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].

O emprego de veículos terrestres autônomos tem se tornado cada vez mais comum nos últimos anos em aplicações civis e militares. Eles podem ser úteis para as pessoas com necessidades especiais e para reduzir os acidentes de trânsito e o número de baixas em combate. Esta tese aborda o problema da classificação de obstáculos e da localização do veículo em relação a um mapa topológico, sem fazer uso de GPS e de mapas digitais detalhados. Um sensor laser 3D é usado para coletar dados do ambiente. O sistema de classificação de obstáculos extrai as features da nuvem de pontos e usam-nas para alimentar um classificador que separa os dados em quatro classes: veículos, pessoas, construções, troncos de árvores e postes. Durante a extração de features, um método original para transformar uma nuvem 3D em um grid 2D é proposto, o que ajuda a reduzir o tempo de processamento. As interseções de vias de áreas urbanas são detectadas e usadas como landmarks em um mapa topológico. O sistema consegue obter a localização do veículo, utilizando os pontos de referência, e identifica as mudanças de direção do veículo quando este passa pelos cruzamentos. Os experimentos demonstraram que o sistema foi capaz de classificar corretamente os obstáculos e localizar-se sem o uso de sinais de GPS. / The employment of autonomous ground vehicles, both in civilian and military applications, has become increasingly common over the past few years. Those vehicles can be helpful for disabled people and also to reduce traffic accidents. In this thesis, approaches to the problem of obstacles classification and the localization of the vehicle in relation to a topologic map are presented. GPS devices and previous digital maps are not employed. A 3D laser sensor is used to collect data from the environment. The obstacle classification system extracts features from point clouds and uses them to feed a classifier which separates data into four classes: vehicle, people, building and light poles/ trees. During the feature extraction, an original method to transform 3D to 2D data is proposed, which helps to reduce the processing time. Crossing roads are detected and used as landmarks in a topological map. The vehicle performs self-localization using the landmarks and identifying direction changes through the crossing roads. Experiments demonstrated that system was able to correctly classify obstacles and to localize itself without using GPS signals.

INTRODUÇÃO: Estudantes universitários apresentam frequências maiores de Dirigir sob efeito do álcool (DEA) e de uso pesado de álcool, assim como de uso nos últimos trinta dias, do que não-estudantes da mesma idade. O objetivo principal deste estudo foi avaliar a efetividade da Intervenção Preventiva (IP) relacionada a esses comportamentos entre estudantes da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (FMUSP), da cidade de São Paulo. Este estudo teve como objetivo secundário a tradução e a validação do Questionário baseado na Teoria de Proteção e Motivação (QPMT) para identificar aspectos cognitivos relacionados à avaliação de ameaças e de adaptação quanto ao DEA. MÉTODOS: O QPMT foi traduzido pela equipe técnica de acordo com metodologia da Organização Mundial da Saúde. A etapa de validação (EV), com desenho de estudo transversal, ocorreu entre estudantes do 1º ano da FMUSP/2007. Na Etapa de Intervenção (EI), o desenho do estudo foi o de seguimento. Estudantes do 2º ano da FMUSP/2007 responderam o QPMT e o AUDIT, para avaliação do padrão de consumo de álcool, no tempo zero (T0), no tempo um (T1) logo após as IP, e após um ano, no tempo dois (T2). Em T0, os estudantes foram divididos por sorteio em dois grupos, o grupo de intervenção (GI), que recebeu cinco IP de 15 minutos cada, e grupo controle (GC), que não recebeu IP. RESULTADOS: Todos os estudantes presentes à aula aceitaram participar da EV e responderam os questionários (n = 63). A consistência interna do QPMT foi satisfatória. Na EI, entre 106 estudantes presentes à aula, 91 concordaram em participar e responder os questionários, índice de resposta de 85,9%. Com relação ao DEA 40,5% dos estudantes do GI (n = 17/42) e 38,8% do GC (n = 19/49) referiram o comportamento, em T0 (p = 1,00). A regressão linear múltipla (RLM) demonstrou que, para o GI, aumentos na pontuação do AUDIT e menor percepção de ameaças e de respostas adaptativas para o DEA tiveram efeito preditivo na frequência da intenção de DEA (IDEA). Para o GC, apenas aumentos nas pontuações do AUDIT foram preditivos de maior IDEA. Quando comparados T0 e T2, apenas o GI apresentou redução significativa da média do AUDIT (p = 0,012). Em T2, o DEA foi referido por 45,4% dos estudantes do GI e 63,6% do GC (p = 0,027, comparando o GC entre T0 e T2) e o GI apresentou redução na IDEA. Na RLM em T2, aumentos na pontuação do AUDIT foram preditivos para a IDEA apenas para o GC. O Risco Relativo (RR) para o DEA foi 4,3% maior no GI do que no GC em T0, enquanto na avaliação em T2, o GC teve um RR 28,6% maior. CONCLUSÃO: Reduções no padrão de consumo de álcool e na proporção de IDEA são sugestivos de efetividade da IP em estudantes da FMUSP / INTRODUCTION: College students have higher rates of Driving Under the Influence of alcohol (DUI) and of heavy or last 30-days alcohol consumption than same age non-students. The main objective of this study was to evaluate the effectiveness of a Preventive Intervention (PI) related to these behaviors among university students of the Faculty of Medicine of the University of São Paulo (FMUSP), São Paulo City. A secondary objective was to translate and validate a questionnaire with the Protection Motivation Theory (PMT) in order to recognize cognitive aspects related to threat and coping appraisals process of the DUI behavior METHODS: The PMT was translated by the research team according to the World Health Organization methodology. The Validation Phase (VP), with a cross-sectional design, assessed FMUSP 2007 first-year students. At the Intervention Phase (IP) a follow-up study was conducted. FMUSP 2007 second-year students answered the PMT and the AUDIT, to assess the pattern of alcohol consumption, at baseline, just after PI, and one year later. At baseline, students were randomly selected to an intervention group (IG) or a control group (CG). The IG was submitted to five PI of 15 minutes each. The CG didnt receive any intervention. RESULTS: All of the first-year students attending to a lecture accepted to participate and answered the questionnaires (n = 63). Internal consistency of the PMT was satisfactory. At the IP, from 106 students attending to a lecture, 91 accepted to participate and answered the questionnaires, a response rate of 85.9%. Rates of DUI at baseline were 40.5% for the IG (n = 17/42) and of 38.8% for the CG (n = 19/49, p = 1.00). The multiple linear regression (MLR) showed that for the IG, increasing of AUDIT scores and lower perceptions of threat and coping appraisals for DUI prevention were strong predictors of intention to DUI (IDUI). For the CG increasing of AUDIT scores were predictive of IDUI. Comparison between baseline and one-year follow-up showed that just the IG had significant reductions of the mean AUDIT score (p = 0.012). At follow-up, DUI was reported by 45.4% and by 63.6% of IG and CG students, respectively (p = 0.027 comparing CG results from baseline and follow-up), and the IG showed reductions in IDUI. MLR at follow-up showed that increasing AUDIT scores predicted IDUI just among the CG. Relative Risk (RR) for DUI among IG was 4.3% higher than for the CG at baseline, meanwhile, at follow-up, CG reached a 28.6% higher RR for DUI. CONCLUSION: Reductions in the pattern of alcohol use and in the proportion of IDUI were suggestive of effectiveness of PI among FMUSP students

O principal propósito deste trabalho é desenvolver e caracterizar o veículo robótico ℏelvis III, para ser usado no desenvolvimento de pesquisas na área de controle e navegação de robôs móveis. O sistema de propulsão foi caracterizado para determinar a velocidade real do veículo em quatro tipos diferentes de terrenos (Asfalto, grama, grama-terra e terra). Também foi caracterizado o sistema de esterçamento mediante o modelo cinemático da bicicleta, onde se obteve a relação entre a posição do servo motor encarregado do esterçamento do veículo e o valor do ângulo de esterçamento de uma bicicleta. Foram determinados os valores dos erros CEP (Circular Error Probability) e SEP (Spherical Error Probability) do GPS (Global Positioning System) embarcado no veículo mediante dois testes: um em São Carlos – SP (Brasil) e outro em Villavicencio – Meta (Colômbia). Nesses testes foi caracterizada a IMU (Inertial Measurement Unit) embarcada no veículo, além de verificado o efeito da luz solar no funcionamento do sensor tipo LIDAR (Laser Imaging Detection and Ranging) embarcado no helvis III. Por último, pode-se definir a dinâmica do veículo à frente, com a determinação seu centro de massa, e é apresentado o comportamento das forças sob as rodas quando o veículo fica parado ou em movimento sobre terrenos que geram uma inclinação em algum dos eixos cartesianos. / The main objective of this work is the development and characterization of a robotic vehicle ℏelvis III in order to use it in the development of researches focused on the fields of mobile robotics control and navigation. Initially the propulsion system was characterized in order to determine the real velocity of vehicle in real conditions (four different kinds of grounds were used). In addition to this, the steering system was also characterized by applying the well-known bicycle kinematic model. During these experimental tests we could find the relation between the position of the servo-motor and the value of steering angle of the bicycle model. The real values of CEP (Circular Error Probability) and SEP (Spherical Error Probability) errors of the vehicle embedded GPS (Global Positioning System) were determined based on two experiments: the first one was carried out in São Carlos – SP (Brazil) and the second one in Villavicencio – Meta (Colombia). During the GPS experiments we could also characterize the vehicle embedded IMU (Inertial Measurement Unit). Then we could observe and measure the effect of solar light on the LIDAR sensor (Laser Imaging Detection and Ranging) performance. Finally, the forward vehicle dynamics is described, with the determination of the center of mass of the vehicle and the observation of the normal forces behavior in the vehicle wheels when it is stopped or moved on an inclined floor.

Este trabalho apresenta um estudo exploratório do potencial do Paraguai e da Bolívia para o desenvolvimento de uma indústria de mobilidade elétrica, avaliando a viabilidade de substituição da frota convencional de veículos leves, propulsados atualmente por motores à combustão interna (VCI), por veículos elétricos (VE) equivalentes. O estudo leva em consideração critérios econômicos, energéticos, ambientais, geopolíticos e disponibilidade de recursos naturais. Por tanto, são consideradas duas situações de substituição. No primeiro, por veículos elétricos disponíveis no mercado internacional (VE) e, alternativamente, por veículos elétricos com baterias de Li-ion, resultado da implantação e desenvolvimento de uma indústria de VE`s e outra de baterias de íons de lítio (Li-ion). Aproveitando assim, as vantagens estratégicas de recursos naturais proveniente do Salar de Uyuni Bolívia e da disponibilidade de energia elétrica no Paraguai, considerando a utilização de parte da potência da usina de Itaipu, propriedade do Paraguai e atualmente cedida a seu sócio no empreendimento, o Brasil, bem como a partir das abundantes reservas de gás natural boliviano e o potencial de ambos os países para o desenvolvimento de projetos de fontes renováveis. A indústria de baterias para os automóveis elétricos pode ser localizada na Bolívia, perto dos recursos e com grandes avanços tecnológicos e investimentos do governo na área nos últimos anos, enquanto a de VEL pode ser sediada no Paraguai que na atualidade possui um grande interesse de investidores estrangeiros. Os governos poderiam fomentar o projeto com iniciativas, como subsídios no custo da energia utilizada para o abastecimento de VE`s, ou no custo de investimento inicial do veículo. Poderia também fornecer financiamento para a aquisição de VE`s a taxas menores as do mercado. As estimativas conduzidas neste trabalho mostram que uma eventual substituição da frota de veículos leves VCI por VE no período de 10 anos, geraria benefícios econômicos cumulativos para o Paraguai de US$ 1.031 milhões e para Bolívia de US$ 1.373 milhões. Essa substituição permitiria uma redução das emissões de Gases de Efeito estufa (GEE) de 8.398 GgCO2 para o Paraguai e 9.420 7 GgCO2 para a Bolívia. Inicialmente seriam produzidos 40 mil veículos por ano em cada país para atingir a escala necessária para a redução dos custos das BIL`s. A ideia subjacente é ganhar escala local para a cadeia de produção inicial e, em seguida, acessar os mercados de América latina e o mundo. / This document presents an exploratory study of the potential of Paraguay and Bolivia for the development of an electric mobility industry, assessing the viability of replacing conventional light vehicle fleet, currently driven by internal combustion engines (ICE), for electric vehicles (EV) equivalent. The study takes into account economic, energy, environmental, geopolitical, and availability of natural resources criteria. Therefore, two replacement situations are considered. In the first, for EV`s currently available in the international market and, alternatively, for electric vehicles with Li-ion batteries, due to the implementation and development of both, an electric vehicle and a lithium-ion batteries industry. Leveraging so, the strategic advantages of natural resources from the Salar de Uyuni - Bolivia and the availability of electricity. This considering the use of part of the over-potential of the Itaipu power plant, owned by Paraguay and currently assigned to his associated in the undertaken, Brazil, and from Bolivian natural gas abundant reserves and the potential of both countries for the development of renewable projects. The battery industry for electric cars could be located in Bolivia, because of the proximity of the lithium resources and the technological breakthroughs and investments in the area of the Bolivian government in recent years, while the LEV industry could be based in Paraguay, which currently has a great appeal for foreign investors. Governments could promote the project with incentives such as subsidies in the cost of energy used to supply EV`s, or the cost of the initial investment vehicle, it also could provide funding for the acquisition of EV`s at lower rates. Estimates conducted in this study in a ten year basis show that any replacement of the ICE light vehicle fleet for EV would generate cumulative economic benefits to Paraguay for US$ 1,031 million, and for Bolivia US$ 1,373 million. This substitution would reduce Greenhouse Gases emissions (GHG) in 8,398 GgCO2 for Paraguay and 9,420 GgCO2 for Bolivia. Initially, 40,000 vehicles per year in each country would be produced to achieve the scale required for reducing BIL`s costs. The underlying idea is to make local scale for initial production chain and then access the Latin America markets and the world.

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de açúcar do mundo, com uma produção anual de 16,7 milhões de toneladas, onde a metade deste montante destina-se ao mercado externo. Nesse contexto, este trabalho tem o objetivo principal de investigar as principais alternativas de transporte existentes para o açúcar a granel de exportação, e propor estratégias que orientem os agentes envolvidos neste mercado a racionalizar seus custos de distribuição. São criados três grupos de cenários que representam as principais alternativas de transporte neste setor: o rodoviário porta-a-porta; o rodo-ferroviário com restrição de capacidade de embarque de açúcar; e um cenário de longo prazo de transporte rodo-ferroviário sem restrição de capacidade de embarque de açúcar. Em cada um desses grupos existe a opção de se transportar nos trechos rodoviários, tanto no porta-a-porta como nas pontas de acesso à ferrovia, com frota própria ou terceirizada. As tecnologias para frotas próprias investigadas nesse trabalho são as CVCs 2S3 e 3S3, geralmente utilizadas para o transporte do açúcar a granel, e as 3S2B2 e 3S3B3, as quais tem participações incipientes nesse mercado de transportes. A modelagem do problema leva em consideração os custos econômicos para a operação das frotas próprias e os valores de fretes cobrados para o setor tanto no modo rodoviário, como no ferroviário. Esses modelos agregados são simulados com auxílio de um sistema de informação geográfica e de planilhas eletrônicas. Ao final, conclui-se que no transporte rodoviário porta-a-porta, embora existam vantagens econômicas na operação das novas CVCs, nenhuma alternativa de frota própria mostra-se mais viável que a contratação de frota terceirizada no mercado. As análises no modo rodo-ferroviário mostram que este é mais atraente do que o rodoviário porta-a-porta para o mercado de exportação de açúcar, mesmo quando a operação tem restrições de capacidade. Numa operação hipotética sem restrições de capacidade, os ganhos econômicos gerados são da ordem 5,3% sobre a alternativa rodo-ferroviária com restrição da ferrovia para embarque de açúcar. Sugere-se a realização de uma investigação dos custos de investimento na infra-estrutura e material rodante necessários para eliminar as restrições de capacidade para este mercado. / Brazil is today the largest sugar producer of the world, with an annual production of 16,7 milion tons, where half of this amount is directed to be export market. In this context, the study has the main objective to investigate the transport alternatives for bulk sugar export and to propose strategies to the market agents involved in rationalizing the distribution costs. Three groups of scenarios are created to represent the main transportation alternatives in this sector: the door-to-door road transport; the constrained capacity road-railroad intermodal transport; and a long-term unconstrained capacity road-railroad intermodal scenario. For each of these scenarios the option of the road transport, either in the door-to-door operation or in the accesses to the railroad, with proprietary or third party fleets is investigated. The technologies for proprietary fleets considered in this investigation are the 2S3 and 3S3 combinations, generally used at present for the bulk sugar transportation, as well as the 3S2B2 and 3S3B3 LCVs, which have an incipient participation in this transportation market. The modeling considers the economic costs for the proprietary fleet operations and current freight values charged for road and rail in the bulk sugar transport sector in the region selected for the case study for the third party operation. The aggregate cost models are simulated with the support of a geographic information system and electronic spreadsheets. It is concluded that in the door-to-door road transport, even considering the economic advantages of the new LCVs technologies, none of the proprietary fleet alternatives are more cost effective than contracting third party fleets in the market. The railroad alternatives show that this alternative is more attractive than the door-to-door road transport, even considering the constraints in operating capacity. An hypothetical operation with unconstrained capacity is presented, showing that the economic gains of this alternative are in the order of 5,3% better than the best constrained capacity alternative. A suggestion to conduct an investigation on the investment costs necessary to eliminate infrastructure and rolling stock capacity constrains on the railroad network is presented.

This work presents the development of the unmanned aerial vehicles (UAV) as an important option for the monitoring and remote sensing of agricultural activities. The UAV application in recognition missions has been favored and helped mainly by the its current technological state of development, like reduced cost of manufacturing, reduction in the size and weight of navigation equipments, and the need of optimizing in the corps production. For a better understanding of this project, the contents were divided into three main subjects, methodology applied for each state, performance of the prototype, monitoring and processing of acquired aerial images. The development of the UAV was focused into the methodological activities used in the project and as well as in the results generated by its application to assemble the final prototype. The material and the technique used for the production of each component of the final UAV prototype, is described through modes and phases. Under the project conditions the set prototype and the equipments used with it showed acceptable results. The acquired and processed images by the set UAV and equipments were good enough for a preliminary analysis of crops and can give support in the identification of blotch and weed invasions in specific areas of them. / Este trabalho apresenta o desenvolvimento dos veículos aéreos não tripulados (VANT) como uma importante opção para o monitoramento e sensoriamento das atividades agrícola. Sua aplicação em missões de reconhecimento vem sendo favorecida e facilitada pelo atual estágio de desenvolvimento tecnológico, principalmente pela redução do custo e do tamanho dos equipamentos e pela necessidade de otimização da produção. Para o melhor entendimento do projeto na íntegra, dividiu-se em três partes, as quais são: metodologia aplicada para a construção do protótipo, desempenho do protótipo e monitoramento e tratamento das imagens aéreas capturadas. Seu desenvolvimento procurou ressaltar as atividades metodológicas envolvidas no processo de projeto e os resultados da metodologia aplicada para a construção do protótipo na concepção final, descrito nos módulos e fases em cada um dos componentes fabricados e nos diversos tipos de materiais empregados na construção do VANT. O protótipo, com seus devidos equipamentos, apresentou resultados satisfatórios para as situações requeridas no projeto e gerou imagens com qualidade suficiente para oferecer informações preliminares de uma determinada área, proporcionando suporte nas atividades agrícolas e o auxílio no planejamento e a tomada de decisões para a localização das manchas nas lavouras.

Made available in DSpace on 2016-08-31T13:33:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MoniqueFS_Dissert.pdf: 2578055 bytes, checksum: 595fd4f8c3d8d5457fa6c6eb6df6adff (MD5) Previous issue date: 2015-08-27 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have received increasing attention in recent years as a way to replace the expensive manned vehicles. At first, UAVs were used for military applications, and currently they are used in the research and development area, where control techniques for stability and airworthiness are the main objects of study. The full development of autonomous flight in all environments is still a challenge. In this regard, the general objective of this work is to control the propulsion system of a quadrotor UAV for indoor altitude control application. The quadrotor system developed in this work consists of frame, four propellers, flight controller, sensors, four brushless direct current motors (BLDC), electronic speed controller (ESC), battery, radio control transmitter, receiver and universal circuit battery eliminator (UBEC). The software used for the simulation of Proportional Integral Derivative (PID) control for motor speed and altitude control was Simulink®/MATLAB. For the control development, it was necessary to model the quadrotor system to obtain a mathematical representation that allows an analytical study consistent with the system behavior in practice. The mathematical modeling of the quadrotor was performed using the Euler-Lagrange formalism, because it has the same form in any system of generalized coordinates and it is more suitable for generalizations. Tests were done to ensure proper operation of each part of the system, and quadrotor experiments were performed to calculate the motor thrust factor and to identificate parameters of BLDC motors. From the parameters identified in the experiments, the transfer functions required in PID control simulation of BLDC motor speed and quadrotor altitude were obtained. The experiment relating to PID control of motor speed was performed and the obtained values were compared with the simulated ones. The simulations and tests showed expected responses compared to the results of studies reported in the literature. This work begins new researches on UAVs area at the Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA) / Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) têm recebido uma crescente atenção nos últimos anos como uma forma de substituir os veículos tripulados de alto custo. Inicialmente, os VANTs eram usados para aplicações militares e, atualmente são utilizados na área de pesquisa e desenvolvimento, onde as técnicas de controle para a estabilidade e navegabilidade de voos são os principais objetos de estudo. O desenvolvimento completo de voo autônomo em todos os ambientes ainda é um desafio. Neste sentido, o objetivo geral do trabalho é controlar o sistema de propulsão de um VANT do tipo quadricóptero para aplicação no controle de altitude do mesmo em ambientes fechados. O sistema do quadricóptero desenvolvido neste trabalho é composto por frame, quatro hélices, controlador de voo, sensores, quatro motores de corrente contínua sem escovas (BLDC), controlador de velocidade eletrônico (ESC), bateria, transmissor rádio-controlado, receptor e circuito universal eliminador de bateria (UBEC). O software utilizado para simulação do controle Proporcional Integral Derivativo (PID) de velocidade dos motores e do controle de altitude foi o Simulink®/MATLAB. Para o desenvolvimento do controle foi necessário modelar o sistema do quadricóptero para obter uma representação matemática que permita um estudo analítico coerente com o comportamento do sistema na prática. A modelagem matemática do quadricóptero foi realizada através do formalismo de Euler-Lagrange, por possuir a mesma forma em qualquer sistema de coordenadas generalizadas e ser mais adequado a generalizações. Testes foram feitos a fim de garantir o funcionamento adequado de cada parte do sistema do quadricóptero e experimentos foram realizados para o cálculo do fator de empuxo dos motores e para a identificação de parâmetros dos motores BLDC. A partir dos parâmetros identificados nos experimentos, foram obtidas as funções de transferência necessárias para serem utilizadas nas simulações de controle PID de velocidade do motor BLDC e de altitude do quadricóptero. Foi realizado o experimento referente ao controle PID de velocidade do motor e os valores obtidos foram comparados com os da simulação. As simulações e testes apresentaram respostas esperadas, comparados com os resultados de trabalhos relacionados na literatura. Este trabalho dá início a novas pesquisas na área de VANTs na Universidade Federal Rural do Semi-Árido (UFERSA)

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.

Orientador: Carlos Alberto Canesin / Resumo: Esta tese apresenta uma forma inédita para o carregamento de veículos elétricos (VE) puros em movimento, sem fios e sem acoplamentos mecânicos (dynamic Wireless Power Transfer - dynamic WPT), considerando a transferência indutiva de energia (Induced Power Transfer - IPT), a partir de uma proposta sem sensores (WPT sensorless), combinando um arranjo de elementos transmissores, especialmente desenvolvidos para um estudo de caso. A estrutura de potência emprega um conversor ressonante LLCC série-paralelo operando em modo contínuo com modulação com frequência fixa e deslocamento de fase, com controle realimentado indiretamente para a corrente de saída. Além da metodologia utilizada para a proposta deste trabalho, o texto apresenta um projeto de carregamento estático compatível com o sistema de carregamento dinâmico e, também, uma comparação entre possíveis estruturas ressonantes de terceira e quarta ordens compatíveis com os elementos IPT, apresentando-se as vantagens e as desvantagens para cada estrutura. O carregador dinâmico foi aplicado experimentalmente para um veículo elétrico (VE) puro, em pequena escala de potência (mini baja elétrico), constituído por oito elementos IPTs associados em série como emissor, resultando em um acoplamento mútuo constante para o receptor IPT no VE por uma extensão de 1150 mm, a uma distância entre emissor e receptor, de 35 mm. Os resultados experimentais obtidos apresentam elevado rendimento médio (86,4 %) para o processo de transferência de po... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This thesis proposes a novel design to pure electrical vehicle (EV) dynamic charging electrical contactless and without mechanical coupling (dynamic Wireless Power Transfer - dynamic WPT), considering the induced power transfer, by a propose WPT sensorless, combining a transmitter element arrangement particularly designed for this study case. The power structure uses a LLCC series-parellel resonant converter, in continuous conduction mode with phase shift modulation and fixed frequency, applying a feedback indirect control for the output current. In addition to methodology in the present proposal, this paper shows a static wireless power transfer project works with the dynamic charging, and also a potential structure comparation of third and fourth order resonant compatible with the IPT elements, showing the advantages and disadvantages for each resonant tank. The dynamic charging is presently being piloted in a pure electrical vehicle, in small scale power (mini electric baja), it is made up of eight IPT elements in series association as emitter, resulting in a constant mutual coupling with IPT receiver in the EV, by a range of 1150 mm, with a distance between emitter and receiver of 35 mm. The experimental results obtained show a high average efficiency (86.4%) for the wireless power transfer process over the entire length of the loader, for the nominal input power condition of 1300 W. / Doutor