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Type: Tese
Title: Planejamento online de caminhos por cobertura através de meta-heurística
Author: Biundini, Iago Zanuti
First Advisor: Marcato, André Luís Marques
Co-Advisor: Pinto, Milena Faria
Referee Member: Conceição, Andre Gustavo Scolari
Referee Member: Haddad, Diego Barreto
Referee Member: Aguiar, Eduardo Pestana de
Referee Member: Silva Junior, Ivo Chaves da
Resumo: Diferentes aplicações práticas com Veículos Aéreos Não Tripuláveis (VANTs) surgiram nos últimos anos, exigindo inspeções periódicas e detalhadas para verificar possíveis alterações estruturais. As inspeções usando veículos aéreos não tripulados VANTs devem minimizar o tempo de voo devido às restrições de tempo da bateria e identificar as características topográficas do terreno ou estruturas. Nesse sentido, o Planejamento do Caminho de Cobertura (CPP) visa encontrar o melhor caminho para a cobertura de uma determinada área respeitando as restrições da operação. As informações fotométricas do terreno são usadas para criar rotas ou mesmo refinar caminhos já criados, além de possibilitar diversos tipos de análises de imagens. Portanto, a principal contribuição desta pesquisa é o desenvolvimento de uma metodologia que utiliza um algoritmo meta-heurístico para criar missões otimizadas que buscam equilibrar dois objetivos conflitantes: tempo da missão e qualidade das imagens visando reconstruções 3D. A técnica foi aplicada tanto em um cenário simulado quanto em um ambiente real para verificar sua eficácia, buscando a aplicação de diversas técnicas meta-heurísticas e uma análise estatística sobre os resultados encontrados. Além disso o algoritmo foi aplicado nos mais diversas estruturas, tanto em taludes como em regiões a serem investigadas, através de sensores ativos como Lasers e mapas fornecidos de maneira offline através de point cloud e digital elevation model. Os resultados mostraram que o algoritmo foi capaz de criar missões otimizadas, equidistante a superfície e com todos os critérios de CPP sendo atendidos com equilíbrio dos objetivos de tempo e fotometria em comparação com outros algoritmos. Além disso, existe a possibilidade de controlar os dois objetivos propostos, visando aumentar a qualidade da reconstruções tridimensional e o tempo da missão.
Abstract: Different practical applications for Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have emerged in recent years, requiring periodic and detailed inspections to verify possible structural changes. Inspections using UAVs should minimize flight time due to battery time constraints and identify topographical features of terrain or structures. In this sense, coverage path planning (CPP) aims to find the best path to cover a given area while respecting the restrictions of the operation. Photometric terrain information is used to create routes or even refine already created paths, in addition to enabling different types of image analysis. Therefore, the main contribution of this research is the development of a methodology that uses a meta-heuristic algorithm to create optimized missions that seek to balance two conflicting objectives: mission time and image quality at 3D reconstructions. The technique was applied both in a simulated scenario and in a real environment to verify its effectiveness, seeking the application of several meta-heuristic techniques and a statistical analysis of the results found. In addition, the algorithm was applied to the most diverse structures, both on slopes and in regions to be investigated, through active sensors such as lasers and maps provided offline through point cloud and digital elevation models. The results showed that the algorithm was able to create optimized missions, equidistant from the surface and with all CPP criteria met. In addition, there is the possibility of controlling the two proposed objectives, aiming to increase the quality of the three-dimensional reconstructions and the mission time.
Keywords: Planejamento de caminho por cobertura
Meta-heurística
VANT
Coverage path planning
Metaheuristic
UAV
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2022/00008
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14038
Issue Date: 23-Feb-2022
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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