A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), também chamados UAV (Unmanned Aerial Vehicle) vem ganhando espaço nas mais diversas áreas, tais como inspeções em linhas de transmissão e em torres de fracionamento de refinarias, entre outros. Já na construção civil, estudos recentes estão sendo focados na utilização dos VANTs para inspeção de pontes, viadutos e estradas. O presente trabalho visa fornecer uma análise para o uso de VANT na área civil, na detecção de manifestações patológicas em revestimentos de argamassa, de forma a auxiliar na procura por fissuras em fachadas, sobretudo aqueles que a visualização esteja prejudicada, seja pela distância ou pela acessibilidade difícil ao local. Este trabalho analisa possíveis implementações de dois algoritmos de processamentos de imagens desenvolvidos a partir da ferramenta MATLAB para a indicação de presença de fissuras na alvenaria, obtendo o desempenho destes diferentes algoritmos quando executados em software em plataforma que possibilite a embarcação em VANTs. Utilizando a geração automática de código em C a partir do ambiente MATLAB, é realizada uma análise temporal em plataforma ARM e RISC dos algoritmos propostos, demonstrando a oportunidade de utilização de dispositivos na tarefa de processamento de imagem para a aplicação proposta. Esta análise possibilita a previsão do comportamento na utilização de um VANT, uma vez que isto pode impactar na velocidade durante a aplicação e consequentemente sua autonomia. / The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), has been gaining space in several areas, such as inspections of transmission lines, refineries fractionation towers among others. In the construction, recent studies have been focused on the use of UAVs for inspection of bridges, viaducts and roads. The present study aims to provide an analysis using UAVs in the civil construction area, in the detection of pathologic manifestations mortar coatings in order to aid in the search for cracks in the facades especially those that visualization is impaired, or may be the distance the accessibility difficult to spot. This paper provides an analysis of two algorithms of image processing developed from the Matlab tool for indicating the presence of cracks in masonry, getting the performance of these different algorithms when implemented in software platform that enables the vessel in UAV. Using the automatic generation of C/C++ code from the MATLAB environment is performed the temporal analysis on ARM and RISC plataform of the proposed algorithms demonstrates the opportunity to use devices in the image processing task for the proposed application. This analysis allows the prediction of the behavior of a UAV using one since it can impact velocity during application, and therefore their autonomy.

A utilização de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), também chamados UAV (Unmanned Aerial Vehicle) vem ganhando espaço nas mais diversas áreas, tais como inspeções em linhas de transmissão e em torres de fracionamento de refinarias, entre outros. Já na construção civil, estudos recentes estão sendo focados na utilização dos VANTs para inspeção de pontes, viadutos e estradas. O presente trabalho visa fornecer uma análise para o uso de VANT na área civil, na detecção de manifestações patológicas em revestimentos de argamassa, de forma a auxiliar na procura por fissuras em fachadas, sobretudo aqueles que a visualização esteja prejudicada, seja pela distância ou pela acessibilidade difícil ao local. Este trabalho analisa possíveis implementações de dois algoritmos de processamentos de imagens desenvolvidos a partir da ferramenta MATLAB para a indicação de presença de fissuras na alvenaria, obtendo o desempenho destes diferentes algoritmos quando executados em software em plataforma que possibilite a embarcação em VANTs. Utilizando a geração automática de código em C a partir do ambiente MATLAB, é realizada uma análise temporal em plataforma ARM e RISC dos algoritmos propostos, demonstrando a oportunidade de utilização de dispositivos na tarefa de processamento de imagem para a aplicação proposta. Esta análise possibilita a previsão do comportamento na utilização de um VANT, uma vez que isto pode impactar na velocidade durante a aplicação e consequentemente sua autonomia. / The use of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), has been gaining space in several areas, such as inspections of transmission lines, refineries fractionation towers among others. In the construction, recent studies have been focused on the use of UAVs for inspection of bridges, viaducts and roads. The present study aims to provide an analysis using UAVs in the civil construction area, in the detection of pathologic manifestations mortar coatings in order to aid in the search for cracks in the facades especially those that visualization is impaired, or may be the distance the accessibility difficult to spot. This paper provides an analysis of two algorithms of image processing developed from the Matlab tool for indicating the presence of cracks in masonry, getting the performance of these different algorithms when implemented in software platform that enables the vessel in UAV. Using the automatic generation of C/C++ code from the MATLAB environment is performed the temporal analysis on ARM and RISC plataform of the proposed algorithms demonstrates the opportunity to use devices in the image processing task for the proposed application. This analysis allows the prediction of the behavior of a UAV using one since it can impact velocity during application, and therefore their autonomy.

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].

Ao observar a situação atual, na qual atos de vandalismo e terrorismo tornaram-se frequentes e cada vez mais presentes ao redor do mundo, principalmente em grandes cidades, torna-se clara a necessidade de equipar as forças policiais com tecnologias de observação e monitoramento inteligentes, capazes de identificar e monitorar indivíduos potencialmente perigosos que possam estar infiltrados nas multidões. Ao mesmo tempo, com sua recente popularização, veículos aéreos não tripulados, também chamados VANTs e conhecidos popularmente como "drones", acabaram por tornar-se ferramentas baratas e eficientes para diversas aplicações, incluindo observação, fornecendo a seus utilizadores a capacidade de monitorar alvos, áreas, ou prédios de forma segura e quase imperceptível. Unindo estas duas tendências, este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema multi-VANT para observção de alvos móveis em multidões, demonstrando a possibilidade de utilização de pequenos VANTs comerciais comuns para o monitoramento de grupos de pedestres. O principal objetivo de tal sistema é monitorar continuamente indivíduos de interesse em um grupo de pessoas, visitando cada um destes indivíduos alternadamente, de forma a manter um registro geral do estado de cada um deles Um sistema deste tipo poderia, por exemplo, ser utilizado por autoridades no controle de manifestações e outras atividades em que grandes grupos de pessoas estejam envolvidos, ajudando a polícia e outros órgãos a identificar indivíduos com comportamento suspeito ou agressivo mais rapidamente, evitando ou minimizando os efeitos de atitudes de vandalismo e de ataques terroristas. Com o intuíto de abordar tal problema da forma mais completa e adequada possível, esta tese apresenta a concepção e o desenvolvimento de um sistema híbrido composto de três diferentes algoritmos: um algoritmo de distribuição de alvos; um de roteamento; e um de repasse de alvos. Primeiramente, neste sistema, um algoritmo de distribuição de alvos baseado em um paradigma de mercado que simula um leilão distribui os alvos entre os VANTs da melhor forma possível. Os VANTs, por sua vez, utilizam um algoritmo genético de roteamento para resolver uma instância do Problema do Caixeiro Viajante e decidir a melhor rota para visitar cada alvo sob sua responsabilidade. Ao mesmo tempo, o sistema analisa a necessidade de redistribuição dos alvos, ativando um algoritmo capaz de realizar esta ação ao perceber sua necessidade quando na iminência de perder algum alvo de vista. Ao fim de seu desenvolvimento, o sistema proposto foi testado em uma série de experimentos especialmente desenvolvidos para avaliar seu desempenho em situações controladas e comprovar sua eficiência para realizar a missão pretendida. / Observing the current scenario, where terrorism and vandalism acts have become commonplace, particularly in big cities, it becomes clear the need to equip law enforcement forces with an efficient observation method, capable of identifying and observing potentially threatening individuals on crowds, to avoid or minimize damage in case of attacks. Moreover, with the popularization of small lightweight Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), these have become an affordable and efficient tool, which can be used to track and follow targets or survey areas or buildings quietly, safely and almost undetectably. This work presents the development of a multi-UAV based crowd monitoring system, demonstrating a system that uses small Commercial Of The Shelf (COTS) UAVs to periodically monitor a group of moving walking individuals. The goal of this work is to develop a coordination system for a swarm of UAVS capable of continuously monitoring a large group of individuals (targets) in a crowd, alternately observing each of them at a time while trying to not lose sight of any of these targets. A system equipped with a group of UAVs running this proposal can be used for law-enforcement applications, assisting authorities to monitor crowds in order to identify and to follow suspicious individuals that can have attitudes that could be classified as vandalism or linked to terrorist attack attempts To address this problem a system composed of three parts is proposed and was developed in this thesis. First, an auction algorithm was put in place to distribute interest targets among the multiple UAVs. The UAVs, in turn, make use of a genetic algorithm to calculate the order in which they would visit each of the targets on their observation queue. Moreover, a target handover algorithm was also implemented to redistribute targets among the UAVs in case the system judged that a target was about to be lost by its current observer UAV. The proposed system was evaluated through a set of experiments set-up to verify and to demonstrate the system capabilities to perform such monitoring task, proving its efficiency. During these experiments, it is made clear that the system as a whole has a great potential to solve this kind of moving target monitoring problem that can be mapped to a Time Dependent Travel Salesman Problem (TDTSP), observing targets, and redistributing them among UAVs as necessary during the mission.

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.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TayaraCPB_Dissert.pdf: 1984521 bytes, checksum: 5a46c1781124a49b404a083b87b969bd (MD5) Previous issue date: 2015-08-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / With advances in technology and the popularization of the use of Unmanned Aerial Vehicles (UAV's) so does the need to use more robust and more effective control techniques. Among the various types of unmanned aerial vehicles, this paper will focus on quadrotor model, which has a mechanical structure in the form of x, whose ends have an engine and propeller assembly, where the rotation of this group is responsible for the lift and the movements developed by quadrotor. This feeling, aiming to apply drivers that provide stability to the dynamic system. This study aims to conduct mathematical modeling using the Euler-Lagrange. With this, it is proposed a PID controller (Proportional Integral Derivative) to maintain stable the three orientation angles and height to a desired value. The development of the proposed controller will be validated via simulation confirming the application feasibility of the technique presented stability / Com o avanço tecnológico e a popularização do uso dos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT s) cresce também a necessidade do uso de técnicas de controle mais robustas e mais eficazes. Dentre os mais diversos tipos de veículos aéreos não tripulados, este trabalho irá focar no modelo do quadrotor, que possui uma estrutura mecânica em forma de cruz, cujas extremidades têm um conjunto de motor e hélice, onde a rotação desse conjunto é responsável pela força de sustentação e pelos movimentos desenvolvidos pelo mesmo. Objetivando aplicar controladores que proporcione estabilidade ao sistema dinâmico deste veiculo aéreo. O presente trabalho tem como objetivo realizar a modelagem matemática deste sistema usando as equações de Euler-Lagrange. Tendo isso, é proposto um controlador PID (Proporcional Integral Derivativo) para manter os três ângulos de orientação estáveis e a altura em um valor desejado. O desenvolvimento do controlador proposto será validado via simulação confirmando a viabilidade da aplicação da técnica de estabilidade apresentada

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Technological advances in electromechanical sensor and actuators, energy storage, data processing and control methodology made possible the development of unmanned aerial vehicles (UAVs). The quadrotor has emerged as one of these research platforms due to its mechanical simplicity, high maneuverability, as well as its capability of hovering and perform vertical take-off and landing. However, such vehicle presents some challenging issues to control area, like: nonlinearity, time-varying behavior, in addition it belongs to the class of underactuated mechanical systems, and it is subject to aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. Therefore, this dissertation has as main objective, contribute to development and control strategies implementation to solve the positioning and path tracking problems of unmanned aerial vehicles, focusing on an underactuated mechanical system. In order to obtain a dynamic model that represents the aerial vehicle properly and realistically, the motion equations were developed based on the physics laws that define the mechanical system. The model we obtained is decoupled, thus we consider the presence of two subsystems, the rotational and the translational ones. A cascade control strategy was implemented, so that, a model predictive control (MPC) was developed to the altitude and orientation control of the aerial vehicle. However, the positioning control along the xy axis was performed through a proportional integral derivative control (PID). Such strategies allowed a smooth path tracking, beyond the possibility of dealing with physical constraints of the system. In order to assess the robustness of the control structure shown, we performed flight simulations under the presence of aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. / Avanços tecnológicos em sensores e atuadores microeletromecânicos, no armazenamento de energia, no processamento de informações e em metodologias de controle possibilitaram o desenvolvimento dos veículos aéreos não tripulados (VANT s). O quadricóptero tem emergido como uma destas plataformas de pesquisa devido a sua simplicidade mecânica, a alta manobrabilidade, bem como a capacidade de realizar pairagem e decolagens e pousos verticais. Contudo, tal veículo apresenta algumas características desafiadoras para a área de controle, como: não linearidades, comportamento variante no tempo, além de pertencer à classe dos sistemas mecânicos subatuados e estar sujeito a distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. Desta forma, este trabalho possui como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle para solucionar os problemas de posicionamento e rastreamento de trajetória em veículos aéreos não tripulados, focando em um sistema mecânico subatuado. Com o intuito de obter um modelo dinâmico que represente de forma apropriada e realista o veículo aéreo, suas equações de movimento foram desenvolvidas baseando-se nas leis físicas que regem o sistema mecânico. O modelo obtido é desacoplado, portanto, consideramos a existência de dois subsistemas, o rotacional e o translacional. Uma estratégia de controle em cascata foi implementada, de modo que, um controle preditivo baseado em modelo (CPBM) foi desenvolvido para o controle da altitude e da orientação do veículo aéreo. Já o controle de posicionamento no eixo xy foi efetuado através de um controlador proporcional integral derivativo (PID). Tais estratégias permitiram um rastreamento de trajetória suave, além da possibilidade de lidar com as restrições físicas do sistema. Com o intuito de avaliar a robustez da estrutura de controle apresentada, foram realizadas simulações de voo na presença de distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. / Mestre em Ciências

Orientador: Prof. Dr. André Fenili / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2018.

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.