Autonomous Targeting System for a Firefighting Drone - Compensation For Wind Disturbance

Abstract

Atualmente, em grande parte devido ao fenómeno do Aquecimento Global, os incêndios florestais têm-se tornado catástrofes cada vez mais habituais e impetuosas, não só em Portugal como também em todo o planeta. Apesar dos esforços inexcedíveis por parte dos bombeiros universalmente para combater estas tragédias, urge implementar sistemas tecnológicos que possam ajudar (ou até substituir) estas pessoas nestes combates, a fim de salvar não só estas vidas, como também as de todos os possíveis afetados por incêndios.Esta dissertação tem o intuito de introduzir os veículos aéreos não tripulados (globalmente conhecidos por drones) no ramo do combate a incêndios de uma forma mais ativa e autónoma relativamente ao que acontece atualmente, de forma que estes possam aliar a inspeção e monitorização de fogos à possibilidade de serem o primeiro agente de extinção, ao orientarem um jato de água sobre os mesmos. Para tal, projetou-se um sistema que pudesse cumprir com as funções pretendidas, mas que dispusesse da menor quantidade de hardware para o efeito, a fim de minimizar o peso total do veículo. Estes componentes foram selecionados com base no estado de arte para as tarefas de medição local do vento (a considerar aquando da trajetória do jato de água) e deteção de pontos quentes numa determinada área. Enquanto que esta dissertação se focará no primeiro desafio, o segundo será objeto de estudo da dissertação de Gonçalo Rodrigues.O trabalho realizado e apresentado nesta tese, focou-se na adaptação de um algoritmo de determinação do vento local, selecionado entre vários trabalhos científicos na área, ao projeto requerido, a fim de verificar se é possível conceber uma missão para estes veículos não tripulados estimarem a velocidade e direção do vento de forma autónoma. Todo o ciclo de projeto do sistema, desde a programação e das comunicações entre o hardware à realização de medições e ensaios em software e em túneis de vento, será âmbito desta dissertação. Os resultados do projeto e futuros desenvolvimentos a considerar serão igualmente debatidos.

Currently, largely due to the phenomenon of Global Warming, forest fires have become increasingly common and devastating catastrophes, not only in Portugal but also across the planet. Despite the unsurpassed efforts by firefighters universally to combat these tragedies, it is urgent to implement technological systems that can help (or even replace) these people in these fights, in order to save not only these lives, but also those of all the people possibly affected by fires.This dissertation aims to introduce unmanned aerial vehicles (globally known as drones) in the field of firefighting in a more active and autonomous way compared to what is currently happening, so that they can combine the inspection and monitoring of fires with the possibility of being the first extinguishing agent, by directing a water jet over them. To this purpose, a system was designed that could fulfill the intended functions, but with the least amount of hardware for that purpose, in order to minimize the vehicle's total weight. These components were selected based on the state-of-the-art for the tasks of local wind estimation (to be considered during the water jet trajectory) and detection of hotspots in a certain area. While this dissertation will focus on the first challenge, the second will be the object of study of Gonçalo Rodrigues’ dissertation.The work carried out and presented in this dissertation focused on the adaptation of an algorithm for determining the local wind, selected from several scientific works in this field, to the required project, to verify if it is possible to design a mission for these unmanned vehicles to estimate the speed and direction of the wind autonomously. All the programming, the communications between hardware, and all the measurements and tests carried out in software and in a wind tunnel, will be the scope of this dissertation. Project results and future developments to be considered will also be discussed.