Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/93542
Title: Meios aéreos de apoio à decisão
Other Titles: Aerial Means Supporting Strategic Decision
Authors: Lopes, Manuel João Pintado Alves Batista
Orientador: Viegas, Domingos Xavier Filomeno Carlos
Raposo, Jorge Rafael Nogueira
Keywords: Incêndios Florestais; Radiação térmica; Ensaios de campo; VANT; Distância ao sensor; Forest fires; Thermal radiation; Prescribed fire; UAV; Working distance
Issue Date: 17-Sep-2019
Serial title, monograph or event: Meios aéreos de apoio à decisão
Place of publication or event: Departamento de Engenharia Mecânica
Abstract: A aplicação de veículos aéreos não tripulados (VANTs) no cenário dos incêndios florestais observa uma tendência crescente a nível mundial. Para que a deteção e monitorização da evolução do fogo nos incêndios florestais seja mais eficaz, tirando partido de uma das suas principais características (a sua diferenciação térmica) recorre-se a técnicas de aquisição e tratamento de imagem térmica. Na presente dissertação foi delineada uma estratégia para execução de planos de voo para aquisição de imagem térmica a diferentes altitudes com recurso a VANTs, sobre ensaios de campo com fogo experimental. Estes têm como objetivo estudar a influência que a distância do sensor ao fogo (working distance) exerce na precisão dos dados extrapolados a partir da imagem aérea. De facto, a presença da atmosfera terrestre constitui uma barreira com permeabilidade seletiva à passagem de radiação térmica. Nomeadamente o vapor de água e o dióxido de carbono absorvem radiação na gama típica de emissão da frente de fogo.Durante a realização de ensaios com fogo experimental foram recolhidas por uma plataforma aérea imagens térmicas, tendo-se analisado um dos conjuntos de imagens de uma das experiências empregando vídeos compósitos. Estes permitiram a visualização da evolução do processo de ignição, identificação e localização geográfica da frente de fogo e cálculo de parâmetros característicos do fogo. Os resultados obtidos com as imagens aéreas foram comparados com os de uma câmara térmica fixa no solo (grupo de controlo). O termo de comparação estabelecido pelo grupo de controlo permitiu calcular o desvio entre os valores dos parâmetros característicos do fogo calculados a partir das duas plataformas. Este cálculo foi individualizado para os conjuntos de instantes obtidos a cada patamar de altitude realizado pelo VANT e também para diferentes zonas (ordenadas) da frente. Comparou-se então o desvio obtido considerando apenas a zona média ou a totalidade da frente.O cálculo do desvio (RMS) tem como objetivo estimar a altitude ótima para aquisição de imagem térmica, da qual resulte na melhor precisão dos dados extrapolados a partir da imagem térmica. Idealmente poderia ser construída uma função matemática que relacionasse a altitude com a precisão dos dados obtidos. Este estudo revelou-se, no entanto, inconclusivo, uma vez que não se verificou a existência de um padrão nos valores de desvio obtidos para os diferentes patamares de altitude. Foi também possível concluir acerca da inadequação do sensor utilizado na plataforma aérea para aquisição de imagem térmica da frente de fogo durante os ensaios, através da comparação dos dados obtidos através do grupo de controlo.
The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) in forest fire applications has witnessed a worldwide growth spurt over the last few years. In order to effectively carry out detection and monitoring operations involving fire, we take advantage of its temperature characteristics by using thermal imaging technics.During this research a strategy for the execution of consistent flight plans was developed, in order to acquire thermal image at various altitudes using UAVs over prescribed fire experiments. The main goal is to understand how the working distance (distance from the thermal sensor to the fire front) influences the precision of the gathered data. In effect, the earth’s atmosphere acts as a barrier with selective permeability towards different radiation wavelengths. Namely water vapor and carbon dioxide absorb most of the typical thermal radiation wavelengths emitted by a forest fire.Thermal image was gathered during prescribed fire experiments, having been analysed one set of images from one of the experiments. This task was conducted through the creation of composite videos in order to identify the evolution of ignition fires, identification and geolocalization of the fire front, and lastly, the calculation of characteristic fire parameters. The results obtained with the aerial image were compared with a set of images gathered by a thermal camera fixed to the ground, which acted as a control group.The reference established by the control group allowed the estimation of the root-mean-square deviation (RMS) between the fire parameters calculated using the aerial image and control image. The results were individualized for the time periods spent at the different altitude levels performed by the UAV and also for different fire front regions. Finally, the deviation results were compared between considering all the fire front line and only the centre zone of the fire front.The objective of the last operation is to estimate an optimum altitude for performing thermal imaging flights, which results in best data precision. Ideally a mathematical function which described the degree of data precision with altitude would be built. Due to several limitation, including having a small database, this study demonstrated to be inconclusive as the deviation values did not display a pattern regarding altitude.It was also possible to conclude how the thermal sensor payload was unsuitable for the given task, using the control image as reference.
Description: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
URI: http://hdl.handle.net/10316/93542
Rights: openAccess
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