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Implementação de algoritmo de planejamento de caminho de cobertura com regiões heterogêneas para veículos aéreos não tripulados

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Pereira, Gabriel Lechenco Vargas
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Cornelio Procopio
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Informática
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35658
Resumo: The lower cost and popularization of technologies such as Unmanned Aerial Vehicles enable the spread of Precision Agriculture, as it is more accessible than other forms of data collection and which can fly partially or completely autonomously. This is possible due to coverage path planning algorithms, which trace vehicle routes to a specific area. However, available algorithms have limitations, not allowing regions with different flight characteristics and collecting data with other properties. This work aims to implement a coverage path planning solution that considers regions with heterogeneous flights to collect images at different altitudes during the same mission. Changing the flight altitude closer to the ground makes it possible to collect a greater amount of data from the surface being observed. However, a flight entirely at a low altitude adds resources that are used during the mission. Therefore, a heterogeneous flight with multiple altitudes is a way to optimize the quality of the data collected by reducing unnecessary resource consumption. The development uses the DJI’s multirotor aircraft and its development tools, allowing the implementation of a controller application, with GPS information, that can plan and send coordinates referring to the path that the vehicle must travel. To validate the method, coordinates of agricultural crops with different shapes and dimensions were used, demonstrating the results in different locations for traditional homogeneous coverage flights and heterogeneous overflights with one or multiple special subareas at low altitude. By evaluating these scenarios, it was found that heterogeneous coverage path planning can result in an optimized path with a length up to 35.4% shorter than a homogeneous low-altitude flight, with the entire process taking a few milliseconds to execute.
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This work aims to implement a coverage path planning solution that considers regions with heterogeneous flights to collect images at different altitudes during the same mission. Changing the flight altitude closer to the ground makes it possible to collect a greater amount of data from the surface being observed. However, a flight entirely at a low altitude adds resources that are used during the mission. Therefore, a heterogeneous flight with multiple altitudes is a way to optimize the quality of the data collected by reducing unnecessary resource consumption. The development uses the DJI’s multirotor aircraft and its development tools, allowing the implementation of a controller application, with GPS information, that can plan and send coordinates referring to the path that the vehicle must travel. To validate the method, coordinates of agricultural crops with different shapes and dimensions were used, demonstrating the results in different locations for traditional homogeneous coverage flights and heterogeneous overflights with one or multiple special subareas at low altitude. By evaluating these scenarios, it was found that heterogeneous coverage path planning can result in an optimized path with a length up to 35.4% shorter than a homogeneous low-altitude flight, with the entire process taking a few milliseconds to execute.O barateamento e a popularização de tecnologias como os Veículos Aéreos não Tripulados possibilita o crescimento da Agricultura de Precisão, por ser mais acessível do que outras formas de coleta de dados de grandes áreas de forma parcialmente ´ ou totalmente autónoma. Isso é possível devido aos algoritmos de planejamento de caminho de cobertura, que traçam rotas para que o veículo percorra uma determinada área. Entretanto, os algoritmos existentes apresentam limitações, não permitindo regiões com diferentes características de voo para coleta de dados com outras propriedades. Assim, este trabalho visa implementar uma solução de planejamento de caminho de cobertura que considere regiões com voos heterogêneos para a coleta de imagens em diferentes altitudes durante a mesma missão. Ao alterar a altitude do voo para mais próxima do solo,é possível coletar uma maior quantidade de dados da superfície que esta sendo observada. Porém, um voo todo em baixa altitude eleva a ´ quantidade de recursos utilizados durante a missão. Portanto, um voo heterogéneo com múltiplas altitudes ´ e uma forma de otimizar a qualidade dos dados coletado reduzindo o consumo desnecessário de recursos. A implementação do algoritmo para voos heterogéneos e realizada com foco principalmente em aeronaves multirrotores da DJI e suas ferramentas de desenvolvimento, possibilitando a implementação de um aplicativo controlador que, ao utilizar informações de GPS, consiga planejar e enviar ˜ coordenadas referentes ao caminho que o veículo devera percorrer. Para validação da implementação, foram utilizadas coordenadas de lavouras agrícolas de diversos formatos e dimensões, demonstrando os resultados nestas diferentes localizações para voos de cobertura homogéneos tradicionais e sobrevoos heterogêneos com uma ou múltiplas sub áreas especiais em uma altitude menor. Ao avaliar estes cenários,constatou-se que o planejamento de caminho de cobertura heterogéneo pode resultar em um caminho otimizado com um comprimento ate´ 35,4% menor do que um voo homogéneo em baixa altitude, com todo o processo levando poucos milissegundos ˆ para executar.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCornelio ProcopioBrasilPrograma de Pós-Graduação em InformáticaUTFPRSilva, Natassya Barlate Floro dahttp://lattes.cnpq.br/3393376801047734Sanches, Danilo Sipolihttp://lattes.cnpq.br/6377657274398145Fontes, Joao Vitor de Carvalhohttp://orcid.org/0000-0002-2196-690XSilva, Natassya Barlate Floro dahttp://lattes.cnpq.br/3393376801047734Pozza, Rogerio Santoshttp://lattes.cnpq.br/9739008109076740Pereira, Gabriel Lechenco Vargas2024-12-18T12:24:29Z2024-12-18T12:24:29Z2024-08-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfPEREIRA, Gabriel Lechenco Vargas. Implementação de algoritmo de planejamento de caminho de cobertura com regiões heterogêneas para veículos aéreos não tripulados. 2024. Dissertação (Mestrado em Informática) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2024.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/35658porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2024-12-19T06:09:19Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/35658Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2024-12-19T06:09:19Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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