O estudo trata da avaliação de pavimentos aeroportuários para notificação do PCN. São estudados cinco aeroportos brasileiros, onde o Falling Weight Deflectometer (FWD) é usado para medir as deflexões do pavimento. O programa Laymod-3 é utilizado para a retroanálise dos módulos de elasticidade das camadas, e seus resultados são analisados. Quatro grupos de pavimentos são estudados: flexíveis, rígidos, compostos e semi-rígidos. Com base nos módulos de elasticidade das camadas dos pavimentos, obtidos por retroanálise, procede-se a avaliação do PCN com a utilização de uma variada gama de procedimentos e critérios para previsão de desempenho e projeto de pavimentos, para três níveis de tráfego. Os resultados são cuidadosamente analisados para definir quais critérios definem melhor a resistência do pavimento, em cada caso. Os procedimentos mais adequados foram aplicados no aperfeiçoamento do Programa PCN.

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 segurança nos voos de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) é uma importante questão e vem ganhando destaque devido a uma série de acidentes com tais aeronaves. O aumento do número de aeronaves no espaço aéreo e a autonomia cada vez maior para realizar missões estão entre outros elementos que merecem destaques. No entanto, pouca atenção tem sido dada a autonomia da aeronave em casos emergenciais [Contexto]. Nesse contexto, o desenvolvimento de algoritmos que efetuem o planejamento de rotas na ocorrência de situações críticas é fundamental para obter maior segurança aérea. Eventuais situações de insegurança podem estar relacionadas a uma falha nos equipamentos do veículo aéreo que impede a continuação da missão em curso pela aeronave [Lacuna]. A presente pesquisa avança o estado da arte considerando um conceito chamado In-Flight Awareness (IFA), que estabelece consciência situacional em VANTs, visando maior segurança de voo. Os estudos também avançam na proposição de modelos matemáticos que representem o estado da aeronave avariada, viabilizando o pouso emergencial e minimizando possíveis danos [Propósito]. Este trabalho utiliza técnicas de computação evolutiva como Algoritmos Genéticos (AG) e Algoritmos Genéticos Multi-Populacional (AGMP), além de uma Heurística Gulosa (HG) e um modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) no tratamento de falhas críticas juntamente com o conceito de IFA [Metodologia]. As soluções obtidas foram avaliadas através de experimentos offline usando os modelos matemáticos desenvolvidos, além de validadas em um simulador de voo e em um voo real. De forma geral, o AG e AGMP obtiveram resultados equivalentes, salvando o VANT em aproximadamente 89% dos mapas. A HG conseguiu trazer a aeronave até uma região bonificadora em 77% dos mapas dentro de um tempo computacional abaixo de 1 segundo. No modelo PLIM, o tempo gasto foi de cerca de quatro minutos já que garantia a otimalidade da solução encontrada. Devido ao seu elevado tempo computacional, uma estratégia evolvendo rotas pré-calculadas foi definida a partir do PLIM, mostrando-se bastante promissora. Nos experimentos envolvendo simulador de voo foram testadas diferentes condições de vento e se verificou que mesmo sobre tais condições os métodos desenvolvidos conseguiram efetuar o pouso com segurança [Resultado]. O trabalho apresentado colabora com a segurança de Veículos Aéreos Não Tripulados e com a proposta de modelos matemáticos que representem a aeronave em caso de situações críticas. Os métodos, de forma geral, mostraram-se promissores na resolução do problema de pouso emergencial já que trouxeram a aeronave com segurança até regiões interessantes ao pouso em um baixo tempo computacional. Isso foi atestado pelos resultados obtidos a partir das simulações offline, em simulador de voo e em voo real [Conclusão]. As principais contribuições do trabalho são: modelagem de regiões adequadas ao pouso, modelagem de falhas, arquitetura do sistema planejador de rotas e modelo linear para para pouso emergencial [Contribuição]. / The security involved in flights of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is an important issue and is achieving prominence due to a number of accidents involving such aircraft. Other elements that deserve highlights are the increase in the number of aircraft in the airspace and autonomy to perform missions, however, little attention has been given to the autonomy of the aircraft in emergency cases [Context]. In this context, the development of algorithms that contribute significantly to the path planning in the event of critical situations is essential for more air traffic. Possible situations of insecurity may be related to a failure in the equipment of vehicle that prevents the continuation of the current mission by aircraft [Gap]. The research advances the state of the art considering a concept called In-Flight Awareness (IFA), which provides situational awareness in UAVs aiming at greater flight safety. Advances also in the developing of mathematical models that represent the state of the damaged aircraft, with the purpose to execute the emergency landing by minimizing damages [Purpose]. Thus, this work applies evolutionary computation techniques such as Genetic Algorithms (GA) and Multi-Population Genetic Algorithms (MPGA), as well as a Greedy Heuristic (GH) and a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model to deal with critical situations along with the concept of IFA [Methodology]. The solutions obtained were evaluated through offline experiments using the developed mathematical models, which were validated in a flight simulator and a real-world flight. In General, the GA and MPGA reached similar results by saving the UAV in approximately 89% of the maps, while the GH was able to bring the aircraft to a bonus region for 77% of maps within a feasible computational time lower than 1 second. In the MILP model, the time spent was about four minutes since it guarantees optimality of the solution found. Due to such high computational time, a strategy involving nearby routes pre-calculated was defined from the MILP which was very promising. In experiments involving flight simulator, different wind conditions were tested and it was found that even under such conditions the methods developed have managed to execute the landing safely [Result]. The work presented collaborates with the safety of Unmanned Aerial Vehicles and with the proposal of mathematical models that represent the aircraft under critical situations. The methods, in general, were promising since they brought the aircraft to execute a safe landing within a low computational time as shown by offline simulations, flight simulator and real flight [Conclusion]. The main contributions are: fault modeling, system architecture planner routes and linear model for emergency landing. [Contribution].

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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.

A segurança nos voos de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) é uma importante questão e vem ganhando destaque devido a uma série de acidentes com tais aeronaves. O aumento do número de aeronaves no espaço aéreo e a autonomia cada vez maior para realizar missões estão entre outros elementos que merecem destaques. No entanto, pouca atenção tem sido dada a autonomia da aeronave em casos emergenciais [Contexto]. Nesse contexto, o desenvolvimento de algoritmos que efetuem o planejamento de rotas na ocorrência de situações críticas é fundamental para obter maior segurança aérea. Eventuais situações de insegurança podem estar relacionadas a uma falha nos equipamentos do veículo aéreo que impede a continuação da missão em curso pela aeronave [Lacuna]. A presente pesquisa avança o estado da arte considerando um conceito chamado In-Flight Awareness (IFA), que estabelece consciência situacional em VANTs, visando maior segurança de voo. Os estudos também avançam na proposição de modelos matemáticos que representem o estado da aeronave avariada, viabilizando o pouso emergencial e minimizando possíveis danos [Propósito]. Este trabalho utiliza técnicas de computação evolutiva como Algoritmos Genéticos (AG) e Algoritmos Genéticos Multi-Populacional (AGMP), além de uma Heurística Gulosa (HG) e um modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) no tratamento de falhas críticas juntamente com o conceito de IFA [Metodologia]. As soluções obtidas foram avaliadas através de experimentos offline usando os modelos matemáticos desenvolvidos, além de validadas em um simulador de voo e em um voo real. De forma geral, o AG e AGMP obtiveram resultados equivalentes, salvando o VANT em aproximadamente 89% dos mapas. A HG conseguiu trazer a aeronave até uma região bonificadora em 77% dos mapas dentro de um tempo computacional abaixo de 1 segundo. No modelo PLIM, o tempo gasto foi de cerca de quatro minutos já que garantia a otimalidade da solução encontrada. Devido ao seu elevado tempo computacional, uma estratégia evolvendo rotas pré-calculadas foi definida a partir do PLIM, mostrando-se bastante promissora. Nos experimentos envolvendo simulador de voo foram testadas diferentes condições de vento e se verificou que mesmo sobre tais condições os métodos desenvolvidos conseguiram efetuar o pouso com segurança [Resultado]. O trabalho apresentado colabora com a segurança de Veículos Aéreos Não Tripulados e com a proposta de modelos matemáticos que representem a aeronave em caso de situações críticas. Os métodos, de forma geral, mostraram-se promissores na resolução do problema de pouso emergencial já que trouxeram a aeronave com segurança até regiões interessantes ao pouso em um baixo tempo computacional. Isso foi atestado pelos resultados obtidos a partir das simulações offline, em simulador de voo e em voo real [Conclusão]. As principais contribuições do trabalho são: modelagem de regiões adequadas ao pouso, modelagem de falhas, arquitetura do sistema planejador de rotas e modelo linear para para pouso emergencial [Contribuição]. / The security involved in flights of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is an important issue and is achieving prominence due to a number of accidents involving such aircraft. Other elements that deserve highlights are the increase in the number of aircraft in the airspace and autonomy to perform missions, however, little attention has been given to the autonomy of the aircraft in emergency cases [Context]. In this context, the development of algorithms that contribute significantly to the path planning in the event of critical situations is essential for more air traffic. Possible situations of insecurity may be related to a failure in the equipment of vehicle that prevents the continuation of the current mission by aircraft [Gap]. The research advances the state of the art considering a concept called In-Flight Awareness (IFA), which provides situational awareness in UAVs aiming at greater flight safety. Advances also in the developing of mathematical models that represent the state of the damaged aircraft, with the purpose to execute the emergency landing by minimizing damages [Purpose]. Thus, this work applies evolutionary computation techniques such as Genetic Algorithms (GA) and Multi-Population Genetic Algorithms (MPGA), as well as a Greedy Heuristic (GH) and a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model to deal with critical situations along with the concept of IFA [Methodology]. The solutions obtained were evaluated through offline experiments using the developed mathematical models, which were validated in a flight simulator and a real-world flight. In General, the GA and MPGA reached similar results by saving the UAV in approximately 89% of the maps, while the GH was able to bring the aircraft to a bonus region for 77% of maps within a feasible computational time lower than 1 second. In the MILP model, the time spent was about four minutes since it guarantees optimality of the solution found. Due to such high computational time, a strategy involving nearby routes pre-calculated was defined from the MILP which was very promising. In experiments involving flight simulator, different wind conditions were tested and it was found that even under such conditions the methods developed have managed to execute the landing safely [Result]. The work presented collaborates with the safety of Unmanned Aerial Vehicles and with the proposal of mathematical models that represent the aircraft under critical situations. The methods, in general, were promising since they brought the aircraft to execute a safe landing within a low computational time as shown by offline simulations, flight simulator and real flight [Conclusion]. The main contributions are: fault modeling, system architecture planner routes and linear model for emergency landing. [Contribution].

Made available in DSpace on 2016-04-27T19:32:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Moreira.pdf: 2689113 bytes, checksum: 1b0a78f5ae3fc86a4143f6cc410f64f4 (MD5) Previous issue date: 2005-06-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / From 1969 to 1988, Pouso Alegre, a southern Minas Gerais state city, had lived the very beginning of it s industrial process. Values such as modernity , development and progress were under construction by the local press, where both, the morality defenders and people opposed to the Prostitution Zone, had considered it an obstacle to urban growth, thus raising a moral campaign which demanded the prostitution s end at the city center. Such results reflected the need of another Prostitution Zone, far away from downtown and with the purpose of the prostitution confinement, which came afterwards to be a residential area s neighbor in the 1980 s. This way new social relationships among the ones who tried to stabilize their identities with each other, were started. The dissertation The city and the necessary evil : Prostitution Zoning and social marginality in Pouso Alegre city, Minas Gerais state (1969-1988)aims to reflect on the Prostitution Zone construction as an urban territory to explore the tense relationships established between the city spaces and the Zone along the years. It had resulted and rightfully became a process of social exclusion and the prejudice resource was reinforced by a symbolic borderline among their social relationship as a way of differing themselves. The narrative of the research was built up with the contribution of Oral History, which allowed the capture of experiences from those who lived the process of social exclusion and marginality construction of the Zone. Therefore establishing a continuous dialogue with different kinds of legal, official-documented, cartography, written-memory sources and the local press with the purpose of making up a multi-faced history, able to deconstruct the several images that were attached to the Prostitution Zone as well as presenting another view of that marginal territory, culturally constructed with its own rules and values, for the first time presented by the Pouso-Alegrense historiography. / Entre 1969 e 1988, a cidade sul-mineira de Pouso Alegre-MG industrializava-se. Valores como modernidade , desenvolvimento e progresso eram construídos pela imprensa local que, juntamente com os moralistas e opositores à Zona de Prostituição, passou a considerá-la um entrave ao crescimento urbano, travando uma campanha de moralização pelo fim da prostituição na região central, cujos resultados refletiram a necessidade de construção de um espaço, afastado do centro, destinado a confinar a prostituição, e que se tornou vizinho nos anos 1980 de um Conjunto Habitacional, iniciando assim novas relações de sociabilidade entre os sujeitos que buscavam afirmar suas identidades. A dissertação A cidade e o mal necessário : Zona de Prostituição e marginalidade social em Pouso Alegre-MG (1969-1988) busca refletir sobre a construção da Zona de Prostituição enquanto território urbano e explorar as tensões que permearam as relações estabelecidas entre cidade e a Zona no decorrer dos anos, resultando e legitimando um processo de exclusão e o recurso aos preconceitos no reforço de fronteiras simbólicas construídas nas relações entre os sujeitos sociais como critérios de diferenciação entre eles. A narrativa da pesquisa foi construída com o recurso às fontes orais, que permitiram apreender experiências dos diferentes sujeitos sociais que viveram esse processo de exclusão e construção da marginalidade da Zona, estabelecendo um diálogo constante com diferentes tipos de fontes, como a imprensa local do período, fontes legislativas, cartográficas, oficiais e memórias escritas, no sentido de construir uma história multifacetada capaz de desmistificar as múltiplas imagens pesavam sobre a Zona de Prostituição e apresentar um outro lado daquele território marginal, culturalmente construído, dono de valores e regras próprias abordado pela primeira vez historiografia pouso-alegrense.