Este documento apresenta uma dissertação de mestrado sobre o planejamento de rotas para veículos aéreos não tripulados (VANTs) em situações críticas, utilizando uma abordagem baseada em segurança. O trabalho desenvolve modelos matemáticos para representar diferentes situações críticas e regiões, e propõe vários algoritmos como heurística gulosa, algoritmos genéticos e programação linear inteira mista para encontrar rotas seguras, sendo avaliados em experimentos offline e online.
Palestra: Planejamento de Rota para VANTs em Caso de Situação CríticaJesimar Arantes
Este documento apresenta um resumo de três frases sobre um trabalho de mestrado sobre planejamento de rotas para veículos aéreos não tripulados (VANTs) em situações críticas. O trabalho desenvolve algoritmos para determinar locais seguros de pouso para VANTs em caso de falhas, considerando diferentes tipos de regiões e situações críticas. A metodologia propõe um planejador baseado em algoritmos genéticos para gerar rotas seguras levando em conta as restrições do problema.
Palestra: Algoritmos Genéticos Aplicados em Planejamento de Rota para VANTs e...Jesimar Arantes
1. O documento discute a aplicação de algoritmos genéticos em planejamento de rotas para veículos aéreos não-tripulados (VANTs) e robótica evolutiva.
2. É apresentada uma metodologia para desenvolver um planejador de rotas para VANTs que leve a aeronave a um local seguro em caso de falha, usando algoritmos genéticos.
3. Também é descrita uma aplicação de robótica evolutiva para evoluir a morfologia e controle de robôs em ambiente virtual usando algorit
Apresentação: Modelagem e Implementação de um Visualizador para Simulações Co...Jesimar Arantes
1. O documento descreve a modelagem e implementação de um visualizador para simulações em redes de sensores sem fio chamado Visual GrubiX.
2. O visualizador foi desenvolvido usando Java e tem como entrada arquivos de log gerados pelo simulador GrubiX.
3. O Visual GrubiX fornece recursos visuais como mapeamento de nós, grafos de conectividade e linhas de movimentação para auxiliar na depuração e entendimento de simulações em RSSF.
Apresentação: Utilizando Robótica Evolutiva para o Desenvolvimento da Morfolo...Jesimar Arantes
Este documento resume um trabalho de conclusão de curso sobre o desenvolvimento de um sistema de robótica evolutiva para evoluir a morfologia de robôs em um ambiente virtual utilizando algoritmos genéticos. O sistema modela peças de robô, define operadores genéticos e avalia robôs em cenários simulados usando uma função de fitness. Os resultados mostram a evolução de morfologias de robô e o desempenho em atingir alvos e locomoção em ambientes com e sem obstáculos.
MODELAGEM E IMPLEMENTAÇÃO DE UM VISUALIZADOR PARA SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS D...Jesimar Arantes
1. Este documento apresenta o desenvolvimento de um visualizador para simulações de redes de sensores sem fio realizadas no framework GrubiX.
2. O visualizador, chamado Visual GrubiX, permite visualizar de forma rica as simulações, depurar redes e mapear elementos gráficos a aspectos da simulação.
3. O trabalho descreve a modelagem e implementação do Visual GrubiX, incluindo requisitos, arquitetura, diagramas e os principais recursos desenvolvidos como mapeamento, grafo de conectividade e lin
O processo de criação de um software para o ensino e a aprendizagem de cálcul...Everaldo Gomes
Este artigo descreve o processo de criação de um software educacional chamado PoliKalc para ensinar cálculos aritméticos no ensino fundamental. O software foi desenvolvido usando metodologias de criação de aplicativos educacionais e código aberto para permitir acesso e colaboração.
SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR PROFESSORES DA EDUCAÇÃO BÁSICA À APRESENTAÇÃO DA HIST...Everaldo Gomes
1) Os professores atribuem alguns sentidos à história da matemática sugerida em livros didáticos e atividades de ensino, como a superação da visão da história como fonte de motivação e da história focada em personalidades.
2) Os professores indicam que a história da matemática é necessária nos diferentes níveis de ensino e não deve ser utilizada de forma burocrática.
3) Os professores apontam que a história da matemática pode auxiliar na sequência lógica do material didático e na organização do ens
A necessidade de práticas interdisciplinares problematizando a interdiscipl...Everaldo Gomes
(1) O documento discute a necessidade de práticas interdisciplinares na educação a partir de uma perspectiva marxista, questionando os motivos pelos quais a fragmentação do conhecimento tornou necessárias tais práticas. (2) Apresenta como a divisão social do trabalho levou à separação entre trabalho intelectual e manual, contribuindo para a fragmentação do saber. (3) Conclui que as práticas interdisciplinares não devem tratar a fragmentação como natural, mas questionar como ela auxilia na exploração e como pode ser superada.
Palestra: Planejamento de Rota para VANTs em Caso de Situação CríticaJesimar Arantes
Este documento apresenta um resumo de três frases sobre um trabalho de mestrado sobre planejamento de rotas para veículos aéreos não tripulados (VANTs) em situações críticas. O trabalho desenvolve algoritmos para determinar locais seguros de pouso para VANTs em caso de falhas, considerando diferentes tipos de regiões e situações críticas. A metodologia propõe um planejador baseado em algoritmos genéticos para gerar rotas seguras levando em conta as restrições do problema.
Palestra: Algoritmos Genéticos Aplicados em Planejamento de Rota para VANTs e...Jesimar Arantes
1. O documento discute a aplicação de algoritmos genéticos em planejamento de rotas para veículos aéreos não-tripulados (VANTs) e robótica evolutiva.
2. É apresentada uma metodologia para desenvolver um planejador de rotas para VANTs que leve a aeronave a um local seguro em caso de falha, usando algoritmos genéticos.
3. Também é descrita uma aplicação de robótica evolutiva para evoluir a morfologia e controle de robôs em ambiente virtual usando algorit
Apresentação: Modelagem e Implementação de um Visualizador para Simulações Co...Jesimar Arantes
1. O documento descreve a modelagem e implementação de um visualizador para simulações em redes de sensores sem fio chamado Visual GrubiX.
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3. O Visual GrubiX fornece recursos visuais como mapeamento de nós, grafos de conectividade e linhas de movimentação para auxiliar na depuração e entendimento de simulações em RSSF.
Apresentação: Utilizando Robótica Evolutiva para o Desenvolvimento da Morfolo...Jesimar Arantes
Este documento resume um trabalho de conclusão de curso sobre o desenvolvimento de um sistema de robótica evolutiva para evoluir a morfologia de robôs em um ambiente virtual utilizando algoritmos genéticos. O sistema modela peças de robô, define operadores genéticos e avalia robôs em cenários simulados usando uma função de fitness. Os resultados mostram a evolução de morfologias de robô e o desempenho em atingir alvos e locomoção em ambientes com e sem obstáculos.
MODELAGEM E IMPLEMENTAÇÃO DE UM VISUALIZADOR PARA SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS D...Jesimar Arantes
1. Este documento apresenta o desenvolvimento de um visualizador para simulações de redes de sensores sem fio realizadas no framework GrubiX.
2. O visualizador, chamado Visual GrubiX, permite visualizar de forma rica as simulações, depurar redes e mapear elementos gráficos a aspectos da simulação.
3. O trabalho descreve a modelagem e implementação do Visual GrubiX, incluindo requisitos, arquitetura, diagramas e os principais recursos desenvolvidos como mapeamento, grafo de conectividade e lin
O processo de criação de um software para o ensino e a aprendizagem de cálcul...Everaldo Gomes
Este artigo descreve o processo de criação de um software educacional chamado PoliKalc para ensinar cálculos aritméticos no ensino fundamental. O software foi desenvolvido usando metodologias de criação de aplicativos educacionais e código aberto para permitir acesso e colaboração.
SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR PROFESSORES DA EDUCAÇÃO BÁSICA À APRESENTAÇÃO DA HIST...Everaldo Gomes
1) Os professores atribuem alguns sentidos à história da matemática sugerida em livros didáticos e atividades de ensino, como a superação da visão da história como fonte de motivação e da história focada em personalidades.
2) Os professores indicam que a história da matemática é necessária nos diferentes níveis de ensino e não deve ser utilizada de forma burocrática.
3) Os professores apontam que a história da matemática pode auxiliar na sequência lógica do material didático e na organização do ens
A necessidade de práticas interdisciplinares problematizando a interdiscipl...Everaldo Gomes
(1) O documento discute a necessidade de práticas interdisciplinares na educação a partir de uma perspectiva marxista, questionando os motivos pelos quais a fragmentação do conhecimento tornou necessárias tais práticas. (2) Apresenta como a divisão social do trabalho levou à separação entre trabalho intelectual e manual, contribuindo para a fragmentação do saber. (3) Conclui que as práticas interdisciplinares não devem tratar a fragmentação como natural, mas questionar como ela auxilia na exploração e como pode ser superada.
Contribuições do marxismo para a atividade de pesquisa da educação matemática...Everaldo Gomes
Este documento discute as contribuições do marxismo para a pesquisa em Educação Matemática na perspectiva lógico-histórica. Primeiro, analisa a crítica de Marx e Engels ao idealismo hegeliano e o desenvolvimento de uma postura materialista. Segundo, aborda a dialética marxista como fundamento teórico para pesquisa e para entender o processo lógico-histórico. Por fim, discute como o marxismo pode contribuir para pesquisas brasileiras nessa perspectiva.
SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR PROFESSORES DA EDUCAÇÃO BÁSICA À APRESENTAÇÃO DA HIST...Everaldo Gomes
Objetivamos, com esse texto, apresentar dados de uma pesquisa de cunho qualitativo, que se fundamenta na teoria histórico-cultural. Tais dados indicam alguns sentidos que professores que ensinam Matemática na Educação Básica atribuem à História da Matemática sugerida em livros didáticos e em atividades de ensino. A investigação procura identificar e analisar, do ponto de vista de professores, inseridos em um contexto de formação, elementos que podem subsidiar a avaliação de livros didáticos e de atividades de ensino no que concerne ao papel pedagógico que a História da Matemática pode assumir no ensino, tais como: 1) a superação da visão da História da Matemática como fonte de motivação; 2) a superação da História do conteúdo com foco em personalidades; 3) a indicação da necessidade da História da Matemática nos diferentes níveis de ensino; 4) a superação da utilização da história de forma burocrática; 5) a indicação de que a História da Matemática faz diferença na sequência lógica do material didático; 6) a indicação de que a História da Matemática pode auxiliar o professor na organização do ensino; 7) a indicação de que a História pode ser fonte para a percepção do movimento do pensamento no surgimento e desenvolvimento do conceito, no que diz respeito à organização do ensino.
O Desenvolvimento do Pensamento Funcional nos Anos Iniciais: desenhan...Everaldo Gomes
O documento discute três atividades para desenvolver o pensamento funcional em alunos nos anos iniciais da educação básica. As atividades são: 1) Desenhar o céu para explorar ideias de fluência e regularidade; 2) Contar histórias parcialmente e pedir que as crianças completem, explorando o conceito de relação; 3) Analisar a trajetória de um viajante a pé para descrever qualitativa e quantitativamente a relação entre passos e distância percorrida. O objetivo é introduzir
Contas, contas e mais contas - o ensino e a aprendizagem de cálculo mental, e...Everaldo Gomes
O documento discute o ensino e aprendizagem de cálculos mentais, exatos, aproximados e com calculadora nos anos iniciais do Ensino Fundamental. Argumenta-se que há uma ênfase excessiva no cálculo exato por meio de algoritmos sem que os outros tipos de cálculo sejam devidamente trabalhados, dificultando a compreensão dos conceitos. Defende-se que intervenções explorando cálculos mentais e aproximados antes do ensino formal de algoritmos podem ajudar na aprendizagem. Também se discute mitos em tor
O papel pedagógico da História Matemática em livros didáticos e em atividades...Everaldo Gomes
1. O documento discute o papel pedagógico da História da Matemática em livros didáticos e atividades de ensino.
2. Apresenta categorias de análise da presença da História da Matemática nesses materiais, como motivação, informação ou estratégia didática.
3. Discutem papéis pedagógicos propostos por Miguel (1993) e Sousa (2009), como desmistificar a matemática e entender a relação entre o lógico e o histórico.
Este documento apresenta o cronograma e as atividades de uma formação sobre o Pacto Nacional pela Alfabetização na Idade Certa. O cronograma inclui discussões sobre conceitos-chave como currículo, interdisciplinaridade e avaliação. Além disso, fornece informações sobre carga horária, bolsas, certificação e links importantes.
O documento analisa a obra "Amor de Perdição" de Camilo Castelo Branco, focando na biografia do autor, resumo da história e principais personagens. A história trata do romance proibido entre Simão Botelho e Tereza de Albuquerque, cujos pais se opõem veementemente, levando os protagonistas a enfrentarem muitos sofrimentos em busca de seu amor.
Dissertação: Planejamento de rota para VANTs em caso de situação crítica: uma...Jesimar Arantes
Este documento apresenta uma abordagem para planejamento de rotas de emergência para veículos aéreos não tripulados (VANTs) em caso de falhas críticas, utilizando técnicas de computação evolutiva. O trabalho propõe modelos matemáticos para representar estados de falha da aeronave e identificar regiões seguras para pouso de emergência, e desenvolve algoritmos genéticos e heurísticas para gerar rotas que levem o VANT à região de pouso de forma segura. Os métodos pro
A Guide to SlideShare Analytics - Excerpts from Hubspot's Step by Step Guide ...SlideShare
This document provides a summary of the analytics available through SlideShare for monitoring the performance of presentations. It outlines the key metrics that can be viewed such as total views, actions, and traffic sources over different time periods. The analytics help users identify topics and presentation styles that resonate best with audiences based on view and engagement numbers. They also allow users to calculate important metrics like view-to-contact conversion rates. Regular review of the analytics insights helps users improve future presentations and marketing strategies.
Contribuições do marxismo para a atividade de pesquisa da educação matemática...Everaldo Gomes
Este documento discute as contribuições do marxismo para a pesquisa em Educação Matemática na perspectiva lógico-histórica. Primeiro, analisa a crítica de Marx e Engels ao idealismo hegeliano e o desenvolvimento de uma postura materialista. Segundo, aborda a dialética marxista como fundamento teórico para pesquisa e para entender o processo lógico-histórico. Por fim, discute como o marxismo pode contribuir para pesquisas brasileiras nessa perspectiva.
SENTIDOS ATRIBUÍDOS POR PROFESSORES DA EDUCAÇÃO BÁSICA À APRESENTAÇÃO DA HIST...Everaldo Gomes
Objetivamos, com esse texto, apresentar dados de uma pesquisa de cunho qualitativo, que se fundamenta na teoria histórico-cultural. Tais dados indicam alguns sentidos que professores que ensinam Matemática na Educação Básica atribuem à História da Matemática sugerida em livros didáticos e em atividades de ensino. A investigação procura identificar e analisar, do ponto de vista de professores, inseridos em um contexto de formação, elementos que podem subsidiar a avaliação de livros didáticos e de atividades de ensino no que concerne ao papel pedagógico que a História da Matemática pode assumir no ensino, tais como: 1) a superação da visão da História da Matemática como fonte de motivação; 2) a superação da História do conteúdo com foco em personalidades; 3) a indicação da necessidade da História da Matemática nos diferentes níveis de ensino; 4) a superação da utilização da história de forma burocrática; 5) a indicação de que a História da Matemática faz diferença na sequência lógica do material didático; 6) a indicação de que a História da Matemática pode auxiliar o professor na organização do ensino; 7) a indicação de que a História pode ser fonte para a percepção do movimento do pensamento no surgimento e desenvolvimento do conceito, no que diz respeito à organização do ensino.
O Desenvolvimento do Pensamento Funcional nos Anos Iniciais: desenhan...Everaldo Gomes
O documento discute três atividades para desenvolver o pensamento funcional em alunos nos anos iniciais da educação básica. As atividades são: 1) Desenhar o céu para explorar ideias de fluência e regularidade; 2) Contar histórias parcialmente e pedir que as crianças completem, explorando o conceito de relação; 3) Analisar a trajetória de um viajante a pé para descrever qualitativa e quantitativamente a relação entre passos e distância percorrida. O objetivo é introduzir
Contas, contas e mais contas - o ensino e a aprendizagem de cálculo mental, e...Everaldo Gomes
O documento discute o ensino e aprendizagem de cálculos mentais, exatos, aproximados e com calculadora nos anos iniciais do Ensino Fundamental. Argumenta-se que há uma ênfase excessiva no cálculo exato por meio de algoritmos sem que os outros tipos de cálculo sejam devidamente trabalhados, dificultando a compreensão dos conceitos. Defende-se que intervenções explorando cálculos mentais e aproximados antes do ensino formal de algoritmos podem ajudar na aprendizagem. Também se discute mitos em tor
O papel pedagógico da História Matemática em livros didáticos e em atividades...Everaldo Gomes
1. O documento discute o papel pedagógico da História da Matemática em livros didáticos e atividades de ensino.
2. Apresenta categorias de análise da presença da História da Matemática nesses materiais, como motivação, informação ou estratégia didática.
3. Discutem papéis pedagógicos propostos por Miguel (1993) e Sousa (2009), como desmistificar a matemática e entender a relação entre o lógico e o histórico.
Este documento apresenta o cronograma e as atividades de uma formação sobre o Pacto Nacional pela Alfabetização na Idade Certa. O cronograma inclui discussões sobre conceitos-chave como currículo, interdisciplinaridade e avaliação. Além disso, fornece informações sobre carga horária, bolsas, certificação e links importantes.
O documento analisa a obra "Amor de Perdição" de Camilo Castelo Branco, focando na biografia do autor, resumo da história e principais personagens. A história trata do romance proibido entre Simão Botelho e Tereza de Albuquerque, cujos pais se opõem veementemente, levando os protagonistas a enfrentarem muitos sofrimentos em busca de seu amor.
Dissertação: Planejamento de rota para VANTs em caso de situação crítica: uma...Jesimar Arantes
Este documento apresenta uma abordagem para planejamento de rotas de emergência para veículos aéreos não tripulados (VANTs) em caso de falhas críticas, utilizando técnicas de computação evolutiva. O trabalho propõe modelos matemáticos para representar estados de falha da aeronave e identificar regiões seguras para pouso de emergência, e desenvolve algoritmos genéticos e heurísticas para gerar rotas que levem o VANT à região de pouso de forma segura. Os métodos pro
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Apresentação: Planejamento de rota para VANTs em caso de situação crítica: Uma abordagem baseada em segurança
1. Planejamento de rota para VANTs em caso de
situação crítica: Uma abordagem baseada em
segurança
Jesimar da Silva Arantes
Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação
Universidade de São Paulo - São Carlos, SP
Orientador: Claudio Fabiano Motta Toledo
Março – 2016
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 1 / 46
2. Estrutura da Apresentação
1 Introdução
2 Revisão Bibliográfica
3 Problema Abordado
4 Metodologia
5 Resultados
6 Considerações Finais
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 2 / 46
9. Introdução
Motivação
Elevado índice de acidentes com Veículos Aéreos Não Tripulados
(VANTs);
Série de acidentes envolvendo VANTs [Smartdrones(2013a)];
De 2001 a 2013 ocorreram +400 acidentes com VANTs militares
[OGlobo(2013)].
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 9 / 46
10. Introdução
Objetivos
Objetivo Geral
Promover e aplicar maior segurança aos voos de VANTs, projetando
algoritmos planejadores de rotas que levem em conta as principais
situações críticas que podem ocorrer com tais aeronaves.
Objetivo Específico
Investigar e elencar as principais situações críticas em VANTs;
Desenvolver modelos matemáticos que representem a dinâmica da
aeronave, considerando as falhas críticas;
Desenvolver algoritmos planejadores de rotas;
Elaborar mapas para voo através de um gerador automático de mapas;
Avaliar o desempenho dos métodos em experimentos offline e online.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 10 / 46
11. Revisão Bibliográfica
Arquitetura do VANT
Aspectos Relacionados a Segurança e Missão:
[Mattei(2014)]: .
IFA
[Figueira et al.(2013)]: .
MOSA:
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 11 / 46
12. Revisão Bibliográfica
Trabalhos Relacionados
Planejamento de Rota para Veículos Autônomos:
[Blackmore et al.(2011)]: .
Planejamento de caminho [A → B];
Desvio de obstáculos;
Alocação de risco.
[Ono et al.(2013)]: .
Planejamento de missão [A → B → C];
Desvio de obstáculos e alocação de risco;
Restrições temporais dinâmicas.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 12 / 46
13. Revisão Bibliográfica
Trabalhos Relacionados
Replanejamento de Rota em Caso de Emergência:
[Meuleau et al.(2009)]: .
Replanejamento de rota a partir de uma situação crítica;
Sistema ajuda os pilotos de aviões tripulados;
Algoritmo A* híbrido.
[Meuleau et al.(2011)]: .
Testes em simulador de voo para aeronave tripuladas;
Sistema considera apenas aeroportos cadastrados;
Resultados do método são as possíveis rotas de pouso.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 13 / 46
15. Problema Abordado
Tipos de Regiões Modeladas e Situações Crítica
Regiões
1 Não Navegável (Φn
)
2 Penalizadora (Φp
)
3 Bonificadora (Φb
)
4 Remanescente (Φr
)
Situações Críticas
1 Problema no Motor (Ψm
)
2 Problema na Bateria (Ψb
)
3 Problema nas Superfícies
Aerodinâmicas 1 (Ψs1
)
4 Problema nas Superfícies
Aerodinâmicas 2 (Ψs2
)
5 Nenhum Problema (Ψ∅
)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 15 / 46
16. Problema Abordado
Modelagem Restrita do Problema
Parâmetros:
Φl = {Z1
Φl , Z2
Φl . . . Z
|Φl |
Φl }: Conjunto de regiões com l ∈ {n, p, b, r};
Zi
Φl : i-ésima região do conjunto Φl ;
CΦl : Custo de pousar no conjunto Φl ;
T: Número de passos de tempo para pousar o VANT;
∆: Probabilidade do VANT violar uma região no conjunto Φn;
FΨ: Função de transição de estados para falha Ψ;
ωt: Perturbação independente do estado, no instante t;
∆T: Discretização do tempo com intervalo de tempo fixo.
Variáveis de Decisão:
xt: Conjunto de estados do VANT;
ut: Conjunto de controles do VANT.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 16 / 46
17. Problema Abordado
Modelagem Restrita do Problema
Minimizar
|Φp|
i=1
(CΦp · Pr(xT ∈ Zi
Φp )) −
|Φb|
i=1
(CΦb · Pr(xT ∈ Zi
Φb )) (1)
sujeito a:
xt+1 = FΨ(xt, ut) + ωt ∀ t = 0, 1, 2 . . . T (2)
Pr
T
t=0
|Φn|
i=1
xt /∈ Zi
Φn
≥ 1 − ∆ (3)
FΨ(xt, ut) =
px
t + vt · cos(αt) · ∆T + at · cos(αt) · (∆T)2
/2
py
t + vt · sen(αt) · ∆T + at · sen(αt) · (∆T)2
/2
vt + at · ∆T −
Fd
t
m · ∆T
αt + εt · ∆T
(4)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 17 / 46
18. Problema Abordado
Modelagem Completa do Problema
Função objetivo 1:
Minimizar
T−1
t=0
(ut · ut) − CΦb ·
|Φb|
j=1
PΦb
j (5)
Função objetivo 2:
Minimizar
T−1
t=0
ut · ut · 2
t−τmax
10 − CΦb
|Φb|
j=1
PΦb
j + CΦb
T
t=1
St · 2
t−τmax
10 (6)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 18 / 46
20. Problema Abordado
Modelagem Completa do Problema
Estado inicial
x0 = [px
0 py
0 pz
0 vx
0 vy
0 vz
0 ] (8)
Definindo o horizonte de planejamento
Ht = 1 (caso t = 0) (9)
Ht = 0 (caso t = T) (10)
Ht ≤ Ht−1 ∀t (11)
Ht = 1 ∀t < τmin
(12)
Ht = 0 ∀t > τmax
(13)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 20 / 46
21. Problema Abordado
Modelagem Completa do Problema
Colisão com regiões não navegáveis
aji = [a1
ji a2
ji a3
ji 0 0 0] , bji ∀j ∈ Φn
, i ∈ Φn
j
|Φn
j |
i=1
ZΦn
jit ≥ Ht ∀t, j ∈ Φn
(14)
ZΦn
jit ⇒ aji · xt ≥ bji + cjit(δn
jt) ∀t, j ∈ Φn
, i ∈ Φn
j (15)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 21 / 46
22. Problema Abordado
Modelagem Completa do Problema
Problema no Motor
Ht ⇒ xz
v ≤ vv
m + µ ∀t (16)
Ht ⇒ xz
v ≥ vv
m − µ ∀t (17)
Ht ⇒ ak · xt ≤ vh
m + µ ∀t, k ∈ Gv
max (18)
Wkt ⇒ ak · xt ≥ vh
m − µ ∀t, k ∈ Gv
min (19)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 22 / 46
23. Problema Abordado
Modelagem Completa do Problema
Problema na superfície aerodinâmica tipo 1 (Ψs1)
ak = 0 0 0 − sen
2πk
Γ
cos
2πk
Γ
0 ∀k ∈ Gv
min
Wkt ∧ Ht+1 ≤
Γ·θ/2π
j=0
W(k+j)%Γ,t+1 ∀t, k ∈ Gv
min (20)
Wkt ⇒
k∈Gv
min
ak · (xt+1 − xt) ≥ 0 ∀t, k ∈ Gv
min (21)
k=0
k=1
k=2k=3
k=4
k=5
k=6
k=7 k=8
k=9
t=5
Wkt=1
k=0
k=1
k=2k=3
k=4
k=5
k=6
k=7 k=8
k=9
t=6
Wkt=0
Wkt=1
Girar
Esquerda
(k+j)%Γ
Onde
Γ = 10
k = 1
j = 2
(a) (b)
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 23 / 46
24. Metodologia
Métodos Desenvolvidos
Heurística Gulosa (HG);
Algoritmo Genético (AG);
AG1: sem Inicialização Gulosa;
AG2: com Inicialização Gulosa;
Algoritmo Genético Multi-Populacional (AGMP);
AGMP1: sem Inicialização Gulosa;
AGMP2: com Inicialização Gulosa;
Programação Linear Inteira Mista (PLIM);
PLIM1: Função Objetivo 3.11;
PLIM2: Função Objetivo 3.53.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 24 / 46
29. Metodologia
Função Objetivo
minimizar fitness = −CΦb ·
|Φb
|
i=1
(Pr(xK ∈ Zi
Φb )) + CΦp ·
|Φp
|
i=1
(Pr(xK ∈ Zi
Φp )) +
CΦn · max 0, 1 − ∆ − Pr
K
t=0
|Φn
|
i=1
xt /∈ Zi
Φn + 1
|εmax |
·
K
t=0
|εt | +
menorDist(xK , Φb) +
CΦb , caso vK − vmin > 0
0 , caso contrario
+ CΦb · 2
(K−T)
10 , caso Ψ = Ψb
0 , caso contrario
Pousar sobre Φb
Pousar sobre Φp
Pousar e voar sobre Φn
Curvas do VANT
Distância para Φb
Violação do Tempo
Falha na Bateria
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 29 / 46
30. Metodologia
Arquitetura do Planejador Proposto
IFA
Mapa
Estado
Inicial
px
, py
, pz
vx
, vy
, vz
Intrada
Modelo de
Dinâmica
Saída
Con g.
T, T,
Local de
Pouso
Objetivo
Conjunto de
Waypoints
W
Algoritmo
Planejador
de Rota
SistemaSupervisordaAeronave
, C¤
A, B
Planejador
Método
Falha
Probabilidade
de Pouso
P
HG
AG
AGMP
PLIM
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 30 / 46
32. Metodologia
Geração Automática de Mapas
Nível de Dificuldade
1 MF : a), b)
2 MN: c), d)
3 MD: e), f)
Área de Cobertura
1 M25%
: a), c), e)
2 M50%
: b), d), f)
Legenda das Cores
1 φb
2 φp
3 φn
4 φr
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
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33. Resultados
Experimentos: Configurações Usadas
Categoria Descrição do Parâmetro Símbolo Valor Unidade
Mapa
Dimensão no eixo X - 1000 metros (m)
Dimensão no eixo Y - 1000 metros (m)
VANT
Posição inicial (px
0 , py
0 ) (0, 0) metros (m)
Velocidade inicial v0 24 m/s
Ângulo inicial α0 90 graus (o
)
Velocidade mínima vmin 11, 1 m/s
Velocidade máxima vmax 30, 5 m/s
Velocidade angular mínima εmin −3 o
/s
Velocidade angular máxima εmax 3 o
/s
Modelo
Horizonte de planejamento T 60 segundos (s)
Discretização do tempo ∆T 1 segundos (s)
Probabilidade de violar Φn
∆ 0, 001 -
Pesos
Custo bonificadora CΦb 2.000 $
Custo penalizadora CΦp 8.000 $
Custo não navegável CΦn 100.000 $
Custo remanescente CΦr 0 $
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35. Resultados
Experimentos: Simulação no FlightGear usando o AGMP
(a) Velocidade do vento 10 Knots - Instância I3
LO
(b) Velocidade do vento 50 Knots - Instância I3
LO
(c) Velocidade do vento 10 Knots - Instância I6
LO LO
(d) Velocidade do vento 50 Knots - Instância I6
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40. Resultados
Experimento usando um Hexacóptero
Hexacóptero usado
Experimento com voo real
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41. Resultados
Vídeo da Simulação no FlightGear
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42. Considerações Finais
Conclusões
Resultados promissores foram encontrados pela HG, AG e AGMP;
A HG retorna soluções em aproximadamente 0,07 segundo;
O AG e AGMP obtiveram melhores resultados do que a HG;
O AG e AGMP gastaram na ordem de 1 segundo de processamento;
Os AGs e AGMPs com inicialização gulosa são melhores;
Soluções equivalentes foram obtidas pelas estratégias evolutivas.
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43. Considerações Finais
Conclusões
O PLIM1 gasta aproximadamente 17 minutos de processamento;
O PLIM2 gasta aproximadamente 4 minutos de processamento;
Sendo assim, a estratégia PLIM2 se mostrou bem mais promissora;
Desvantagem do PLIM é o tempo (não aplicado em um VANT real);
Estratégia efetuar o planejamento antes (rotas pré-calculadas);
Nos experimentos usando FlightGear as trajetórias foram seguidas por
uma aeronave de grande porte;
A aeronave conseguiu seguir a rota dentro da margem de segurança
especificada para diferentes condições de vento.
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44. Considerações Finais
Trabalhos Futuros
Avançar em experimentos usando Hardware-In-the-Loop (HIL);
Avançar em experimentos evolvendo aeronaves reais;
Embarcar o sistema IFA e MOSA em um VANT real;
Implementar os métodos HG, AG, AGMP para o modelo completo.
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45. Considerações Finais
Artigos Produzidos
A Multi-Population Genetic Algorithm for UAV Path
Re-Planning under Critical Situation: Publicado no ICTAI -
International Conference on Tools with Artificial Intelligence em 2015.
Qualis A2;
A Hybrid Multi-Population Genetic Algorithm for UAV Path
Planning: Submetido no GECCO - Genetic and Evolutionary
Computation Conference em 2016. Qualis A1;
A Mathematical Formulation for UAV Path Re-Planning under
Critical Situation: A ser submetido em periódico internacional em
2016.
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46. BLACKMORE, L.; ONO, M.; WILLIAMS, B. C. Chance-Constrained
Optimal Path Planning With Obstacles, IEEE Press, v. 27, p.
1080-1094, 2011. ISBN 1552-3098.
OGLOBO. Uma queda drone e bater um corredor, seu operador
evoca pirataria. O Globo. 2013 . Disponível em:
<http://oglobo.globo.com/mundo/eua-registram-mais-de-400-
acidentes-com-drones-militares-12950003>. Acesso em: 17 set.
2014.
SMARTDRONES. Uma queda drone e bater um corredor, seu
operador evoca pirataria. Smartdrones. 2013 . Disponível em:
<http://www.smartdrones.fr/pt/zang%C3%A3o-%C3%A9-acidente-
pode-sempre-dizer-que-ele-era-Hacke/002771>. Acesso em: 17 set.
2014.
FIGUEIRA, N.; TRINDADE JÚNIOR, O.; MATTEI, A. L. P.; NERIS,
L. Mission Oriented Sensor Arrays – An Approach towards UAS
Usability Improvement in Practical Applications, 5th European
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 45 / 46
47. Conference for Aeronautics and Space Sciences (EUCASS),
Munich, 2013.
MATTEI, A. L. P. Consciência Situacional em Voo de Sistemas
Aéreos não Tripulados. 2014. p. 123. Qualificação de Doutorado.
Universidade de São Paulo (USP), São Carlos, SP, 2014.
MEULEAU, N.; PLAUNT, C.; SMITH, D. E.; SMITH, T. An
Emergency Landing Planner for Damaged Aircraft, Proceedings of
the Twenty-First Innovative Applications of Artificial
Intelligence Conference, 2009.
MEULEAU, N.; NEUKOM, C.; PLAUNT, C.; SMITH, D. E.; SMITH,
T. The Emergency Landing Planner Experiment, 21st International
Conference on Automated Planning and Scheduling, 2011.
ONO, M.; WILLIAMS, B. C.; BLACKMORE, L. Probabilistic Planning
for Continuous Dynamic Systems underBounded Risk, Journal of
Artificial Intelligence Research, v. 46, p. 511-577, 2013.
Jesimar da Silva Arantes (USP) Dissertação de Mestrado Março – 2016 46 / 46