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

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TaniaLL_TESE.pdf: 2484902 bytes, checksum: 60ff041bcf8f871f427bab2cadc51ca0 (MD5) Previous issue date: 2013-02-01 / This work deals with the development of a prototype of a helicopter quadrotor for monitoring applications in oil facilities. Anomaly detection problems can be resolved through monitoringmissions performed by a suitably instrumented quadrotor, i.e. infrared thermosensors should be embedded. The proposed monitoring system aims to reduce accidents as well as to make possible the use of non-destructive techniques for detection and location of leaks caused by corrosion. To this end, the implementation of a prototype, its stabilization and a navigation strategy have been proposed. The control strategy is based on dividing the problem into two control hierarchical levels: the lower level stabilizes the angles and the altitude of the vehicle at the desired values, while the higher one provide appropriate references signals to the lower level in order the quadrotor performs the desired movements. The navigation strategy for helicopter quadrotor is made using information provided by a acquisition image system (monocular camera) embedded onto the helicopter. Considering that the low-level control has been solved, the proposed vision-based navigation technique treats the problem as high level control strategies, such as, relative position control, trajectory generation and trajectory tracking. For the position control we use a control technique for visual servoing based on image features. The trajectory generation is done in a offline step, which is a visual trajectory composed of a sequence of images. For the trajectory tracking problem is proposed a control strategy by continuous servovision, thus enabling a navigation strategy without metric maps. Simulation and experimental results are presented to validate the proposal / Esta tese trata do desenvolvimento de um prot?tipo de um helic?ptero quadrirrotor para aplica??es demonitoramento de instala??es petrol?feras. Problemas de detec??o de anomalias podem ser resolvidas atrav?s de miss?es de monitoramento executadas pelo quadrirrotor devidamente instrumentado, ou seja, sensores termo-infravermelhos devem ser embarcados. Este sistema de monitoramento proposto, visa reduzir acidentes de trabalho, bem como tornar poss?vel o uso de t?cnicas n?o destrutivas para detec??o e localiza??o de vazamentos causados por corros?es. Com este fim, a implementa??o de um prot?tipo, sua estabiliza??o e uma estrat?gia de navega??o foram propostas. A estrat?gia de controle baseia-se na divis?o do problema de controle em dois n?veis hier?rquicos: o n?vel inferior estabiliza os ?ngulos e a altitude do ve?culo em valores desejados, enquanto o n?vel superior encarrega-se de fornecer refer?ncias adequadas para o n?vel inferior, assim, o quadrirrotor deve executar movimentos desejados. A estrat?gia de navega??o do quadrirrotor ? feita utilizando informa??es fornecidas por um sistema de aquisi??o de imagens (c?mera monocular) embarcada no helic?ptero. A t?cnica de navega??o proposta trata o problema como estrat?gias de controle em alto n?vel, tais como, controle de posi??o relativa, gera??o de trajet?ria e rastreamento de trajet?ria. O controle de posi??o ? resolvido utilizando t?cnicas de controle por servovis?o baseado em caracter?siticas de imagem. A gera??o de trajet?ria ? feita num passo off-line, a qual ? uma trajet?ria visual composta por uma sequ?ncia de imagens. J? para o rastreamento de trajet?rias ? proposto uma estrat?gia de controle por servovis?o cont?nuo, possibilitando assim, uma estrat?gia de navega??o sem precisar de mapas m?tricos. Resultados experimentais e em simula??o s?o apresentados para validar a proposta

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 milton.pdf: 1235914 bytes, checksum: dff60afa3cc8a29da9cf209d407c7d8f (MD5) Previous issue date: 2013-03-26 / The three Attitude Parameters or Critical Flight Parameters - Attack, Yaw and Roll - are the angles that describe the rotational movements of an aerial vehicle in three-dimensional space. From the estimate of these angles, we can accomplish the stabilization of flight. The need for it varies for each type of aerial vehicle in inverse proportion to the stability provided by their mechanical characteristics. Moreover, the association of critical angles with other flight parameters, such as altitude and velocity, enables the description of all vehicle movements, and consequently, the execution of a flight path predetermined. Critical Flight Parameters can be inferred by electromechanical inertial sensors, Global Positioning System or by visual perception. Several authors mention that the electromechanical sensors fail and Global Positioning System are unavailable for some period of time under various environmental conditions, leading to loss of orientation and, in the case of unmanned vehicles, several accidents, given the lack of support from a pilot on these situations. In this work two techniques are integrated to estimate these parameters, based on Robotic Vision: the first one is based on the position and inclination of the Horizon about the aerial vehicle; and the second one is based on the estimation of optical flow of the scene viewed by the aerial vehicle. The use of optical flow provides the estimation of Yaw Parameter, which is not got at Horizon approach. It also enables the estimation of Critical Flight Parameters when the Horizon is not present. Both techniques are associated with camera parameters and integrated to provide more robustness to the flight angles estimation. Experiments conducted using real images of fixed-wing aircraft flight proved the method efficacy in open and unstructured envinroment. / Os três Parâmetros de Atitude ou Parâmetros Críticos de Voo Ataque, Guinada e Rolagem são os ângulos que descrevem os movimentos rotacionais de um veículo aéreo no espaço tridimensional. A partir da estimativa destes ângulos, pode-se realizar a estabilização de voo, cuja necessidade varia para cada tipo de veículo aéreo em proporção inversa à estabilidade proporcionada pelas suas características mecânicas. Além disto, a associação dos ângulos críticos de voo com outros parâmetros, como altitude e velocidade, possibilita a descrição de todos os movimentos do veículo, e consequentemente, a execução de uma rota de voo pré-determinada. Os ângulos críticos de voo podem ser inferidos por sensores eletromecânicos inerciais, pelo Sistema de Posicionamento Global ou por percepção visual. Diversos autores citam que os sensores eletromecânicos falham e o Sistema de Posicionamento Global fica indisponível por algum intervalo de tempo sob diversas condições ambientais, ocasionando a perda da orientação e, nos casos de veículos nãotripulados, acidentes e perdas de veículos, dada a falta do apoio de um piloto nestas situações. Neste trabalho são integradas duas técnicas de estimativa destes parâmetros, baseadas em Visão Robótica: a primeira é baseada na posição e inclinação do Horizonte com relação ao veículo aéreo; a segunda é baseada na estimativa do Fluxo Óptico da cena frontal ao veículo aéreo. O uso do Fluxo Óptico possibilita a estimativa do Parâmetro de Guinada, que não é realizada na abordagem baseada no Horizonte. Também possibilita a estimativa dos Parâmetros Críticos de Voo quando o Horizonte não está presente. As duas técnicas são associadas a parâmetros da câmera e integradas para dar mais robustez à estimativa dos ângulos de voo. Experimentos realizados usando-se imagens reais de voos de veículos aéreos de asa fixa provaram a eficiência do método em ambiente aberto e não-estruturado.

[ES] En el presente trabajo se explora posibles soluciones a dos hechos correlacionados que podrían comprometer hasta cierto punto nuestro futuro. Por un lado, el crecimiento de la flota de aeronaves pequeñas en los próximos años, ya sean tripuladas o no, es una realidad. El acceso a estas aeronaves por parte de un público cada vez más mayoritario crece año a año y, al mismo tiempo, los fabricantes adaptan sus aeronaves a misiones que hace unos años no éramos capaces de contemplar. Por otro lado, y por desgracia, el cambio climático también es una realidad que no solo compromete nuestro futuro, sino también nuestro presente. Hoy en día la alerta climática es y debe ser elevada, y si no encontramos soluciones que ayuden a paliar este problema, la vida en el planeta podría cambiar irremediablemente para peor. Ambos hechos se encuentran implícitamente relacionados. La fabricación y operación de vehículos contribuye notablemente a aumentar la huella de carbono. Por lo tanto, el aumento de flota en los próximos años puede tener un impacto notablemente negativo en las emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero globales. Es por ello por lo que organismos oficiales y sectores de desarrollo científico y tecnológico impulsan la investigación de posibles soluciones. Este trabajo intenta poner su grano de arena para minimizar este problema común. Se propone la utilización de múltiples tecnologías con el objetivo de disminuir el combustible requerido por aeronaves de 25kg al despegue, y de esta forma, disminuir las emisiones asociadas a su operación. Las tecnologías aplicadas son la hibridación eléctrica en serie, la propulsión eléctrica distribuida y la ingestión de capa límite. Por separado, estas tecnologías han demostrado múltiples ventajas, especialmente en términos de mejora propulsiva y aerodinámica de las aeronaves, lo que repercute directamente en el consumo de combustible. Sin embargo, este trabajo propone la utilización simultánea de todas ellas con el objetivo de disminuir aún más el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones contaminantes y gases de efecto invernadero. Para ello, tras estas páginas se eligen los parámetros principales de esta aeronave y se acompaña de un exhaustivo análisis del comportamiento fluidodinámico. Con la comprensión de su comportamiento, es posible optimizar la selección de sus componentes, de forma que se obtienen mejoras importantes en el consumo de combustible. Este ahorro de combustible se muestra en comparación con aeronaves similares en tamaño y peso, pero que no incluyen estas tecnologías, logrando para un mismo alcance un ahorro del 16% del peso del combustible. La realización de este trabajo se centra en el empleo de herramientas computacionales apoyándose sobre todo en la dinámica de fluidos computacional (CFD). Esta herramienta principal se verá complementada con el uso de descomposición modal para realizar los análisis y de la creación de una base de datos que ayude a crear modelos rápidos útiles en futuros diseños preliminares y conceptuales de aeronaves de este tipo. / [CA] En aquest treball s'exploren possibles solucions a dos fets correlacionats que podrien comprometre d'alguna manera el nostre futur. Per un costat, el creixement de la flota d'aeronaus de xicoteta dimensió en el futur, tant tripulades com no tripulades, és una realitat. L'accés a aquestes aeronaus per part d'un públic cada cop més majoritari creix any rere any i, al mateix temps, els fabricants adapten les aeronaus a feines que anys enrere no eren capaços d'assolir. Per l'altre costat, malauradament, el canvi climàtic és un fet que compromet tant el nostre futur com el nostre present. Hui en dia l'alerta climàtica és elevada i, si no trobem solucions per a pal·liar aquest problema la vida al nostre planeta, podria canviar irremeiablement a pitjor. Ambdós fets es troben implícitament relacionats. La fabricació i l'operació de vehicles contribueix notablement a augmentar l'empremta de carboni. Per tant, l'increment de flota en els pròxims anys pot tindre un efecte negatiu molt notable en les emissions contaminants i gasos d'efecte hivernacle globals. És per això que organismes oficials i sectors de desenvolupament científic i tecnològic impulsen la investigació de possibles solucions. Aquest treball intenta aportar el seu granet de sorra per minimitzar aquest problema comú. Es proposa la utilització de múltiples tecnologies amb l'objectiu de reduir el combustible emprat per aeronaus de fins a 25kg i, per tant, disminuir les emissions associades a la seua operació. Les tecnologies aplicades són la hibridació elèctrica en sèrie, la propulsió elèctrica distribuïda i la ingestió de capa límit. Separadament, aquestes tecnologies han demostrat múltiples avantatges, especialment en termes de millora propulsiva i aerodinàmica de les aeronaus, repercutint directament en el consum de combustible. No obstant, aquest treball proposa la utilització simultània de totes elles amb l'objectiu de reduir encara més el consum de combustible i, per tant, les emissions contaminants i gasos d'efecte hivernacle. Per fer-ho, en les darreres pàgines es trien els paràmetres principals de l'aeronau i s'acompanyen d'una exhaustiva anàlisi del comportament de la dinàmica de fluids. Comprenent el seu comportament, és possible optimitzar la selecció dels seus components, de manera que s'obtenen millores importants en el consum de combustible. L'estalvi de combustible es mostra en comparació amb aeronaus similars en mida i pes, però que no inclouen aquestes tecnologies, aconseguint per a un mínim abast un estalvi del 16% del pes del combustible. La realització d'aquest treball es centra en l'ús d'eines computacionals recolzant-se sobretot en la dinàmica de fluids computacional (CFD). Aquesta eina principal es veurà complementada amb l'ús de descomposició modal per a elaborar les anàlisis i de la creació d'una base de dades que ajude a crear models ràpids i útils en futurs dissenys conceptuals i preliminars d'aeronaus d'aquest tipus. / [EN] The present work explores possible solutions to two correlated events that could compromise our future to some extent. On the one hand, the growth of the fleet of small aircraft in the coming years, whether manned or not, is a reality. Access to these aircraft by an increasing majority of the public grows year after year and at the same time, manufacturers adapt their aircraft to missions that we could not contemplate a few years ago. On the other hand, and unfortunately, climate change is also a reality that compromises not only our future but also our present. Today the climate alert is and must be elevated. If we do not find solutions that help alleviate this problem, life on the planet could irremediably change for the worse. Both facts are implicitly related. The manufacture and operation of vehicles contribute significantly to increasing the carbon footprint, so the increase in the fleet in the coming years may have an extremely negative impact on global polluting and greenhouse gas emissions. That is why official organizations and scientific and technological development sectors promote research for possible solutions. This work tries to do its bit to minimize this common problem. Multiple technologies are proposed to reduce the fuel required by 25kg aircraft at takeoff and, thus, reduce the emissions associated with their operation. The applied technologies are electric series hybridization, distributed electric propulsion, and boundary layer ingestion. Separately, these technologies have shown multiple advantages, especially in terms of improving aircraft propulsion and aerodynamics, which directly affects fuel consumption. Nevertheless, this work proposes the simultaneous use of all of them to reduce fuel consumption further and, therefore, polluting and greenhouse gas emissions. To do this, after these pages, the main parameters of this aircraft are chosen and accompanied by an exhaustive analysis of the fluid dynamic behavior. With an understanding of its behavior, it is possible to optimize its components' selection so that significant fuel consumption improvements are obtained. This fuel saving is shown in comparison with similar aircraft in size and weight, but that does not include these technologies, achieving a saving of 16% of fuel weight for the same range. This work's conduction focuses on employing computational tools mainly based on computational fluid dynamics (CFD). This primary tool will be complemented by the use of modal decomposition to carry out the analyses, and the creation of a database that will help create quick models useful in future conceptual and preliminary designs of this type of aircraft. / The respondent would like to acknowledge the financial support received through contract FPI-UPV PREDOCFD/19 of Subprograma 2 of Universitat Politècnica de València / Varela Martínez, P. (2023). On the Analysis and Design of Series Hybrid Distributed Electric Propulsion with Boundary Layer Ingestion of Remotely Piloted Aircraft [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192805