Navegação odométrica assistida por sistema de posicionamento global para agricultura de precisão

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Pereira, Victor Hugo Leite
• Orientador(a): Silva, Felipe Oliveira e
• Banca de defesa: Brandão, Alexandre Santos, Ferraz, Gabriel Araujo e Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Automação
• Departamento: Departamento de Engenharia
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Navegação; Odometria; Global Positioning System (GPS); Extended Kalman Filter (EKF); Navigation; Odometry
• Área do conhecimento CNPq: Engenharia Elétrica
• Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/50922

Atualmente, a navegação de veículos agrícolas é quase que exclusivamente dominada pelos sistemas de navegação global por satélites (GNSS), em especial, o sistema de posicionamento global (GPS). No entanto, quando da existência de requisitos de posição submétrica, típicos da chamada "agricultura de precisão", esta tecnologia não se mostra financeiramente acessível aos pequenos e médios agricultores, os quais correspondem a mais de 80% dos agricultores do Brasil (agricultura familiar). A principal causa dessa inacessibilidade reside no alto custo dos aparelhos GNSS utilizados, os quais se baseiam em técnicas diferenciais e relativas avançadas. A despeito dos GNSS, a navegação veicular também pode ser obtida por meio de outras tecnologias, a exemplo dos sistemas de navegação inercial (INS), câmeras, radares, odômetros, etc. É sabido que a navegação odométrica, em particular, tem baixo custo e fornece alta precisão de posicionamento no curto prazo, resultando, contudo, em erros acumulativos, os quais crescem rapidamente à medida que o veículo se desloca. Este comportamento inviabiliza a utilização de apenas a navegação odométrica em veículos terrestres sujeitos a requisitos de posicionamento submétrico. Apesar disso, a odometria pode servir como tecnologia de navegação base (e complementar) aos GNSS, os quais, ao contrário da primeira, apresentam boa exatidão de posicionamento no longo prazo. Este trabalho tem por objetivo propor, simular, testar e avaliar a integração/fusão sensorial da navegação odométrica com o GPS, para fins de posicionamento submétrico de veículos terrestres, em especial os agrícolas. Como principal contribuição deste trabalho, são comparadas duas das principais técnicas de integração odometria/GPS, a saber, as topologias fracamente acoplada e fortemente acoplada, ambas implementadas com base em um filtro de Kalman estendido (EKF). Resultados simulados e experimentais, concebidos no software MATLAB®, são apresentados e analisados, indicando a funcionalidade, efetividade e robustez das topologias de navegação integradas propostas. Como contribuição adicional do trabalho, uma avaliação da degradação do desempenho das soluções de navegação investigadas é proposta em função do uso da odometria nas rodas tracionadas e não tracionadas do veículo. De forma geral, para o erro de posicionamento horizontal, a integração fracamente acoplada desempenha 1,15 vezes melhor para o acoplamento em rodas não tracionadas, enquanto a integração fortemente acoplada desempenha cerca de sete vezes melhor para o acoplamento em rodas tracionadas e re-sintonia da matriz Q.