Trajectory design and control of an unmanned aerial vehicle for efficient crop irrigation

This paper addresses the issue of efficient crop irrigation from the perspective of precision agriculture, motivated by the need to make agriculture more sustainable. In this paper we design both the trajectory to be followed and the high level control for agricultural Unmanned Aerial Vehicles (UAVs...

Full description

Autores:
Albornoz Anzola, Catalina
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2018
Institución:
Universidad de los Andes
Repositorio:
Séneca: repositorio Uniandes
Idioma:
eng
OAI Identifier:
oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/34711
Acceso en línea:
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Palabra clave:
Riego - Investigaciones
Drones - Aplicaciones agrícolas
Vehículos piloteados de forma remota - Investigaciones
Ingeniería
Rights
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description This paper addresses the issue of efficient crop irrigation from the perspective of precision agriculture, motivated by the need to make agriculture more sustainable. In this paper we design both the trajectory to be followed and the high level control for agricultural Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). The irrigation results of this paper are extensive to any liquid being irrigated whether it is water, pesticides, insecticides or fertilizers. The main goal is to minimize the volume of liquid used while meeting the crop's needs. The methodology for trajectory design supposes regular grid paths but not constant speed or acceleration. We do not make any assumptions on the speed, and the fact that it varies according to the crop?s conditions is what allows for precision irrigation to be achieved. Simulation results have shown that significant amounts of liquid can be saved by applying this irrigation methodology. The input for the trajectory design methodology is an image of a vegetation index such as the Crop Water Stress Index (CWSI) or the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The output is the group of position functions to be followed. This paper also shows the development of a theorem which states the maximum bound on the tracking error, given a state feedback control law. Finally a LQR control is implemented and results show almost no tracking error.
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The irrigation results of this paper are extensive to any liquid being irrigated whether it is water, pesticides, insecticides or fertilizers. The main goal is to minimize the volume of liquid used while meeting the crop's needs. The methodology for trajectory design supposes regular grid paths but not constant speed or acceleration. We do not make any assumptions on the speed, and the fact that it varies according to the crop?s conditions is what allows for precision irrigation to be achieved. Simulation results have shown that significant amounts of liquid can be saved by applying this irrigation methodology. The input for the trajectory design methodology is an image of a vegetation index such as the Crop Water Stress Index (CWSI) or the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The output is the group of position functions to be followed. This paper also shows the development of a theorem which states the maximum bound on the tracking error, given a state feedback control law. Finally a LQR control is implemented and results show almost no tracking error.Este documento aborda la problemática del riego eficiente de cultivos desde la perspectiva de la agricultura de precisión, motivado por la necesidad de hacer la agricultura más sostenible. En este documento se diseñó tanto la trayectoria a seguir como el control de alto nivel para Vehículos Aéreos no Tripulados (UAV por sus siglas en inglés). Los resultados de riego presentados en este documento se extienden a cualquier líquido a ser irrigado, bien sea agua, pesticidas, herbicidas, insecticidas o fertilizantes. El objetivo principal es minimizar el volumen de líquido usado, manteniendo las necesidades del cultivo.La metodología para el diseño de la trayectoria supone caminos reticulares, pero no supone velocidad ni aceleración constantes. No se hacen suposiciones sobre la velocidad, y el hecho de que esta varíe con las condiciones del cultivo es lo que le permite obtener la precisión en el riego. Los resultados de simulación muestran que cantidades significativas de líquido se pueden ahorrar aplicando esta metodología de riego. La información de entrada para esta metodología de diseño de trayectoria es una imagen de algún índice vegetativo como por ejemplo el CWSI (Crop Water Stress Index) o el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). La salida de esta metodología es el conjunto de posiciones a seguir (waypoints). Este documento también muestra el desarrollo de un teorema que especifica la máxima cota en el error de seguimiento de la trayectoria, dada una ley de control de retroalimentación de estados. Finalmente, se implementó un control LQR y los resultados muestran muy poco error de seguimiento de la trayectoria y buen rechazo de perturbación.Magíster en Ingeniería Electrónica y de ComputadoresMaestría12 hojasapplication/pdfengUniandesMaestría en Ingeniería Electrónica y de ComputadoresFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónicainstname:Universidad de los Andesreponame:Repositorio Institucional SénecaTrajectory design and control of an unmanned aerial vehicle for efficient crop irrigationTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85Texthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMRiego - InvestigacionesDrones - Aplicaciones agrícolasVehículos piloteados de forma remota - InvestigacionesIngenieríaPublicationTEXTu808339.pdf.txtu808339.pdf.txtExtracted texttext/plain49882https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/6e7e6079-7a60-4955-8aeb-a8352b6dfb99/download3a3672f91494be1106e8e3c467cb770bMD54ORIGINALu808339.pdfapplication/pdf2070008https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/d2f02917-8d0e-4a3e-8607-514de3a4c3a4/downloadcf58f6e955cdc728d1fec139c581ee84MD51THUMBNAILu808339.pdf.jpgu808339.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg29312https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/d1a829c4-5b86-48f9-8917-b6139bf04b1d/download660fc390b85085b0271ae1e26b722535MD551992/34711oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/347112023-10-10 16:14:43.655https://repositorio.uniandes.edu.co/static/pdf/aceptacion_uso_es.pdfopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.co