Título: Otimização de Rotas de pulverização de Aviões Agrícolas com Integração entre Controle Ótimo e Algoritmo de Colônia de Formigas
Título alternativo: Optimization of Agricultural Aircraft Spraying Routes with Integration between Optimal Control and Ant Colony Algorithm
Autoria de: Vinicius Pereira de Oliveira
Orientação de: Wander Gustavo Rocha Vieira
Presidente da banca: Wander Gustavo Rocha Vieira
Primeiro membro da banca: Belisario Nina Huallpa
Segundo membro da banca: Mauricio Francisco Caliri Junior
Palavras-chaves: Pulverização agrícola, Otimização de rotas, Algoritmo de colônia de formigas, Controle ótimo da curva de retorno, Sustentabilidade operacional
Data da defesa: 10/12/2025
Semestre letivo da defesa: 2025-2
Data da versão final: 14/12/2025
Data da publicação: 14/12/2025
Referência: Oliveira, V. P. d. Otimização de Rotas de pulverização de Aviões Agrícolas com Integração entre Controle Ótimo e Algoritmo de Colônia de Formigas. 2025. 90 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica Bacharelado)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
Resumo: Este trabalho apresenta uma abordagem integrada para otimizar rotas e manobras de retorno de aeronaves agrícolas, visando reduzir custos operacionais e aumentar a efi-ciência na pulverização aérea. A metodologia combina um modelo contínuo de controle ótimo, que determina a manobra de retorno mais eficiente considerando o modelo dinâ-mico completo da aeronave, com um algoritmo de colônia de formigas (ACO) para definir a sequência ideal de aplicação no terreno, isto é, a ordem ótima de visita às faixas de pulverização, por exemplo determinando se a aeronave deve realizar a aplicação nas fai-xas 1 ?? 2 ?? 3 ?? ?? ?? N ou em uma permutação alternativa que minimize o custo total associado às manobras de retorno. O modelo dinâmico descreve velocidade, orientação, fator de carga e empuxo, incorporando restrições aerodinâmicas, enquanto a manobra é obtida por programação não linear (NLP) com colocação direta, garantindo continuidade e viabilidade física. A abordagem foi testada em três aeronaves agrícolas (Thrush S2R, Embraer EMB 200 Ipanema e Air Tractor AT-802), analisando custo de transição, tempo de operação e consumo de combustível. Os resultados demonstram que a integração de métodos bioinspirados e controle ótimo com NLP pode aumentar a eficiência operacional e oferecer soluções mais econômicas e sustentáveis para pulverização aérea em grandes áreas.
Abstract: This work presents an integrated approach to optimize the routes and turn-around maneuvers of agricultural aircraft, aiming to reduce operational costs and increase efficiency in aerial spraying. The methodology combines a continuous optimal control model, which determines the most efficient turn-around maneuver considering the complete dynamic model of the aircraft, with an Ant Colony Optimization (ACO) algorithm to define the optimal application sequence in the field, i.e., the optimal order of visiting the spray swaths, for example, determining whether the aircraft should apply in swaths 1 to 2 to 3 to dots to N or in an alternative permutation that minimizes the total cost associated with the turn-around maneuvers.The dynamic model describes speed, orientation, load factor, and thrust, incorporating aerodynamic constraints, while the maneuver is obtained using Non-Linear Programming (NLP) with direct collocation, ensuring continuity and physical feasibility. The approach was tested on three agricultural aircraft (Thrush S2R, Embraer EMB 200 Ipanema, and Air Tractor AT-802), analyzing transition cost, operating time, and fuel consumption. The results demonstrate that the integration of bio-inspired methods and optimal control with NLP can increase operational efficiency and offer more economical and sustainable solutions for aerial spraying over large areas.
URI alternaviva: sem URI do Repositório Institucional da UFLA até o momento.
Curso: G032 - ENGENHARIA MECÂNICA (BACHARELADO)
Nome da editora: Universidade Federal de Lavras
Sigla da editora: UFLA
País da editora: Brasil
Gênero textual: Trabalho de Conclusão de Curso
Nome da língua do conteúdo: Português
Código da língua do conteúdo: por
Licença de acesso: Acesso aberto
Nome da licença: Licença do Repositório Institucional da Universidade Federal de Lavras
URI da licença: repositorio.ufla.br
Termos da licença: Acesso aos termos da licença em repositorio.ufla.br
Detentores dos direitos autorais: Vinicius Pereira de Oliveira e Universidade Federal de Lavras
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