BR112020019031A2 - Gerenciamento de uma frota de veículos aéreos de pulverização - Google Patents
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Abstract
gerenciamento de uma frota de veículos aéreos de pulverização. um sistema de computação fornece o gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização por selecionar uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas por uma frota de veículos de pulverização. o sistema analisa os requisitos de pulverização, incluindo material e quantidade a ser pulverizada, e analisa os parâmetros de veículo de pulverização para cada veículo de pulverização da frota. o sistema então calcula um plano de viagem para cada veículo de pulverização de modo que as zonas de campo selecionadas possam ser pulverizadas em conformidade sem pulverizar áreas fora das zonas de campo selecionadas. uma vez em operação, o sistema verifica a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização e ajusta um ou mais planos de viagem em caso de mau funcionamento do veículo, condições climáticas inesperadas, e obstáculos de campo inesperados.
Description
[001] A presente invenção refere-se a técnicas de pulverização de cultura em geral e em particular a sistemas e métodos para gerenciar uma frota de veículos aéreos de pulverização.
[002] Pulverizar culturas agrícolas com pesticidas e outros materiais é uma prática comum para proteger as culturas de pragas e doenças prejudiciais. Os pesticidas podem ser pulverizados manualmente, a partir de veículos no solo ou no ar. Para grandes fazendas, é mais rápido pulverizar pelo ar.
[003] Aeronaves de pulverização podem dispensar grandes quantidades de materiais (pesticidas, fertilizantes, etc.) em um período de tempo bastante rápido. Aeronaves de pulverização, embora tenham algumas limitações significativas: aeronaves de pulverização podem ser voadas principalmente durante o dia e com bom tempo (para segurança dos pilotos) e, uma vez que a aeronave precisa estar bem acima do solo para evitar possíveis obstáculos, a precisão da pulverização não pode ser garantida.
[004] Sistemas Aéreos Não Tripulados (UAS), também conhecidos como "drones", são comumente baseados em operadores e, comparados às aeronaves, podem voar à noite, podem voar a distâncias menores do solo e podem pulverizar com mais precisão. A capacidade do material de pulverização de um UAS é obviamente significativamente menor do que a de uma aeronave.
[005] É um objetivo da presente invenção fornecer sistema e métodos para gerenciar uma frota de veículos de pulverização.
[006] É outro objetivo da presente invenção fornecer sistema e métodos para gerenciar uma frota de veículos de pulverização aérea.
[007] É outro objetivo da presente invenção fornecer um sistema e métodos para gerenciar uma frota de veículos de pulverização aérea não tripulados.
[008] É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer sistema e métodos para gerenciar uma frota de veículos de pulverização aérea não tripulados heterogêneos.
[009] É ainda outro objetivo da presente invenção fornecer sistema e métodos para gerenciar uma frota de veículos de pulverização tripulados e não tripulados.
[0010] A presente invenção se refere a um sistema computadorizado que compreende: pelo menos um processador; e pelo menos uma memória acoplada comunicativamente ao pelo menos um processador que compreende instruções legíveis por computador que, quando executadas por pelo menos um processador, fazem o sistema de computação implementar um método de gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização, o método compreendendo: selecionar uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas; receber parâmetros de zona de campo para cada zona de campo selecionada compreendendo pelo menos material de pulverização selecionado e quantidade para cada zona de campo ou porção da zona de campo;
receber parâmetros de veículo de pulverização para cada veículo de pulverização da frota; calcular um plano de viagem para cada veículo de pulverização da referida frota de veículos de pulverização de modo que as zonas de campo selecionadas possam ser pulverizadas em conformidade sem áreas de pulverização fora das zonas de campo selecionadas, e todos os veículos de pulverização mantêm uma distância de segurança predeterminada uns dos outros durante o voo; uma vez em operação, verificar se a distância de segurança predeterminada é mantida entre todos os veículos de pulverização, e se a distância de segurança não for mantida, modificar um ou mais dos planos de viagem tomando uma ou mais ações de correção compreendendo: modificar uma ou mais trajetórias de voo, alterar a ordem de um ou mais segmentos de voo atribuídos a um veículo de pulverização, reduzir a velocidade de um ou mais veículos de pulverização e aumentar a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, ou qualquer combinação de ações de correção dos mesmos; e uma vez em operação, verificar a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização, e ajustar um ou mais planos de viagem em caso de mau funcionamento do veículo, condições climáticas inesperadas, e obstáculos de campo inesperados.
[0011] Em outro aspecto, a presente invenção se refere a um método computadorizado compreendendo pelo menos um processador; e pelo menos uma memória acoplada comunicativamente ao pelo menos um processador que compreende instruções legíveis por computador que, quando executadas por pelo menos um processador, implementam um método de gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização, o método compreendendo: selecionar uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas; receber parâmetros de zona de campo para cada zona de campo selecionada compreendendo pelo menos material de pulverização selecionado e quantidade para cada zona de campo ou porção da zona de campo; receber parâmetros de veículo de pulverização para cada veículo de pulverização da frota; calcular um plano de viagem para cada veículo de pulverização da referida frota de veículos de pulverização de modo que as zonas de campo selecionadas possam ser pulverizadas em conformidade sem áreas de pulverização fora das zonas de campo selecionadas, e todos os veículos de pulverização mantêm uma distância de segurança predeterminada uns dos outros durante o voo; uma vez em operação, verificar se uma distância de segurança predeterminada é mantida entre todos os veículos de pulverização, e se a distância de segurança não for mantida, modificar um ou mais planos de viagem tomando uma ou mais ações de correção compreendendo: modificar uma ou mais trajetórias de voo, mudar a ordem de um ou mais segmentos de voo atribuídos a um veículo de pulverização, reduzir a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, e aumentar a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, ou qualquer combinação dos mesmos; e uma vez em operação, verificar a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização, e ajustar um ou mais planos de viagem em caso de mau funcionamento do veículo, condições climáticas inesperadas, e obstáculos de campo inesperados.
[0012] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema para gerenciar veículos de pulverização.
[0013] A Figura 2 é um diagrama de blocos de um subsistema UAS.
[0014] A Figura 3 é um diagrama de blocos de subsistemas de estação de controle de solo.
[0015] A Figura 4 é um diagrama de blocos de um módulo de mapeamento.
[0016] A Figura 5 é um fluxograma do processo de processamento de informações agrícolas.
[0017] A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma frota de veículos de pulverização.
[0018] A Figura 7 é um diagrama de blocos de um módulo de mensagens e vídeo.
[0019] A Figura 8 é um diagrama de blocos de um módulo de reconhecimento de obstáculos dinâmico.
[0020] A Figura 9 é um fluxograma de um módulo de atualizações de missão.
[0021] A Figura 10 é um diagrama de blocos de um módulo de relatório.
[0022] Na seguinte descrição detalhada de várias modalidades, é feita referência aos desenhos anexos que formam uma parte da mesma, e nos quais são mostradas a título de ilustração modalidades específicas nas quais a invenção pode ser praticada. Entende-se que outras modalidades podem ser utilizadas e mudanças estruturais podem ser feitas sem se afastar do escopo da presente invenção.
[0023] A presente invenção se refere a um sistema de computação para implementar um método de gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização. Os veículos de pulverização podem ser de diferentes tipos, incluindo veículos aéreos e terrestres, e podem incluir veículos tripulados e não tripulados.
[0024] O termo "pulverização", conforme aqui utilizado, refere-se a pulverização de líquidos, distribuição de pó e distribuição de fumaça. O líquido ou pó dispensado podem ser pesticidas, inseticidas ou fertilizantes.
[0025] Inicialmente, o sistema é fornecido com uma seleção de uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas, incluindo os limites geográficos de cada zona de campo. Uma zona de campo pode ser um campo inteiro ou qualquer parte de um campo. A seleção da zona de campo pode ser realizada em vários modos: Totalmente automático - fornecendo ao sistema imagens digitais de uma área e aplicando técnicas de reconhecimento de imagem, como detecção de borda e segmentação de imagem para reconhecer as delimitações de uma zona de campo e identificar obstáculos dentro (como uma casa, um lago etc. no meio de um campo). Alternativamente, o sistema pode ser fornecido com coordenadas geográficas exatas das zonas de campo. Totalmente manual - o usuário visualiza uma imagem digital (mapa, fotografia ...) da área e delimita manualmente (por desenho, apontamento ou outro meio de seleção) os limites das fronteiras de campo. Combinação - obter delimitações geográficas de um campo automaticamente (como divulgado acima) e, em seguida, permitir que o usuário faça ajustes manualmente, como corrigir delimitações e / ou desmarcar (reverter delimitação) e / ou adicionar áreas e obstáculos que não devem ser pulverizados.
[0026] A imagem digital pode ser qualquer imagem, fotografia, mapa de uma área, por exemplo, uma fotografia de satélite, uma fotografia obtida por um UAS etc.
[0027] Em seguida, o sistema recebe parâmetros de zona de campo para cada zona de campo selecionada. Os parâmetros de zona de campo compreendem requisitos de pulverização, incluindo o material de pulverização selecionado (incluindo requisitos de técnica de pulverização) e quantidade para cada zona de campo ou porção de uma zona de campo. Além disso, os parâmetros de zona podem incluir um ou mais dos seguintes: pontos de decolagem e pouso, zonas de voo proibido, obstáculos de zona de campo (tipo, delimitações, altura), limitações legais (ou seja, horas de voo, níveis de ruído permitidos, materiais de pulverização proibidos...), quantidade necessária de material de pulverização para cada zona de campo.
[0028] Além disso, os parâmetros de zona de campo podem incluir: características de cultura, como tipo, status, idade, altura; tipo de material de pulverização ou materiais a serem usados; e condições meteorológicas.
[0029] Em algumas modalidades, as imagens de campo são processadas para identificar o status de cultura e a necessidade de tratamento em subzonas (pontos) do campo.
Cada ponto pode exigir uma quantidade de pulverização diferente, material de pulverização ou nenhuma pulverização. Tal processamento de imagem pode ser um passo de pré- processamento realizado por terceiros e os resultados fornecidos ao sistema.
[0030] Em seguida, o sistema recebe parâmetros de veículo de pulverização sobre cada veículo de pulverização da frota. Os parâmetros de veículo de pulverização podem incluir um ou mais dos seguintes: capacidade de fornecimento de potência (capacidade da bateria para um UAS ou veículo terrestre elétrico, capacidade do tanque de gás para aeronaves ou veículos terrestres), vida útil da bateria para veículos elétricos (o número de vezes que uma bateria pode ser carregada antes de precisar ser substituída), capacidade do tanque de pulverização, comprimento da barra de pulverização, número de bicos em cada barra de pulverização, velocidade de descarga de pulverização, velocidade do veículo, sensores de veículo disponíveis.
[0031] O sistema então considera as zonas de campo selecionadas, os veículos de pulverização disponíveis e os requisitos de pulverização e calcula um plano de viagem (trajetória + altura + velocidade + ângulo de pulverização + método de manobra) para cada veículo de pulverização, de modo que todas as zonas de campo selecionadas podem ser pulverizadas de acordo com os requisitos de pulverização. Um plano de viagem pode incluir viagens múltiplas para um único veículo de pulverização, por exemplo, para reabastecer o tanque de pulverização (reservatório) e / ou para trocar as baterias ou reabastecer o tanque de gás. Ao calcular os planos de viagem, o sistema garante que todas as zonas de campo selecionadas estão inteiramente cobertas para pulverização e que nenhuma área fora das zonas de campo selecionadas será pulverizada. Os planos de viagem também precisam levar em conta todos os obstáculos no campo e viajar ao redor e / ou acima e / ou abaixo deles. Um plano de viagem pode ser uma trajetória de voo que compreende, para cada segmento de voo, direções de manobra, como voar em linha reta, alterar a altitude, voar em um movimento oscilante (avançar enquanto se move para frente e para trás para os lados e / ou para cima e para baixo), voar em um movimento em zigue-zague ou qualquer combinação dos mesmos.
[0032] Os planos de viagem podem ser calculados para otimizar diferentes requisitos e preferências, como fornecer um ou mais dos seguintes: o Trajetória mais curta percorrida pelos veículos de pulverização; o Uso mínimo de bateria / energia, ou seja, maximizar a eficiência energética; o Tempo mínimo com carga útil total; o Mínimo de voltas em U; o Retornos mínimos para casa / saltos mínimos; o Tempo mínimo em casa (tempo para a frota decolar e pousar); ou o Tempo mínimo para terminar toda a missão.
[0033] Os planos de viagem (plano de voo) garantem uma distância de segurança apropriada ao voar a partir de outros UASs e aeronaves de pulverização.
[0034] É vantajoso que o UAS comece e termine (é lançado e pousa) no mesmo ponto para evitar tempo de voo sem pulverização, desperdiçando energia da bateria.
[0035] Em algumas modalidades, os planos de viagem são calculados por meio de um algoritmo de Cobertura de Árvore de Extensão (STC), dividindo uma zona de campo em grades de forma quadrada. A largura e altura da grade são duas vezes o tamanho da extensão de pulverização que o UAS produz, a extensão de pulverização sendo uma combinação do comprimento de barra de pulverização e a distância a partir do solo durante a pulverização. O algoritmo produz uma Árvore de Extensão Mínima (MST) que inclui toda a área das grades a serem pulverizadas evitando obstáculos, produzindo assim uma trajetória de pulverização que cobre todas as áreas a serem pulverizadas.
[0036] Em algumas modalidades, as grades de STC são em forma de retângulo, em que o comprimento do retângulo se correlaciona com o comprimento de barra de pulverização, enquanto a largura do retângulo se correlaciona com o tamanho da abertura dos bicos ao longo da largura da barra. Por exemplo, alguns bicos são alinhados ao longo de uma barra circular (abaixo dos motores de UAS) enquanto outros bicos são alinhados em uma barra longa. Em algumas modalidades, o comprimento da grade é ajustável e pode ser um número múltiplo do comprimento de barra de pulverização (por exemplo: incluindo 2,5 vezes o comprimento da barra). Como o UAS pode vir com diferentes tamanhos e capacidades, as grades produzidas para cada UAS são adaptadas para esse tamanho e recursos de UAS.
[0037] Ao planejar vários voos para o mesmo UAS, é importante levar em consideração o estado estimado dos recursos do UAS após cada voo. Por exemplo, ao relançar, pode ser que o tanque de pulverização esteja cheio, mas a bateria não está com a capacidade total (mas ainda não foi alterada), de modo que o próximo voo deve levar em consideração o estado atual da bateria de UAS.
[0038] Por exemplo, em um primeiro voo, o UAS pode esgotar seu material de pulverização, mas ainda tem, por exemplo, 35% de sua bateria carregada. No segundo voo, o UAS fará um voo mais curto com o tanque de pulverização menos que cheio, já que a capacidade da bateria não está cheia e carregar menos carga diminui o consumo de energia da bateria. Antes do terceiro voo, a bateria será trocada por uma bateria nova totalmente carregada e o tanque de pulverização será abastecido.
[0039] Em algumas modalidades, os cálculos de grade podem levar a que um UAS possa ter diferentes pontos inicial e final, que podem ser diferentes do ponto de lançamento. Quando os cálculos produzem pontos inicial e final diferentes em uma grade, não é obrigatório voar do ponto inicial ao ponto final, e é possível voar do ponto final ao ponto inicial, uma vez que o mesmo território será abrangido em ambos os casos. O sistema olha para estes dois pontos (pontos inicial e final calculados) e decide como ponto inicial o ponto que está mais próximo do ponto de lançamento, uma vez que no lançamento o tanque de pulverização (reservatório) estará em sua capacidade máxima é preferível viajar o menos possível com a carga total antes de atingir o ponto inicial e começar a pulverizar. Como mencionado anteriormente, quanto mais pesada a carga, mais energia a bateria consome, portanto, quando o tanque está cheio, é preferível viajar o menos possível para chegar ao ponto inicial.
[0040] Os planos de pulverização também precisam levar em consideração as distâncias de segurança entre diferentes máquinas, de forma que em nenhum momento dois UASs estejam a uma distância inferior a uma distância de segurança predeterminada.
[0041] Manter uma distância de segurança entre os UASs é fundamental para evitar possíveis colisões. A distância de segurança é abordada em dois níveis. No nível de planejamento, cada plano de voo é calculado levando-se em consideração o tempo real de operação (voo) e certificando- se de que nenhum outro UAS esteja dentro de uma distância de segurança predefinida em qualquer momento do voo.
[0042] Uma vez em operação, o sistema verifica em intervalos predeterminados (ou seja, a cada segundo ou a cada 3 ou 5 segundos) se uma distância de segurança predeterminada é mantida entre todos os veículos de pulverização. A distância de segurança predeterminada pode variar para cada veículo de pulverização em operação, dependendo do tipo de veículo de pulverização e de sua velocidade e direção em um determinado momento. Por exemplo, para o mesmo veículo de pulverização, em um segmento de maior velocidade de deslocamento, a distância de segurança exigida seria maior do que a distância de segurança de outro segmento em que o veículo viajaria a uma velocidade menor.
[0043] Se o sistema verificar, uma vez em operação, que a distância de segurança não é mantida entre dois (ou mais) veículos de pulverização, o sistema corrigirá o problema modificando imediatamente um ou mais planos de viagem. O plano de viagem modificado incluirá uma ou mais ações corretivas compreendendo: modificar uma ou mais trajetórias de voo, alterar a ordem de um ou mais segmentos de voo atribuídos a um veículo de pulverização, reduzir a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, aumentar a velocidade de um ou mais veículos de pulverização ou qualquer combinação dos mesmos.
[0044] As grades retangulares são mais adaptadas do que as quadradas para um UAS de pulverização, uma vez que a forma do retângulo corresponde melhor à forma real da barra de pulverização do UAS e, portanto, melhora a capacidade de acesso, precisão e eficiência da pulverização. Uma desvantagem ao usar grades é a precisão, uma vez que uma área é dividida em grades de tamanho fixo (por tamanho de UAS). Em algumas modalidades, a fim de ser capaz de cobrir áreas menores e aumentar a precisão de pulverização, o sistema usa grades multicamadas. Em uma camada, uma camada de grade "áspera" cobre a maior parte da área. Em seguida, outras camadas oferecem grades de tamanho menor para "ajustar" a cobertura e cobrir áreas menores, para maior precisão de cobertura. Em alguns casos, pode ser necessário ajustar ainda mais uma trajetória de voo e calcular os ajustes de trajetória (usando geometria computacional) para obter uma cobertura completa e precisa de um terreno.
[0045] Em alguns casos, um UAS de pulverização pode precisar pulverizar uma pluralidade de áreas de tamanho relativamente pequeno (hotspots), cada uma com um tamanho e forma diferentes. Os mesmos métodos acima podem ser usados para calcular uma trajetória de voo com a complexidade adicional de seleção ótima da ordem na qual acessar os hotspots. Este cenário é uma variação de um Problema de Caixeiro Viajante (TSP). É sabido que resolver um TSP de maneira ótima requer recursos computacionais muito significativos, portanto, o sistema pode usar uma aproximação da solução TSP.
[0046] Por exemplo, primeiro usando uma técnica de agrupamento, todos os hotspots são divididos em um pequeno número de agrupamentos, até 10 agrupamentos. O número de agrupamentos é selecionado de acordo com o número de veículos de pulverização disponíveis e é de preferência idêntico ao número de veículos de pulverização disponíveis ou produto matemático do número de veículos de pulverização e seu desempenho. Por exemplo: se o número de veículos for 4, então o número preferido de agrupamentos é 8, mas se o número de veículos for 3, então o número preferido de agrupamentos será 9. Cada agrupamento compreende hotspots na mesma área geográfica. Um único veículo de pulverização cobre cada agrupamento. Essa separação geográfica reduz o risco de colisão entre diferentes UAS. Como o número de agrupamentos é relativamente pequeno, é mais fácil calcular uma solução ótima para a viagem entre os agrupamentos ou uma boa aproximação da solução ótima.
[0047] Em algumas modalidades, ao calcular os planos de viagem, leve em consideração também considerações agrícolas. Por exemplo, às vezes a direção dos sulcos em um campo ditará o voo ao longo dos sulcos para uma pulverização mais eficaz, mesmo que os cálculos teóricos mostrem que uma trajetória de voo diferente é mais rápida ou mais eficiente.
[0048] Em algumas modalidades, após o sistema ter calculado os planos de viagem para veículos de pulverização, um operador de sistema recebe os planos de viagem e é capaz de visualizar, alterar ou substituir manualmente qualquer parâmetro e, em seguida, visualizar como essa mudança afeta o desempenho geral da missão.
[0049] Assim que os planos de viagem são finalizados e aprovados, eles são enviados para execução. Para veículos autônomos automatizados, como UASs, os planos de viagem (planos de voo) são comunicados eletronicamente em um formato ou protocolo suportado pelo veículo autônomo. UASs compreendem um controlador de voo ("cérebro") que controla e opera todas as funções de um UAS. Por exemplo, tais controladores de voo estão disponíveis na DJI (14º andar, West Wing, Skyworth Semiconductor Design Building, No.18 Gaoxin South 4th Ave, Nanshan District, Shenzhen, China, 518057). Pixhawk é um controlador de voo de código aberto que é popular no mercado. O sistema da invenção sabe como comunicar planos de voo a tais e outros controladores de voo.
[0050] Para veículos de pulverização tripulados ou para veículos de pulverização operados por um operador humano, os planos de viagem podem ser comunicados ao piloto / motorista / operador do veículo em qualquer meio de comunicação (e-mail, um site, um aplicativo móvel, impressão em papel etc.).
[0051] Os planos de viagens planejados podem não ser totalmente executados, pois, uma vez em operação, eventos ou mudanças não planejados podem afetar o plano de viagem. Por exemplo, um desvio em uma rota de voo devido a ventos fortes ou desvio de GPS; avarias técnicas, como indisponibilidade de GPS, bússola defeituosa, mau funcionamento do sensor (sensor de altura, sensor de distância), bateria descarregando mais rápido do que o estimado, etc. Outros tipos de mudanças não planejadas podem ser condições dinâmicas no campo, por exemplo, o ponto de lançamento planejado pode estar indisponível ou inacessível, ou um novo obstáculo pode ser identificado que precisa ser contabilizado (como caminhões, animais ou pessoas entrando em um campo). Assim, uma vez em operação, o sistema verifica a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização em intervalos predeterminados e ajusta um ou mais planos de viagem no caso de um desvio de um plano de viagem exigir ajuste. O ajuste pode corrigir o plano de viagem do veículo de pulverização cujos planos de viagem foram alterados no campo, ou o ajuste pode alterar os planos de viagem de um ou mais veículos de pulverização (como assumir algum trabalho originalmente programado para ser feito por outro veículo de pulverização).
[0052] Uma vez em operação, o sistema coleta dados relativos ao status do veículo de pulverização, dados de desempenho do veículo de pulverização e informações de vigilância de campo. Os dados são coletados por sensores nos veículos de pulverização e, opcionalmente, aprimorados por sensores no campo. O sistema analisa as informações disponíveis e os dados de sensor recebidos para identificar desvios dos planos de viagem planejados. Se os desvios excederem um limiar predeterminado, o sistema tomará uma decisão sobre como responder aos desvios.
[0053] Uma opção é uma correção local por um único veículo de pulverização que ajustará seu plano de viagem para que a cobertura de pulverização não seja alterada. Essas correções podem ser: pausar no mesmo local por um determinado tempo e, em seguida, continuar conforme planejado, um pequeno desvio do plano original e, em seguida, retornar ao plano original, mover para outro local (lateralmente, mais acima) por um determinado tempo e então continuar como planejado.
[0054] Outra opção (quando os desvios são de maior magnitude) é recalcular pelo sistema os planos de viagem de alguns ou todos os veículos de pulverização. Esses recálculos podem incluir: ajustes de trajetória de viagem por vários veículos de pulverização (cada um recalculando seus próprios ajustes), recalcular planos de viagem completamente para alguns ou todos os veículos de pulverização de modo que um obstáculo seja evitado sem perder qualquer cobertura de pulverização necessária. Outra opção é abortar completamente a missão.
[0055] Em alguns cenários, a intervenção do operador pode ser necessária se a correção automática for impossível ou malsucedida. Um operador pode decidir ordenar que alguns ou todos os UAS pousem ou pausem em sua localização atual ou ordenar que alguns ou todos os UAS retornem a um determinado ponto (ponto de lançamento, ponto final ...).
[0056] É feita agora referência à Figura 1, mostrando um diagrama de blocos de uma modalidade de um sistema para gerenciar veículos de pulverização. Uma frota de veículos de pulverização 100 (de todos os tipos, tripulados e não tripulados) está conectada a uma Estação de Controle de Solo (GCS) 120 responsável por acompanhar a execução dos planos de viagem de todos os veículos de pulverização 100 e fazer ajustes, se necessário. Tripulação de solo 130 está presente para manipular escalas entre várias viagens de veículos de pulverização 100, por exemplo, a recarga do reservatório (reservatório) com o material de pulverização, mudar / recarregar baterias, reabastecimento de gás etc. Um servidor
140 recebe dados de execução a partir do GCS 120 para pré / pós-processamento da missão e para emissão de relatórios. As informações recebidas pelo servidor 140 ajudam também no planejamento de futuras missões.
[0057] A Figura 2 é um diagrama de blocos de um subsistema UAS. Um UAS 200 tem três sistemas principais: Um controle de voo (movimento) 210, sistemas de telemetria 220 e dispositivos físicos e de movimento 230. Entrada a partir de diferentes sensores 240 (tal como uma fonte de luz, uma buzina, uma Detecção e Telemetria por Luz (LIDAR), fontes de luz LED, detector de sonar, infravermelhos (IR), GPS, ou receptor de Cinemática em Tempo Real (RTK)) e uma câmera 250 é fornecida para uma posição e módulo de prevenção de obstáculos dinâmicos 260 a fim de pesquisar obstáculos próximos e inesperados (como outro objeto voador que está chegando muito perto). Os dados dos diferentes sensores 240, câmera 250 e módulo de prevenção de obstáculos 260 são fornecidos ao módulo de controle de voo de UAS 2 70 que controla a operação de voo real e pode tomar ações de ajustes apropriadas quando possível. Os sistemas de telemetria 220 estão em comunicação com o GCS 120 e outros veículos de pulverização para enviar e receber informações. Dispositivos físicos e de movimento 230 são atuadores que realizam o movimento dos veículos de pulverização (motores, hélices).
[0058] A Figura 3 é um diagrama de blocos de subsistemas de estação de controle de solo. A estação de controle de solo 120 tem quatro módulos principais: Um módulo de comunicação 300, um módulo de planejador de missão 310, um módulo de controle de missão 330 e um módulo de relatório
350. O módulo de comunicação 300 é responsável pela comunicação contínua com a frota de veículos de pulverização
100. Diferentes protocolos de comunicação da técnica podem ser usados com diferentes tipos e modelos de veículos de pulverização. O módulo de planejador de missão 310 recebe parâmetros de zona de campo (a partir do módulo de mapeamento e de obstáculos 312 e módulo de parâmetros de pulverização 314) e parâmetros de veículos de pulverização (a partir do módulo de parâmetros de frota 316). Com base em todas as informações disponíveis recebidas, os planos de viagem são produzidos pelo módulo de algoritmo de cobertura otimizado
320. Uma vez em operação, o módulo de controle de missão 330 acompanha a execução conforme o módulo de mensagem e vídeo 332 recebe mensagens e imagens (fotos, vídeo) e as transfere para o módulo de reconhecimento e prevenção de obstáculos dinâmicos 334 que, quando necessário, emite atualizações de missão pelo módulo de atualizações de missão 340. Um módulo de relatório 350 emite relatórios após a finalização da pulverização para relatar o trabalho executado.
[0059] A Figura 4 é um diagrama de blocos do módulo de mapeamento. O módulo de mapeamento 312 recebe informações de mapeamento de diferentes fontes: mapas GIS a partir de um módulo de dados GIS 400; imagens de satélite de fontes disponíveis a partir do módulo de imagiologia de satélite 410; e, opcionalmente, imagens de drones obtidas logo antes da missão do módulo de imagiologia de drone 4 20. Além disso, o módulo manual / externo 430 permite receber dados a partir de fontes externas, por exemplo, zonas de voo proibido, restrições legais e também permite que o operador insira dados manualmente, como dados de obstáculos.
[0060] Os dados de mapeamento coletados são processados pelo módulo de processamento de imagem 440 para detecção de borda e segmentação de imagem, de modo que o módulo de mapa digital 3D 450 pode fornecer mapas digitais incluindo fronteiras de campo reconhecidas, obstáculos, coordenadas de terreno e outros dados de mapeamento necessários.
[0061] A Figura 5 é um fluxograma do processo de processamento de informações agrícolas. O módulo de parâmetros de pulverização 314 está encarregado de receber os dados agrícolas para realizar a missão de pulverização. Os dados são recebidos de diferentes fontes que podem incluir: entrada manual de usuário a partir do módulo GUI 500; dados de bancos de dados e fontes de terceiros, como previsão do tempo, fornecidos pelo módulo de serviços de dados 510; dados processados a partir do módulo de processamento de imagem de drone 520, fornecendo informações recuperadas das imagens do drone (UAS), como direção dos sulcos, altura de colheita etc.; e dados recebidos de sensores no campo, por exemplo, identificação de pragas. O módulo de zona de campo 540 recebe informações sobre o tipo de cultura, o estágio da cultura (idade de crescimento), o material necessário a ser usado (pesticida, fertilizante, etc.), o volume de pulverização necessário, previsão do tempo, força e direção do vento, direção de sulcos, etc. Finalmente, em 550 as preferências de bicos serão determinadas dinamicamente ou consideradas inicialmente como uma condição imposta.
[0062] A Figura 6 é um diagrama de blocos de uma frota de veículos de pulverização. Uma frota de veículos de pulverização 100 pode incluir veículos tripulados e não tripulados de diferentes tipos, fabricantes, modelos, etc. Os veículos tripulados podem incluir aeronaves 600, veículos terrestres 610 como tratores e até mesmo pessoas de campo
620. Os veículos não tripulados podem incluir UAS 650 e veículos terrestres autônomos 660.
[0063] A Figura 7 é um diagrama de blocos de um módulo de mensagens e vídeo do controle de missão. O módulo de entrada de vídeo 700 recebe imagens de vídeo de diferentes veículos de pulverização e passa as imagens (fotos e / ou vídeo) para o módulo de processamento de imagem avançado 710 para processamento. Combinado com as mensagens do veículo de pulverização recebidas pelo módulo de mensagens de veículo 720, o módulo de detecção de cena 730 produz imagens de cena em tempo real ou quase em tempo real das ações de pulverização, imagens que podem ser visualizadas por um monitor 740, além de serem enviadas para o módulo de detecção de obstáculos.
[0064] A Figura 8 é um diagrama de blocos de um módulo de reconhecimento de obstáculos dinâmico 334. Os dados de obstáculos são fornecidos pelo módulo de TS (Conjunto de treinamento) de obstáculos 800 no módulo de aprendizagem de máquina 810 e, juntamente com um banco de dados de respostas conhecidas 820, o módulo de resposta 830 emite recomendações de resposta para os obstáculos dinâmicos encontrados.
[0065] A Figura 9 é um fluxograma de um módulo de atualizações de missão 340 que lida com eventos inesperados no campo. Levando em consideração o status de missão atual e as informações de obstáculo inesperadas (dinâmicas) recebidas, o módulo de atualizações de missão 340 irá calcular uma resposta que está dentro dos requisitos da missão, garantindo que a ação de pulverização seja realizada totalmente conforme esperado e planejado, enquanto minimiza as despesas de recursos. Primeiro, o módulo de atualização local 900 tenta calcular uma possível resposta ao obstáculo que pode ser realizada por um único veículo de pulverização. Em seguida, o módulo de atualização de sistema 910 calcula as mudanças que exigem ajustes por vários veículos de pulverização. O plano de ajuste selecionado é então comunicado ao veículo ou veículos de pulverização pelo módulo de plano atualizado 920.
[0066] A Figura 10 é um diagrama de blocos de um módulo de relatório. O módulo de resumo de missão 1000 oferece um resumo da missão, incluindo todos os requisitos iniciais, eventos inesperados e resultados finais e desempenho. Além disso, um módulo de sistema 1100 relata ao sistema todos os novos dados de aprendizado de máquina aprendidos para que futuras missões possam ser melhor planejadas. O módulo de comunicação 1200 garante a comunicação com o sistema, operador do sistema e usuários do sistema, conforme definido.
[0067] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes, no entanto, alterações e modificações, que não se afastam dos ensinamentos da presente invenção, serão evidentes para os versados na técnica. Tais mudanças e modificações são consideradas como estando dentro do alcance da presente invenção e das reivindicações anexas.
[0068] Será prontamente aparente que os vários métodos e algoritmos descritos neste documento podem ser implementados por, por exemplo, computadores de propósito geral e dispositivos de computação apropriadamente programados. Normalmente, um processador (por exemplo, um ou mais microprocessadores) receberá instruções de uma memória ou dispositivo semelhante e executará essas instruções, realizando assim um ou mais processos definidos por essas instruções. Além disso, os programas que implementam tais métodos e algoritmos podem ser armazenados e transmitidos usando uma variedade de meios de uma série de maneiras. Em algumas modalidades, circuitos com fio ou hardware personalizado podem ser usados no lugar de, ou em combinação com, instruções de software para implementação dos processos de várias modalidades. Assim, as modalidades não estão limitadas a qualquer combinação específica de hardware e software.
[0069] Um "processador" significa qualquer um ou mais microprocessadores, unidades de processamento central (CPUs), dispositivos de computação, microcontroladores, processadores de sinal digital ou dispositivos semelhantes.
[0070] O termo "meio legível por computador" refere- se a qualquer meio que participa do fornecimento de dados (por exemplo, instruções) que podem ser lidas por um computador, processador ou dispositivo semelhante. Tal meio pode assumir muitas formas, incluindo, mas não se limitando a, mídia não volátil, mídia volátil e mídia de transmissão. As mídias não voláteis incluem, por exemplo, discos óticos ou magnéticos e outras memórias persistentes. A mídia volátil inclui memória de acesso aleatório dinâmica (DRAM), que normalmente constitui a memória principal. A mídia de transmissão inclui cabos coaxiais, fio de cobre e fibra ótica, incluindo os fios que compõem um barramento de sistema acoplado ao processador. A mídia de transmissão pode incluir ou transmitir ondas acústicas, ondas de luz e emissões eletromagnéticas, como aquelas geradas durante comunicações de dados de radiofrequência (RF) e infravermelho (IR). Formas comuns de mídia legível por computador incluem, por exemplo, um disquete, um disco flexível, disco rígido, fita magnética, qualquer outro meio magnético, um CD-ROM, DVD, qualquer outro meio ótico, cartões perfurados, fita de papel, qualquer outro meio físico com padrões de orifícios, uma RAM, uma PROM, uma EPROM, uma FLASH-EEPROM, qualquer outro chip de memória ou cartucho, uma onda portadora, conforme descrito a seguir, ou qualquer outro meio a partir do qual um computador pode ler.
[0071] Várias formas de mídia legível por computador podem estar envolvidas no transporte de sequências de instruções para um processador. Por exemplo, as sequências de instrução (i) podem ser entregues a partir de RAM para um processador, (ii) podem ser transportadas por um meio de transmissão sem fio e / ou (iii) podem ser formatadas de acordo com vários formatos, padrões ou protocolos, tais como Bluetooth, TDMA, cDMA, 3G, 4G / LTE, Wi-Fi.
[0072] Onde bancos de dados são descritos, será entendido por aqueles versados na técnica que (i) estruturas de banco de dados alternativas àquelas descritas podem ser prontamente empregadas, e (ii) outras estruturas de memória além de bancos de dados podem ser prontamente empregadas. Quaisquer ilustrações ou descrições de quaisquer bancos de dados de amostra apresentados neste documento são arranjos ilustrativos para representações armazenadas de informações. Qualquer número de outros arranjos pode ser empregado além daqueles sugeridos por, por exemplo, tabelas ilustradas em desenhos ou em outro lugar. Da mesma forma, quaisquer entradas ilustradas dos bancos de dados representam apenas informações exemplares; um versado na técnica entenderá que o número e o conteúdo das entradas podem ser diferentes daqueles descritos neste documento. Além disso, apesar de qualquer representação dos bancos de dados como tabelas, outros formatos (incluindo bancos de dados relacionais, modelos baseados em objetos e / ou bancos de dados distribuídos) podem ser usados para armazenar e manipular os tipos de dados descritos neste documento. Da mesma forma, métodos ou comportamentos de objeto de um banco de dados podem ser usados para implementar vários processos, como os descritos neste documento. Além disso, os bancos de dados podem, de uma forma conhecida, ser armazenados local ou remotamente a partir de um dispositivo que acessa dados em tal banco de dados.
[0073] A presente invenção pode ser configurada para funcionar em um ambiente de rede, incluindo um computador que está em comunicação, por meio de uma rede de comunicações, com um ou mais dispositivos. O computador pode se comunicar com os dispositivos direta ou indiretamente, por meio de um meio com fio ou sem fio, como a Internet, LAN, WAN ou Ethernet, Token Ring, ou por meio de qualquer meio de comunicação apropriado ou combinação de meios de comunicação. Cada um dos dispositivos pode incluir computadores, como os baseados no processador Intel® Pentium® ou Centrino™, ou Qualcomm Snapdragon adaptados para se comunicarem com o computador. Qualquer número e tipo de máquinas podem estar em comunicação com o computador.
Claims (18)
1. Sistema computadorizado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: pelo menos um processador; e pelo menos uma memória acoplada comunicativamente ao pelo menos um processador que compreende instruções legíveis por computador que, quando executadas por pelo menos um processador, fazem o sistema de computação implementar um método de gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização, o método compreendendo: (i) selecionar uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas; (ii) receber parâmetros de zona de campo para cada zona de campo selecionada compreendendo pelo menos material de pulverização selecionado e quantidade para cada zona de campo ou porção da zona de campo; (iii) receber os parâmetros de veículo de pulverização para cada veículo de pulverização da frota; (iv) calcular um plano de viagem para cada veículo de pulverização da referida frota de veículos de pulverização de modo que as zonas de campo selecionadas possam ser pulverizadas em conformidade sem pulverizar áreas fora das zonas de campo selecionadas, em que o plano de viagem inclui, para cada veículo de pulverização, uma trajetória de voo, velocidade e altura de voo, e todos os veículos de pulverização mantêm uma distância de segurança predeterminada uns dos outros durante o voo; (v) uma vez em operação, verificar se a distância de segurança predeterminada é mantida entre todos os veículos de pulverização, e se a distância de segurança não for mantida, modificar um ou mais planos de viagem tomando uma ou mais ações de correção compreendendo: modificar uma ou mais trajetórias de voo, alterar a ordem de um ou mais segmentos de voo atribuídos a um veículo de pulverização, reduzir a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, aumentar a velocidade de um ou mais veículos de pulverização ou qualquer combinação dos mesmos; e (vi) uma vez em operação, verificar a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização, e ajustar um ou mais planos de viagem em caso de mau funcionamento do veículo, condições climáticas inesperadas, e obstáculos de campo inesperados.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida frota de veículos de pulverização compreende qualquer combinação de: Sistemas Aéreos Não Tripulados (UASs), aeronaves e veículos terrestres.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros de zona de campo compreendem um ou mais dos seguintes: limites geográficos de cada zona de campo, pontos de decolagem e pouso, zonas de voo proibido, obstáculos de zona de campo, limitações legais, quantidade necessária de pulverização material para cada zona de campo.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros de zona de campo incluem um ou mais de: características de cultura compreendendo tipo, status, idade ou altura da cultura; tipo de material de pulverização ou materiais a serem usados; e condições meteorológicas.
5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros de veículo de pulverização compreendem um ou mais de: capacidade de fornecimento de potência, capacidade de tanque de pulverização, comprimento de barra de pulverização, número de bicos em cada barra de pulverização, velocidade de descarga de pulverização, velocidade de veículo, sensores de veículo.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que os referidos sensores de veículo compreendem: uma câmera, uma fonte de luz, uma buzina, uma Detecção e Telemetria por Luz (LIDAR), fontes de luz de LED, um detector de sonar, um sensor de infravermelhos (IV), um sensor GPS ou um receptor de Cinemática em Tempo Real (RTK).
7. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que os parâmetros de zona compreendem ainda o ângulo de sulco em uma ou mais zonas de campo.
8. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que todos os veículos de pulverização são UASs.
9. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o plano de voo compreende a altitude do UAS, velocidade do UAS, ângulo do UAS, material de pulverização, velocidade de descarga de material de pulverização.
10. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que os planos de viagem são otimizados para fornecer um ou mais de:
a trajetória mais curta percorrida pelos veículos de pulverização; uso mínimo de energia; voltas em U mínimas; retornos mínimos ao local de partida; tempo mínimo com carga útil total; tempo mínimo no local de partida; ou tempo mínimo para terminar a missão inteira.
11. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a manutenção da distância de segurança é realizada calculando em intervalos predeterminados uma distância entre cada veículo de pulverização e seus veículos de pulverização mais próximos.
12. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que os planos de viagem calculados mantêm a distância de segurança entre todos os veículos de pulverização levando em consideração o tempo de operação além da trajetória de voo.
13. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que imagens de campo são processadas para identificar o status de cultura e a necessidade de tratamento em subzonas de uma zona de campo.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que as quantidades de pulverização e os materiais de pulverização são personalizados para cada subzona.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o plano de voo compreende ainda o ângulo de pulverização em cada local.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o plano de voo compreende ainda o método de manobra em cada local.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o método de manobra compreende voar em linha reta, mudar de altitude, voar em um movimento de balanço, voar em um movimento de zigue-zague ou qualquer combinação dos mesmos.
18. Método computadorizado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende pelo menos um processador; e pelo menos uma memória acoplada comunicativamente ao pelo menos um processador que compreende instruções legíveis por computador que, quando executadas por pelo menos um processador, implementam um método de gerenciamento de uma frota de veículos de pulverização, o método compreendendo: (i) selecionar uma ou mais zonas de campo a serem pulverizadas; (ii) receber parâmetros de zona de campo para cada zona de campo selecionada compreendendo pelo menos material de pulverização selecionado e quantidade para cada zona de campo ou porção da zona de campo; (iii) receber os parâmetros de veículo de pulverização para cada veículo de pulverização da frota; (iv) calcular um plano de viagem para cada veículo de pulverização da referida frota de veículos de pulverização, de modo que as zonas de campo selecionadas possam ser pulverizadas em conformidade sem áreas de pulverização fora das zonas de campo selecionadas, e todos os veículos de pulverização mantenham uma distância de segurança predeterminada uns dos outros durante o voo; (v) uma vez em operação, verificar se uma distância de segurança predeterminada é mantida entre todos os veículos de pulverização, e se a distância de segurança não for mantida, modificar um ou mais planos de viagem tomando uma ou mais ações de correção compreendendo: modificar uma ou mais trajetórias de voo, alterar a ordem de um ou mais segmentos de voo atribuídos a um veículo de pulverização, reduzir a velocidade de um ou mais veículos de pulverização, aumentar a velocidade de um ou mais veículos de pulverização ou qualquer combinação dos mesmos; e (vi) uma vez em operação, verificar a execução do plano de viagem de cada veículo de pulverização, e ajustar um ou mais planos de viagem em caso de mau funcionamento do veículo, condições climáticas inesperadas, e obstáculos de campo inesperados.
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