Planejamento de rota para VANTs em caso de situação crítica: Uma abordagem baseada em segurança

• Ano de defesa: 2016
• Autor(a) principal: Arantes, Jesimar da Silva
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Computação evolutiva; Emergency landing; Evolutionary computation; Optimization; Otimização; Planejamento de rota; Pouso emergencial; Route planning; Unmanned aerial vehicle; Veículo aéreo não tripulado
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-05102016-165607/

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].