU em sistemas de tempo diferentes, são relacionados por meio da diferença de distância e altura em função do tempo. Posteriormente, o tempo dos dados LASER é corrigido para tempo GPS, caracterizando a sincronização por pós-processamento, e refinado pelo Método dos Mínimos Quadrado. Desse modo, a nuvem de pontos pode então ser gerada. O controle de qualidade altimétrico utilizando pontos de apoio coletados em campo, apresentou uma acurácia de 11,6 cm. Para o controle planimétrico foi verificada uma acurácia de 45 cm para a componente E e 62 cm para a componente N. A partir das acurácias encontradas para a nuvem de pontos, conclui-se que a técnica de sincronização empregada é uma alternativa viável para relacionar dispositivos desacoplados de um SVL e que a acurácia centimétrica do sistema permite que este seja empregado em diversas aplicações, dentre as quais estão estimativa de altura de árvores. / Due to the high cost of Airborne LASER Scanning (ALS) and the miniaturization of sensors, low-cost and low-weight LASER systems have been an alternative for forestry studies. Together with these systems, the increasing use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) platforms, also low cost, enables the acquisition of data with greater flexibility and speed, which allows the use of low-weight SVL in this type of platform. However, the integration and synchronization of the devices of the system demands specialised work for electronic and computational connections. In cases where it is not possible to perform electronic synchronization between the devices of the system, an alternative is the post-processing synchronization, established through the relationship between the signals obtained with LIDAR (Light Detection and Ranging) and GNSS (Global Navigation Sattelite Systems), during the flight path of the SVL boarded in UAV. To relate these signals, flight maneuvers are performed in the a sinusoidal form shape during takeoff and landing with the system in order to obtain peaks of maximum and minimum. Thus, the LASER data and platform positions collected by the LASER and GNSS / IMU devices in different time systems are related by distance and height as a function of time. Subsequently, the LASER data time is corrected to match GPS time, characterizing the post-processing synchronization, and latter refined by the Least Square Method. In this way, the point cloud can then be generated. The quality control for altimetry, using control points collected in the field, achieved an obtained accuracy of 11.6 cm. The planimetric quality control achieve an accuracy of 45 cm the E component and 62 cm for the N component. From the accuracy achieved for the point cloud, it was concluded that the synchronization technique used is a viable alternative to relate decoupled devices of an ALS and that the centimetric accuracy of the system allows it to be used in several applications, such as tree height estimation. / FAPESP Proc. nº 2013/50426-4