Controle coordenado de grupos heterogêneos de veículos não tripulados para monitoramento de área

Abstract

Nos últimos anos veículos não tripulados remotamente pilotados têm sido utilizados na realização de missões em diversas áreas. Organizações militares e de inteligência tem utilizado veículos aéreos não tripulados para localizar, estimar e atacar alvos que se encontram a quilômetros de distância da estação de controle terrestre. Propostas de utilização de veículos não tripulados para monitorar e estimar parâmetros do ambiente em sistemas tem sido feitas com a promessa de melhoria do controle de pragas e aumento da produtividade. O sistema proposto neste trabalho é composto por veículos não tripulados expostos à ação de um ambiente dinâmico. Diferentes tipos de veículos podem entrar e sair do sistema, ou seja, o sistema também é dinâmico e relações podem ser criadas e quebradas sem aviso prévio. Além disso, é preciso levar em conta que alvos, ou seja, pontos específicos do ambiente que devem ser tratados, podem aparecer e desaparecer de maneira dinâmica. Considerando um sistema heterogêneo consistindo de diferentes tipos de veículos não tripulados aéreos e terrestres o presente trabalho busca apresentar um sistema que permite distribuir o tratamento de alvos entre os membros do sistema, bem como explorar a maior área possível de um mapa de maneira eficiente, ou seja, de maneira a diminuir a sobreposição entre áreas cobertas do sistema. Para o problema exposto duas soluções foram propostas. A primeira é baseada no paradigma de uma economia de mercado e a segunda utiliza a comunicação através de uma implementação análoga ao conceito de feromônios usados por animais na natureza. Ambos sistemas foram implementados e validados através de simulações. O sistema de mercado utiliza agentes leiloeiros para realizarem sessões de leilão sobre alvos encontrados por agentes consumidores e alocar os fornecedores com melhor capacidade de resolução para o alvo encontrado. O sistema de feromônios utiliza uma representação do ambiente para depositar e sentir os feromônios com os sabores de cada veículo, através desta abordagem o sistema evita com que áreas exploradas recentemente por outros veículos sejam exploradas novamente.

Over the last years remotely piloted vehicles have been used to execute missions in several fields. Military and intelligence organizations use unmanned aerial vehicles to localize, estimate and attack targets that are placed far from the ground control station. Proposals for use of unmanned vehicles to monitor and estimate environmental parameters in systems have been made with promises of plague control improvement and increases in the productivity. However, the use of autonomous vehicles in dynamic environments is still an open area for research. The system proposed in this work consists of autonomous unmanned vehicles exposed to the dynamic environmental action. Any kind of vehicle can enter or leave the system, that is, the system is also dynamic and relations can be created and broken without any previous warning. Furthermore, an important concept called target, that is, a specific environment point that have to be solved, can appear and disappear dynamically. Given an heterogeneous system containing different types of aerial and land unmanned vehicles this work presents a system that allows the distribution of target handling among the members of the system, and the exploration of the broadest possible area of a map in a efficient fashion, that is, in order to decrease the overlap among covered areas of the system. Two social behavior based solutions were proposed to solve the exposed problem. The first one was based in a market economy paradigm and the second one uses a concept analogous to the pheromones used by animals in nature in order to communicate among the vehicles. Both systems were implemented and verified through simulation. The market system uses auctioneer agents to realize auction sessions over targets found by consumer agents and, then, allocating the best supplier for this target resolution. The pheromones system uses an environmental representation in order to leave and feel the pheromone with the flavor of each vehicle, through this approach it’s possible for the system to avoid explore recently explored areas again.