Publicação
Navegação autónoma em terreno vinhateiro
| Resumo: | O planeamento de trajetórias, como parte integrante de um sistema de navegação autónoma, visa otimizar a escolha do trajeto a seguir pelo dispositivo móvel. Os dispositivos terrestres móveis autónomos são atualmente utilizados na agricultura, e em particular na viticultura, quando as características morfológicas do terreno e a distribuição do cultivo permitem a sua movimentação estruturada. A presença de morfologia muito complexa ou a distribuição variável das culturas podem inviabilizar a sua utilização. Esta tese apresenta o trabalho realizado no desenvolvimento de um sistema de planeamento de trajetórias e será parte integrante de um sistema de navegação autónomo a aplicar num trator agrícola para executar as tarefas de cultivo ou manutenção da vinha. Irá ser utilizado num ambiente particularmente difícil, onde as vinhas são plantadas em socalcos escavados nas encostas sinuosas que ladeiam as margens do rio Douro, a nordeste de Portugal. Numa primeira fase o trabalho contemplou a escolha da parcela de vinha e a determinação do modelo digital do terreno (MDT) da parcela. O critério adotado para a escolha da vinha foi o da inclusão do maior número de especificidades de entre aquelas que caracterizam as vinhas da Região Demarcada do Douro (RDD). Foi necessário efetuar o levantamento estático da parcela uma vez que o MDT existente, adquirido ao Instituto Geográfico do Exército (IgeoE) à data do início dos trabalhos, era anterior à data de plantação da vinha. O levantamento dinâmico da trajetória efetuada por um perito na condução com um trator convencional numa operação vitícola permitiu validar a metodologia adotada e o equipamento escolhido no processo de obtenção do MDT. Na segunda fase do trabalho procurou-se determinar os possíveis percursos de condução, por aplicação de algoritmos de esqueletização a todas as vias de circulação da vinha. Foram aplicados diferentes algoritmos de esqueletização para encontrar de forma quase completamente automática os possíveis percursos de condução na vinha. Este estudo teve como resultado a escolha do algoritmo de esqueletização que melhor se adapta a este tipo de ambiente. Por último, foi desenvolvido o sistema de planeamento de trajetórias para apoio à navegação autónoma. A implementação de um algoritmo combinado para a determinação do trajeto ótimo de aproximação e cobertura de ilhas dispersas na parcela de vinha culminou o trabalho de tese. As ilhas como resultado da aplicação de técnicas de viticultura de precisão (VP) identificam as zonas de cobertura nas quais as operações vitícolas devem ser realizadas. A função de otimização proposta utiliza uma combinação linear de funções de custo específicas, a qual contribui tanto para o aumento do rendimento da produção como para a diminuição do impacto ambiental da atividade. Como exemplo, a distância percorrida pelo veículo e o tempo gasto em manobras contribuem diretamente para o aumento da quantidade de combustível utilizada e o nível de emissões de C02. Durante as referidas fases do trabalho, foi desenvolvida uma aplicação de apoio à navegação (denominada Vineyard Viewer and Path Planning Application - VVPP), onde o teste e a validação das opções foram realizados de uma forma simples e amigável. Esta possibilitou a seleção e a execução dos algoritmos desenvolvidos bem como a possibilidade de simulação da condução nas rotas de navegação determinadas. Os resultados obtidos validam a utilização da VVPP como parte integrante de um sistema de navegação autónomo a operar em terreno vinhateiro. Vinhas com diferentes configurações podem nela ser estudadas. Pode ainda servir como ferramenta didática de teste a algoritmos de esqueletização e de planeamento de trajetórias. Este trabalho é um ponto de partida para trabalhos futuros, pois identifica as particularidades e os constrangimentos de navegação autónoma numa vinha com características próprias, inserida numa zona classificada pela UNESCO como património mundial da humanidade. |
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| Autores principais: | Contente, Olga Maria de Sousa |
| Assunto: | Vinha Mapeamento Esqueletização Planeamento de trajetórias Viticultura de precisão Aplicação de apoio à navegação |
| Ano: | 2017 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro |
| Idioma: | português |
| Origem: | Repositório da UTAD |
| Resumo: | O planeamento de trajetórias, como parte integrante de um sistema de navegação autónoma, visa otimizar a escolha do trajeto a seguir pelo dispositivo móvel. Os dispositivos terrestres móveis autónomos são atualmente utilizados na agricultura, e em particular na viticultura, quando as características morfológicas do terreno e a distribuição do cultivo permitem a sua movimentação estruturada. A presença de morfologia muito complexa ou a distribuição variável das culturas podem inviabilizar a sua utilização. Esta tese apresenta o trabalho realizado no desenvolvimento de um sistema de planeamento de trajetórias e será parte integrante de um sistema de navegação autónomo a aplicar num trator agrícola para executar as tarefas de cultivo ou manutenção da vinha. Irá ser utilizado num ambiente particularmente difícil, onde as vinhas são plantadas em socalcos escavados nas encostas sinuosas que ladeiam as margens do rio Douro, a nordeste de Portugal. Numa primeira fase o trabalho contemplou a escolha da parcela de vinha e a determinação do modelo digital do terreno (MDT) da parcela. O critério adotado para a escolha da vinha foi o da inclusão do maior número de especificidades de entre aquelas que caracterizam as vinhas da Região Demarcada do Douro (RDD). Foi necessário efetuar o levantamento estático da parcela uma vez que o MDT existente, adquirido ao Instituto Geográfico do Exército (IgeoE) à data do início dos trabalhos, era anterior à data de plantação da vinha. O levantamento dinâmico da trajetória efetuada por um perito na condução com um trator convencional numa operação vitícola permitiu validar a metodologia adotada e o equipamento escolhido no processo de obtenção do MDT. Na segunda fase do trabalho procurou-se determinar os possíveis percursos de condução, por aplicação de algoritmos de esqueletização a todas as vias de circulação da vinha. Foram aplicados diferentes algoritmos de esqueletização para encontrar de forma quase completamente automática os possíveis percursos de condução na vinha. Este estudo teve como resultado a escolha do algoritmo de esqueletização que melhor se adapta a este tipo de ambiente. Por último, foi desenvolvido o sistema de planeamento de trajetórias para apoio à navegação autónoma. A implementação de um algoritmo combinado para a determinação do trajeto ótimo de aproximação e cobertura de ilhas dispersas na parcela de vinha culminou o trabalho de tese. As ilhas como resultado da aplicação de técnicas de viticultura de precisão (VP) identificam as zonas de cobertura nas quais as operações vitícolas devem ser realizadas. A função de otimização proposta utiliza uma combinação linear de funções de custo específicas, a qual contribui tanto para o aumento do rendimento da produção como para a diminuição do impacto ambiental da atividade. Como exemplo, a distância percorrida pelo veículo e o tempo gasto em manobras contribuem diretamente para o aumento da quantidade de combustível utilizada e o nível de emissões de C02. Durante as referidas fases do trabalho, foi desenvolvida uma aplicação de apoio à navegação (denominada Vineyard Viewer and Path Planning Application - VVPP), onde o teste e a validação das opções foram realizados de uma forma simples e amigável. Esta possibilitou a seleção e a execução dos algoritmos desenvolvidos bem como a possibilidade de simulação da condução nas rotas de navegação determinadas. Os resultados obtidos validam a utilização da VVPP como parte integrante de um sistema de navegação autónomo a operar em terreno vinhateiro. Vinhas com diferentes configurações podem nela ser estudadas. Pode ainda servir como ferramenta didática de teste a algoritmos de esqueletização e de planeamento de trajetórias. Este trabalho é um ponto de partida para trabalhos futuros, pois identifica as particularidades e os constrangimentos de navegação autónoma numa vinha com características próprias, inserida numa zona classificada pela UNESCO como património mundial da humanidade. |
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