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Tipo: Tese
Título: Nova metodologia para exploração e mapeamento autônomo de VANTs em terrenos desconhecidos usando deep learning através de estratégia orientada por fronteiras
Autor(es): Coelho, Fabrício de Oliveira
Primeiro Orientador: Marcato, André Luís Marques
Co-orientador: Pinto, Milena Faria
Membro da banca: Lima, José Luís Sousa de Magalhães
Membro da banca: Todt, Eduardo
Membro da banca: Honório, Leonardo de Mello
Membro da banca: Santos, Alexandre Bessa dos
Resumo: Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) desempenham um papel fundamental na exploração de terrenos imprevisíveis, como locais de desastres e zonas de busca e resgate. Para operar com segurança e eficiência em ambientes dinâmicos, esses robôs exigem navegação autônoma precisa e planejamento de trajetória eficiente. Este trabalho apresenta uma estratégia inovadora para a exploração autônoma de VANTs em ambientes desconhecidos, com foco na detecção e utilização de fronteiras. A pesquisa propõe métodos avançados baseados em técnicas de aprendizagem profunda para a detecção precisa de fronteiras, visando a expansão eficiente do mapa desconhecido no menor tempo possível. Além disso, introduz-se uma nova política de tomada de decisão que permite ao robô selecionar a fronteira mais adequada para exploração, utilizando informações derivadas de um modelo de rede neural especializado nessa tarefa. Os resultados foram avaliados em três cenários distintos: ambiente simulado interno, ambiente simulado externo e um experimento prático em ambiente externo. A aplicação da metodologia proposta resultou em uma redução de aproximadamente 25% no tempo de exploração em ambientes internos e 51% em ambientes externos quando comparado à um trabalho recente considerado estado da arte. Além da redução do tempo, métricas como a distância média percorrida e o número de decisões tomadas também apresentaram melhorias em todos os cenários analisados. Outro aspecto relevante da pesquisa foi a demonstração da fraca correlação entre o número de fronteiras detectadas e o tempo necessário para identificálas, evidenciando a robustez da metodologia proposta. O resultado observado indica que o tempo de detecção de fronteiras permanece praticamente constante, independentemente da quantidade delas, tornando a abordagem especialmente adequada para ambientes desconhecidos e de alta complexidade.
Abstract: Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) play a crucial role in exploring unpredictable terrains, such as disaster sites and search zones. To operate safely and efficiently in dynamic environments, these robots require precise autonomous navigation and efficient trajectory planning. This work presents an innovative strategy for the autonomous exploration of UAVs in unknown environments, focusing on boundary detection and utilization. The research proposes advanced methods based on deep learning techniques for accurate boundary detection, aiming to expand the unknown map as efficiently as possible. Additionally, a new decision-making policy is introduced, enabling the robot to select the most suitable boundary for exploration using information derived from a neural network model specialized in this task. The results were evaluated in three distinct scenarios: an indoor simulated environment, an outdoor simulated environment, and a real-world outdoor experiment. The proposed methodology reduced exploration time by approximately 25% indoors and 51% outdoors compared to a recent state-of-the-art approach. In addition to time efficiency, other metrics—such as average distance traveled and the number of decisions made—also improved across all scenarios. Another relevant aspect of this research was the demonstration of a weak correlation between the number of detected boundaries and the time required to identify them, highlighting the robustness of the proposed methodology. The observed results indicate that boundary detection time remains nearly constant, regardless of the number of boundaries present, making this approach particularly suitable for unknown and highly complex environments.
Palavras-chave: Missões autônomas
Exploração
Terreno desconhecido
VANT
Autonomous missions
Exploration
Unknown terrain
UAV
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/19077
Data do documento: 22-Mai-2025
Aparece nas coleções:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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