Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-02-22T20:15:09Z No. of bitstreams: 1 JoaoGutembergBarbosaDeFariasFilho_DISSERT.pdf: 3897527 bytes, checksum: ee9805fc353cbac5ca3716f673a21d0c (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-03-08T22:09:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JoaoGutembergBarbosaDeFariasFilho_DISSERT.pdf: 3897527 bytes, checksum: ee9805fc353cbac5ca3716f673a21d0c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-08T22:09:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoaoGutembergBarbosaDeFariasFilho_DISSERT.pdf: 3897527 bytes, checksum: ee9805fc353cbac5ca3716f673a21d0c (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / O trabalho trata da aplica??o do Controle Preditivo com o proposto M?todo da Compensa??o de N?o-Linearidades para o controle de um quadric?ptero. Esse m?todo consiste de utilizar o modelo n?o-linear do sistema para prever e inserir n?o-linearidades na formula??o do controle preditivo por meio de uma estrutura afim. Dentro do contexto de controle de um quadric?ptero, o controlador proposto ? comparado, atrav?s de simula??es num?ricas, com o controlador preditivo linear tradicional. Posteriormente experimentos s?o feitos com um quadric?ptero real montado em uma bancada de testes. Como resultado o uso do m?todo proposto trouxe um ganho de desempenho consider?vel quando o estado do sistema se distanciou do ponto de opera??o em que foi linearizado. / This study analises the application of Model Predictive Control (MPC) with the proposed Nonlinear Compensation Method in order to control a quadcopter. This method is based on the use of the system?s nonlinear model to predict and insert nonlinearities in the predictive control formulation by means of an affine structure. With respect to the control of a quadcopter, the proposed controller is compared, using numerical simulations, to the traditional linear predictive controller. After that, experiments were made with a real quadcopter mounted in a test bench. As a result, the use of the proposed method brought a considerable perfomance improvement when the system?s state were farther apart from the operation point in which it was linearized.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-04-03T19:47:14Z No. of bitstreams: 1 AntonioPericlesBonfimSaraivaDeOliveira_DISSERT.pdf: 17560753 bytes, checksum: 51b3d3c86c26db7e30f346b8d46e49f0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-04-05T22:11:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 AntonioPericlesBonfimSaraivaDeOliveira_DISSERT.pdf: 17560753 bytes, checksum: 51b3d3c86c26db7e30f346b8d46e49f0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-05T22:11:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AntonioPericlesBonfimSaraivaDeOliveira_DISSERT.pdf: 17560753 bytes, checksum: 51b3d3c86c26db7e30f346b8d46e49f0 (MD5) Previous issue date: 2012-08-13 / Prop?e-se a cria??o de um controle neural (neurocontrolador) baseado na aprendiza-gem supervisionada, com uma rede neural artificial (RNA), sem a modelagem por espa?ode estados, utilizando o Flightgear como simulador e ambientes de testes integrado comm?dulos de coleta de dados e controle. Diversas arquiteturas da RNA foram testadas afim de que as mesma tivesse a efic?cia pretendida nos diversos procedimentos (decola-gem, pairagem, deslocamento e pouso). Testes com as RNA treinadas foram realizadosat? que fosse encontrada uma pudesse gerar as respostas necess?rias atendendo aos requi-sitos de efici?ncia e estabilidade necess?rios ao controle do VANT.

O uso de aeronaves não tripuladas (VANTs) tem crescido substancialmente nos últimos anos, tanto no campo militar quanto no civil. Roadmaps preveem que em um futuro próximo essas aeronaves compartilhem o espaço aéreo com aeronaves convencionais, exigindo novas arquiteturas de sistemas embarcados que possam garantir uma operação coordenada e segura desses robôs. A maior parte das suas missões baseia-se fortemente em um conjunto de sensores transportados pela aeronave como parte da payload da missão. Contudo, não é trivial a integração de diferentes missões em diferentes aeronaves, visto que ainda não há uma padronização para a comunicação nesses robôs. Para possibilitar essa associação foi proposto neste trabalho a criação de um middleware. Para que se pudesse entender sobre a área de conhecimento dos VANTs realizou-se uma pesquisa sobre esses veículos e suas aplicações e então um protocolo chamado Smart Sensor Protocol (SSP) foi modelado, utilizando-se de técnicas formais para isso. O comportamento do protocolo está modelado com diagrama de estados, seguindo uma gramática escrita utilizando a forma BNF. Este modelo foi verificado com a ferramenta UPPAAL e sua implementação testada em placas Arduino. Os resultados dos testes mostraram que o modelo é viável para o ambiente de embarcados críticos visto que ele provê as funcionalidades necessárias neste cenário sem acrescentar um overhead na comunicação / UNMANNED Aerial Vehicles applications have grown substantially in recent years, both in military and civil fields. Roadmaps predict that in the near future these aircrafts will share the airspace with the conventional planes, requiring new architectures for embedded systems which may ensure a coordinated and safe operation. Most of its tasks are mainly based on a set of sensors carried by the aircraft as part of its payload. However, it is not trivial to integrate different missions in different aircraft plataforms, since there is no standardization for communication in such robots yet. To enable this type of association it was proposed in this masters project the designing of a middleware. It has been carried out a bibliographic review to find out the state-of-the-art in such field, including the specific applications in UAVs, and then a protocol has been modeled following formal techniques. This protocol is called Smart Sensor Protocol (SSP). The SSPs behavior was modeled through state diagrams according to a grammar described using BNF form. This model was verified with the UPPAAL tool and its implementation was run and tested on Arduino boards. The test results pointed out that the model is feasible for critical embedded environments since it provides the necessary functionality in this scenario without addition of an overhead in its communication

Neste trabalho foi realizada a coleta de imagens de um trecho da área seca da UHE Álvaro de Souza Lima (Bariri – SP) e do lago da UNISINOS (São Leopoldo – RS), com câmeras e sensores, embarcados em RPAS (sistemas aéreos remotamente pilotados). As imagens resultantes foram processadas através da técnica estrutura do movimento (SfM), gerando ortomosaicos e modelos digitais de terrenos (MDTs). Pontos de checagem observados nestas imagens foram comparados com seus homólogos, obtidos por meio de posicionamento global diferencial no modo RTK. Testes estatísticos para verificação de hipóteses prévias de independência, aleatoriedade e normalidade, bem como, cálculos estatísticos e testes de inferência estatística foram realizados nas discrepâncias horizontais e verticais de ambos os produtos cartográficos. A verificação da exatidão vertical foi realizada somente nos produtos MDTs, a partir de feições de controle. O objetivo principal foi avaliar produtos cartográficos digitais gerados a partir de imagens coletadas por RPAS, quanto aos requisitos mínimos de exatidão geométrica para atendimento às leis estabelecidas pelos órgãos reguladores de energia elétrica. As discrepâncias horizontais observadas no ortomosaico da Unidade Hidroelétrica de Bariri apresentaram independência, não aleatoriedade e distribuição normal. Já para as discrepâncias verticais, foram independentes, aleatórias e normais. O teste t Student revelou tendência na posição horizontal e não tendência na vertical. O desvio padrão e o RMSE horizontais foram confrontados com o Padrão de Exatidão Cartográfica brasileiro através do teste Qui quadrado, indicando que os produtos têm precisão horizontal na escala 1:2000 (classe C) e, o MDT, na escala 1:10.000 (classe C), ambos com 95% de confiança e 22 e 19 graus de liberdade, respectivamente. A comparação entre MDTs conduziu a resultados semelhantes, porém demostrou que maiores discrepâncias ocorreram devido a fraca sobreposição de imagens. Para os produtos do lago UNISINOS, as discrepâncias cumpriram as hipóteses de independência e aleatoriedade. Porém, a normalidade não foi constatada pelo teste de Shapiro-Wilk. No entanto, através do teste U de Mann-Whitney, os produtos obtidos via sensor apresentaram semelhanças entre os pontos amostrados e seus homólogos. Através do teste direcional, os ângulos de direção foram medidos e caracterizaram a tendência horizontal para os ortomosaicos da UHE e do lago UNISINOS. Os resultados demonstraram que o mapeamento através de imagens via sensores embarcados em RPAS e processadas por SfM apresentaram exatidão posicional para integração com cartas de outras fontes, nas mesmas escalas. Portanto, estes produtos possibilitam a atualização de dados cartográficos para atender as demandas legais imputadas aos operadores de reservatórios. / In this work, the image collection was carried out on a stretch of dry area of the Alvaro de Souza Lima UHE (Bariri - SP) and of the UNISINOS lake (São Leopoldo) by cameras and sensors embedded in RPAS (Remotely Piloted Aerial System). The resulting images were processed using the Struture from Motion (SfM) technique in order to generate ortomosaicos and Digital Terrain Models (MDTs). Checkpoints observed in these images were compared with their counterparts obtained through differential global positioning in the RTK mode. Statistical tests for checking previous hypotheses of independence, randomness and normality, as well as statistical calculations and inference tests were conducted in the EN and h discrepancies of both cartographic products. The vertical accuracy verification was performed only in the MDTs products, from control features. The main objective of this work was to evaluate of digital cartographic products generated from photogrammetry collected by RPAS, with regard to the minimum requirements of geometric accuracy for fulfillment of the laws established by electric power regulatory agencies. The discrepancies observed in the orthomosaic of the Bariri Hydropower Plant exhibited independence, non randomness and normal distribution. However, for the MDT, these were independent, random, and normal. Students t-test showed a trend in the horizontal position and a non-trend in the vertical position. The horizontal standard deviation and RMSE (root mean square error) were analyzed according to the PEC-PCD Standard by the Chi-squared test, indicating that the orthomosaic fits at the 1:2,000 scale (class C), and the MDT, fits at the 1:10,000 scale (class C), both with a 95% confidence level and with degrees of freedom of 22 and 19, respectively. The comparison between MDTs leads to similar results, but showed that the largest discrepancies occur due to the weak overlap of the images. For the UNISINOS lake products, the discrepancies fulfilled the previous hypotheses of independence and randomness. But, the normality was not verified by the Shapiro-Wilk test. However, using the Mann-Whitney U test, the cartographic products obtained from a sensor showed similarities between the sampling points and their counterparts. By the directional test, it was measured the azimuth angles which characterizes the horizontal trend for the UHE and UNISINOS lake orthomosaics. The results demonstrated that the mapping by using images collected from sensors embedded in RPAS and processed through SfM presents positional accuracy for integration with maps from other sources, on the same scales. And therefore allows the updating of cartographic data map to meet the legal demands attributed to the reservoir operators.

Este trabalho apresenta os principais conceitos de um modelo de referência, chamado de Consciência Situacional em Voo (In-Flight Awareness, IFA), e sua implementação embarcada IFA2S (In-Flight Awareness Augmentation System). IFA é um conceito novo e realista e voltado à melhoria da segurança de voo de VANTs. IFA2S tem o potencial de alavancar confiabilidade dos VANTs aos níveis encontrados na aviação geral. Ele aumenta a consciência aeronave tanto em relação a si mesma e seu ambiente circundante e, ao mesmo tempo reconhece restrições da plataforma para agir de acordo com algoritmos de decisão pré-definidos. Este trabalho apresenta o IFA como consequência dos requisitos de segurança estabelecidos através da metodologia STPA, faz uma avaliação quantitativa do impacto do IFA2S no risco operacional dos VANTs e apresenta orientações de implementação em hardware. Simulações de validação são realizadas com uso do software Labview e do simulador de voo XPlane. / This work presents the key concepts of IFA, In-Flight Awareness, and its implementation IFA2S (In-Flight Awareness Augmentation System). IFA is a novel and realistic concept intended to enhance flight safety. IFA2S has the potential to leverage UAVs reliability to the levels of general aviation aircraft. It increases aircraft awareness regarding both itself and its environment and, at the same time recognizes platform constraints to act in accordance to predefined decision algorithms. This paper presents the IFA as a consequence of the safety requirements established using STPA methodology, a quantitative assessment of the impact of IFA2S in the operational risk of UAVs as well as suggestions for hardware implementation. Simulations are carried out using Labview software and the flight simulator XPlane.

Este projeto tem como objetivo a especicação de um enlace de comunicação digital para veículos aéreos não tripulados. Os principais desaos presentes no meio de transmissão serão evidenciados, assim como o impacto acarretado no sistema de comunicação. O projeto foi dividido entre a parte analógica e digital. A parte analógica tratará dos requisitos de potência para o devido funcionamento do canal através do procedimento de link budget. O projeto da parte digital, por sua vez, empregará a técnica de transmissão OFDM. No presente trabalho foi sugerido um método de estimação do canal utilizando os tons pilotos. O desempenho desta abordagem será medido através de uma simulação de monte Carlo / This project aims to design a digital data communication link for unmaned aerial vehicles. We will focus the main challenges and their impacts in the communication system. The project was divided in an analog and digital block. The analog block address the power requirements that make the system works by using a link budget procedure. The digital block will use the OFDM transmission technique. In this work we also suggest a channel estimation procedure via pilot tones. The performance of this approach will be measured by Monte Carlo Simulation

Veículos Aéreos não tripulados (VANTs) vêm sendo cada vez mais utilizados em diversos países, tanto na área militar como na civil. O cenário considerado nesse estudo é o de um VANT realizando captura de vídeo em tempo real, transmitindo-o a uma base terrestre por meio de rede sem fio. O problema consiste no fato de não ser possível garantir uma taxa de transmissão contínua, com banda estável. Isso ocorre devido a fatores como a velocidade da aeronave (da ordem centenas de km/h), irregularidades de terreno (impedindo a linha de visada do enlace de transmissão), ou do clima, como tempestades que podem interferir na transmissão da RF. Por fim, os movimentos que o VANT pode realizar no vôo (Rolagem, Arfagem ou Guinada) podem prejudicar a disponibilidade do link. Dessa forma, é necessário que seja realizada adaptação de vídeo de acordo com a banda disponível. Assim, quando a qualidade do enlace for degradada, deverá ser realizada uma redução no tamanho do vídeo, evitando a interrupção na transmissão. Por outro lado, a adaptação também deverá fazer com que a banda disponível seja utilizada, evitando o envio de vídeos com qualidade inferior à que seria possível para determinado valor de largura de banda. Nesse trabalho será considerada a faixa de valores de largura de banda de 8 Mbps até zero. Para realizar a adaptação será utilizado o padrão H.264/AVC com codificação escalável / Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are being increasingly used in several countries, both in the military and civilian areas. In this study we consider an UAV equipped with a camera, capturing video for a real-time transmission to a ground-base using wireless network. The problem is that its not possible to ensure a continuous transmission rate, with stable bandwidth. That occurs due to factors like the speed of the aircraft, irregularities of terrain, or the weather (as storms, heat and fog, for instance, can interfere with RF transmission). Finally, the movements that the UAV can perform in flight (Roll, pitch and yaw) can impair link availability. Thus, it is necessary to perform an adaptation of video according to the available bandwidth. When the link quality is degraded, a reduction in the resolution of the video must be performed , avoiding interruption of the transmission. Additionally, adaptation must also provide that all the available bandwidth is used, avoiding sending the video with lower quality that would be possible for a given value bandwidth. In this work we propose a system which can vary the total amount of data being transmitted, by adjusting the compression parameters of the video. We manage to produce a system which uses the range from 8 Mbps up to zero. We use the H.264/AVC Codec, with scalable video coding

Veículos Aéreos não tripulados (VANTs) vêm sendo cada vez mais utilizados em diversos países, tanto na área militar como na civil. O cenário considerado nesse estudo é o de um VANT realizando captura de vídeo em tempo real, transmitindo-o a uma base terrestre por meio de rede sem fio. O problema consiste no fato de não ser possível garantir uma taxa de transmissão contínua, com banda estável. Isso ocorre devido a fatores como a velocidade da aeronave (da ordem centenas de km/h), irregularidades de terreno (impedindo a linha de visada do enlace de transmissão), ou do clima, como tempestades que podem interferir na transmissão da RF. Por fim, os movimentos que o VANT pode realizar no vôo (Rolagem, Arfagem ou Guinada) podem prejudicar a disponibilidade do link. Dessa forma, é necessário que seja realizada adaptação de vídeo de acordo com a banda disponível. Assim, quando a qualidade do enlace for degradada, deverá ser realizada uma redução no tamanho do vídeo, evitando a interrupção na transmissão. Por outro lado, a adaptação também deverá fazer com que a banda disponível seja utilizada, evitando o envio de vídeos com qualidade inferior à que seria possível para determinado valor de largura de banda. Nesse trabalho será considerada a faixa de valores de largura de banda de 8 Mbps até zero. Para realizar a adaptação será utilizado o padrão H.264/AVC com codificação escalável / Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are being increasingly used in several countries, both in the military and civilian areas. In this study we consider an UAV equipped with a camera, capturing video for a real-time transmission to a ground-base using wireless network. The problem is that its not possible to ensure a continuous transmission rate, with stable bandwidth. That occurs due to factors like the speed of the aircraft, irregularities of terrain, or the weather (as storms, heat and fog, for instance, can interfere with RF transmission). Finally, the movements that the UAV can perform in flight (Roll, pitch and yaw) can impair link availability. Thus, it is necessary to perform an adaptation of video according to the available bandwidth. When the link quality is degraded, a reduction in the resolution of the video must be performed , avoiding interruption of the transmission. Additionally, adaptation must also provide that all the available bandwidth is used, avoiding sending the video with lower quality that would be possible for a given value bandwidth. In this work we propose a system which can vary the total amount of data being transmitted, by adjusting the compression parameters of the video. We manage to produce a system which uses the range from 8 Mbps up to zero. We use the H.264/AVC Codec, with scalable video coding

Orientador: Zacarias Xavier Barros / Resumo: O uso de ferramentas computacionais e da tecnologia desenvolvida por ferramentas do sensoriamento remoto para o mapeamento e estimação da fertilidade do solo são importantes para o desenvolvimento de áreas com práticas agrícolas. O emprego da técnica por meio da análise espacial pode proporcionar melhorias no manejo do solo. O objetivo deste trabalho foi estimar a fertilidade dos solos da Fazenda Experimental Lageado que pertence a Faculdade de Ciências Agronômicas- UNESP, localizada na cidade de Botucatu/São Paulo através dos atributos do solo e as bandas espectrais do vermelho, verde e azul do Vant (Veículo Aéreo Não Tripulado) e do satélite LandSat- 8. Neste contexto, o atributo do solo é essencial para entendermos a sua fertilidade. Foi utilizado um conjunto de amostras de solos com 52 amostras para correlacionar com as respostas espectrais dos solos nos comprimentos de onda do visível, para a geração do modelo. Os dados foram separados em três áreas e apresentaram coeficientes de correlação variam entre -0,58 a 0,56 para imagens de Vant entretanto para as imagens de satélites foram correlações fracas. Para o Vant os preditores mais correlacionados ph e matéria orgânica. Os resultados obtidos pela análise de regressão r² foram considerados baixos, sendo não indicado não espacialização e a geração do modelo de fertilidade. / Abstract: The use of computational tools and the technology developed by remote sensing tools for mapping and estimating soil fertility are important for the development of areas with agricultural practices. The use of the technique through spatial analysis can provide improvements in soil management. The objective of this work was to estimate the fertility of the soils of the Experimental Lageado Farm which belongs to the Faculty of Agronomic Sciences - UNESP, located in the city of Botucatu / São Paulo through the soil attributes and the spectral bands of the red, green and blue of the drone and the LandSat- 8 satellite. In this context, the soil attribute is essential to understand its fertility. A set of soil samples with 52 samples was used to correlate with the spectral responses of the soils in the visible wavelengths, for the generation of the model. The data were separated into three areas and showed correlation coefficients ranging from -0.58 to 0.56 for drone images however for satellite images they were weak correlations. For Vant, the most correlated predictors are ph and organic matter. The results obtained by the r² regression analysis were considered low, with no spatialization and the generation of the fertility model being indicated. / Doutor

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.