Optimización de trayectorias para un UAV en agricultura de precisión

Autores Cristhian Santiago Muñoz Orduz Juan Sebastian Corredor Duarte Directores Julian David Colorado Diego Alejandro Patiño

El macroproyecto OMICAS (Optimización Multiescala In-Silico de Cultivos Agrícolas Sostenibles), tiene como objetivo mejorar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental de los sistemas productivos agrícolas, a partir de la fenotipificación de cultivos obtenida desde la toma y cuantificación de datos.

La adquisición de datos para la fenotipificación de los cultivos requiere de varios tipos de sensores los cuales registrarán diferentes variables y características. La base para la toma de datos es un UAV que sobrevolará el terreno para capturar imágenes multiespectrales y térmicas de alta resolución. La desventaja más frecuente en las diferentes referencias y marcas de aeronaves no tripuladas es la autonomía de vuelo, la cual depende principalmente de la capacidad de carga del UAV, la velocidad de vuelo, y su impacto de consumo de la batería.

Este trabajo de grado presenta la integración y desarrollo de una arquitectura para la navegación óptima de un UAV cuadricóptero en labores de monitoreo de agricultura de precisión. Esta arquitectura está compuesta por modelos matemáticos que describen los efectos no lineales de la dinámica y aerodinámica de vuelo del UAV, así como modelos para calcular el consumo energético de la batería y del UAV mismo.

A partir de estos modelos, se propone un algoritmo de optimización para definir una trayectoria de vuelo que minimiza el consumo energético del UAV. El algoritmo de optimización se desarrolla en dos fases, en la primera fase se resuelve un problema de control óptimo por medio del método de optimización dinámica, en la segunda fase se realiza la optimización de ruta a través de un algoritmo Hamiltoniano. Finalmente, se validan los resultados por medio de del Toolbox de robotica de Matlab y del entorno de simulación V-REP.