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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.55.2020.tde-06082020-101001
Document
Author
Full name
Heitor de Freitas Vieira
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Ueyama, Jo (President)
Delbem, Alexandre Cláudio Botazzo
Freitas, Edison Pignaton de
Júnior, João Roberto Bertini
Title in Portuguese
Um modelo multiobjetivo para controle biológico de pragas por meio de VANT: distribuição eficiente de cápsulas
Keywords in Portuguese
Agricultura de precisão
Controle biológico
Previsão de deposição
Problema de cobertura
VANT
Abstract in Portuguese
Pragas exóticas podem causar prejuízos financeiros de US$ 1,4 trilhão no mundo e, ameaçar a segurança alimentar mundial. O controle biológico é um fenômeno natural no qual consiste na regulação do número de plantas ou animais por meio de inimigos naturais. O uso de veículo aéreo não tripulado (VANT) como plataforma de apoio ao controle biológico tem se mostrado promissor, pois há a possibilidade de redução de custos operacionais e transposição de barreiras naturais, como rios e animais peçonhentos. Entretanto, os métodos atuais para a disseminação de cápsulas com inimigos naturais são feitos por um VANT pilotado remotamente ou com rota ziguezague, na qual possui baixa eficiência de cobertura e não pode cobrir áreas de qualquer formato. Outra questão importante é a precisão na deposição das cápsulas, que pode ser negativamente influenciada pelos ventos no momento da liberação das cápsulas. Nesta tese propõe-se um sistema e um método para controle biológico de pragas, por meio de VANT, que são compostos por um novo algoritmo para o cálculo dos locais de deposição de cápsulas, conhecido por problema de cobertura, que possa ser empregado em áreas de qualquer formato. Um método para reposicionar a aeronave, em ambiente ventoso, no momento da liberação da cápsula para aumentar a precisão da deposição da cápsula e, um mecanismo liberador de cápsulas. Na questão da cobertura, na situação mais complexa ao comparar com a literatura, os resultados mostram que o algoritmo proposto apresentou 1,54% a mais de área efetivamente coberta, 9,54% a mais na eficiência de cobertura, ineficiência de cobertura 104,88% menor, protegeu 7,16% a mais a região de borda e, necessitou de 13,56% menos cápsulas liberadas. Como reposicionamento da aeronave em ambiente ventoso, os resultados obtidos com o simulador Morse mostram que é mais vantajoso realizar o voo com uma altura de 20 m do que a 10 m. Portanto, é possível utilizar VANT para distribuição eficiente de cápsulas para o controle biológico em áreas de qualquer formato. Os principais impactos são o potencial de redução de custos por liberar menos cápsulas e cobrir melhor as regiões fronteiriças da plantação.
Title in English
A multiobjective model for biological pest control through UAV: efficient distribution of capsules
Keywords in English
Biological control
Coverage problem
Deposition prediction
Precision farming
UAV
Abstract in English
Exotic pests can cause financial losses of USD 1.4 trillion worldwide and threaten global food security. Biological control is a natural phenomenon that consists of regulating the number of plants or animals by means of natural enemies. The use of an unmanned aerial vehicle (UAV) as a support platform for biological control has been promising, as there is the possibility of reducing operating costs and crossing natural barriers, such as rivers and venomous animals. However, current methods for spreading capsules with natural enemies are made by a UAV piloted remotely or with a zigzag route, in which it has low coverage efficiency and cannot cover areas of any shape. Another important issue is the precision in the deposition of the capsules, which can be negatively influenced by the winds when the capsules are released. This thesis proposes a system and method for biological pest control, using UAVs, which are composed of a new algorithm for calculating capsule deposition sites, known as a coverage problem, which can be used in areas any format. A method for repositioning the aircraft, in a windy environment, at the time of releasing the capsule to increase the accuracy of the deposition of the capsule, and a mechanism for releasing capsules. In terms of coverage, in the most complex situation when compared to the literature, the results show that the proposed algorithm presented 1.54% more area effectively covered, 9.54% more in coverage efficiency, inefficiency of coverage 104.88% smaller, it protected 7.16% more of the border region and needed 13.56% less capsules released. As a repositioning of the aircraft in a windy environment, the results obtained with the Morse simulator show that it is more advantageous to perform the flight at a height of 20 m than at 10 m. Therefore, it is possible to use UAV for efficient distribution of capsules for biological control in areas of any shape. The main impacts are the potential to reduce costs by releasing fewer capsules and better covering the border regions of the plantation.
 
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Publishing Date
2020-08-06
 
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