Planejamento de Rotas de Cobertura para Veículos Aéreos Não Tripulados Aplicados no Controle Biológico de Pragas em Cenários Reais de Grandes Áreas
Resumo
O Controle Biológico (CB) é um método sustentável para o manejo de pragas
agrícolas, utilizando agentes naturais para regular suas populações. O uso de Veícu los Aéreos Não Tripulados (VANT) para a liberação desses agentes biológicos oferece
vantagens como baixo custo operacional e alta eficiência em grandes áreas. Contudo,
os métodos de Planejamento de Rotas de Cobertura (PRC) para VANTs no CB são
empíricos e dependem da experiência dos pilotos, carecendo de uma abordagem
sistemática que considere todas as variáveis críticas envolvidas. Ao mesmo tempo,
literatura disponível não abrange todos os aspectos relevantes para o CB. Neste con texto, o objetivo desta tese foi aprimorar a geração de trajetórias para operações com
VANTs na liberação de agentes biológicos em grandes áreas, utilizando conceitos de
PRC. Para alcançar esse objetivo, foram desenvolvidos e validados um framework e
dois algoritmos. O framework foi materializado como uma aplicação web que automa tiza a geração das rotas, incorporando os algoritmos propostos. O primeiro algoritmo
(Sub-rotas) realiza a decomposição da rota completa em sub-rotas, aplicando um
padrão de vai-e-volta para minimizar a sobreposição de trajetos e otimizar o tempo
de voo, alinhando a trajetória à maior aresta da área a ser coberta pelo VANT. O
segundo algoritmo (Subáreas) também aplica o padrão de vai-e-volta, mas propõe
uma decomposição da área de interesse em subáreas utilizando o diagrama de
Voronoi, visando uma divisão mais equilibrada, especialmente em áreas com ângulos
internos côncavos. A validação dos algoritmos foi realizada por meio de experimentos
com voos reais em três cenários distintos e com diferentes configurações de carga útil
(payload). Sabendo que foi utilizado um dispositivo de liberação de agentes biológicos
acoplado à aeronave, o experimento também avaliou a possível influência do payload
na cobertura. Os resultados quantitativos obtidos mostram que, ao utilizar o Algoritmo
de Sub-rotas, a área total coberta foi de 114,61 hectares, com uma distância total
percorrida de 29,7 km em 44 minutos e 48 segundos. Por outro lado, o Algoritmo de
Subáreas resultou em uma distância percorrida ligeiramente menor, de 28,9 km em
42 minutos e 57 segundos, representando uma redução de 2,6 km (aproximadamente
2,8%) na distância total e 1 minuto e 51 segundos (cerca de 4,1%) no tempo de
voo. Além disso, a distribuição de trabalho entre os voos foi mais equilibrada com
o Algoritmo de Subáreas, onde os voos cobriram 36,5%, 32,5% e 31,0% da área
total, respectivamente, sugerindo uma eficiência operacional aumentada. Embora
ambos os algoritmos tenham mostrado eficácia, o Algoritmo de Subáreas mostrou-se
particularmente vantajoso em cenários que envolvem áreas de interesse com ângulos
internos côncavos, onde a uniformidade e a eficiência de cobertura são cruciais.
Adicionalmente, a influência do payload foi mínima, indicando que o peso adicional
não comprometeu o desempenho da cobertura, confirmando a eficácia das soluções
de planejamento de rotas propostas.