Optimal Multi-UAV Trajectory Planning for Filming Applications

Teams of multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) can be used to record large-scale outdoor scenarios and complementary views of several action points as a promising system for cinematic video recording. Generating the trajectories of the UAVs plays a key role, as it should be ensured that they comply with requirements for system dynamics, smoothness, and safety. The rise of numerical methods for nonlinear optimization is finding a ourishing field in optimization-based approaches to multi- UAV trajectory planning. In particular, these methods are rather promising for video recording applications, as they enable multiple constraints and objectives to be formulated, such as trajectory smoothness, compliance with UAV and camera dynamics, avoidance of obstacles and inter-UAV con icts, and mutual UAV visibility. The main objective of this thesis is to plan online trajectories for multi-UAV teams in video applications, formulating novel optimization problems and solving them in real time. The thesis begins by presenting a framework for carrying out autonomous cinematography missions with a team of UAVs. This framework enables media directors to design missions involving different types of shots with one or multiple cameras, running sequentially or concurrently. Second, the thesis proposes a novel non-linear formulation for the challenging problem of computing optimal multi-UAV trajectories for cinematography, integrating UAV dynamics and collision avoidance constraints, together with cinematographic aspects such as smoothness, gimbal mechanical limits, and mutual camera visibility. Lastly, the thesis describes a method for autonomous aerial recording with distributed lighting by a team of UAVs. The multi-UAV trajectory optimization problem is decoupled into two steps in order to tackle non-linear cinematographic aspects and obstacle avoidance at separate stages. This allows the trajectory planner to perform in real time and to react online to changes in dynamic environments. It is important to note that all the methods in the thesis have been validated by means of extensive simulations and field experiments. Moreover, all the software components have been developed as open source.Los equipos de vehículos aéreos no tripulados (UAV) son sistemas prometedores para grabar eventos cinematográficos, en escenarios exteriores de grandes dimensiones difíciles de cubrir o para tomar vistas complementarias de diferentes puntos de acción. La generación de trayectorias para este tipo de vehículos desempeña un papel fundamental, ya que debe garantizarse que se cumplan requisitos dinámicos, de suavidad y de seguridad. Los enfoques basados en la optimización para la planificación de trayectorias de múltiples UAVs se pueden ver beneficiados por el auge de los métodos numéricos para la resolución de problemas de optimización no lineales. En particular, estos métodos son bastante prometedores para las aplicaciones de grabación de vídeo, ya que permiten formular múltiples restricciones y objetivos, como la suavidad de la trayectoria, el cumplimiento de la dinámica del UAV y de la cámara, la evitación de obstáculos y de conflictos entre UAVs, y la visibilidad mutua. El objetivo principal de esta tesis es planificar trayectorias para equipos multi-UAV en aplicaciones de vídeo, formulando novedosos problemas de optimización y resolviéndolos en tiempo real. La tesis comienza presentando un marco de trabajo para la realización de misiones cinematográficas autónomas con un equipo de UAVs. Este marco permite a los directores de medios de comunicación diseñar misiones que incluyan diferentes tipos de tomas con una o varias cámaras, ejecutadas de forma secuencial o concurrente. En segundo lugar, la tesis propone una novedosa formulación no lineal para el difícil problema de calcular las trayectorias óptimas de los vehículos aéreos no tripulados en cinematografía, integrando en el problema la dinámica de los UAVs y las restricciones para evitar colisiones, junto con aspectos cinematográficos como la suavidad, los límites mecánicos del cardán y la visibilidad mutua de las cámaras. Por último, la tesis describe un método de grabación aérea autónoma con iluminación distribuida por un equipo de UAVs. El problema de optimización de trayectorias se desacopla en dos pasos para abordar los aspectos cinematográficos no lineales y la evitación de obstáculos en etapas separadas. Esto permite al planificador de trayectorias actuar en tiempo real y reaccionar en línea a los cambios en los entornos dinámicos. Es importante señalar que todos los métodos de la tesis han sido validados mediante extensas simulaciones y experimentos de campo. Además, todos los componentes del software se han desarrollado como código abierto

Algoritmo descentralizado para evitación de colisiones de múltiples UAVs en 3D

Este trabajo presenta un algoritmo de evitación de colisiones para un sistema de múltiples vehículos aéreos en 3D que es ejecutado en tiempo real. El algoritmo propuesto está basado en un algoritmo de evitación de obstáculos en dos dimensiones llamado SWAP. Se ha implementado una extensión del algoritmo SWAP para funcionar en tres dimensiones y en vehículos aéreos no tripulados, bajo el ecosistema ROS. De manera que pueda ser ejecutado de forma descentralizada para evitar obstáculos estáticos y dinámicos. La implementación del algoritmo, realizada en el entorno ROS, ha sido simulada en GAZEBO, software que permite realizar simulaciones realistas. Siendo simuladas las situaciones con mayor carácter conflictivo, en entornos realistas y analizando las variables que permiten mostrar el funcionamiento del algoritmo.Universidad de Sevilla. Grado en Ingeniería de Tecnologías Industriale

Decentralized 3D Collision Avoidance for Multiple UAVs in Outdoor Environments

The use of multiple aerial vehicles for autonomous missions is turning into commonplace. In many of these applications, the Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have to cooperate and navigate in a shared airspace, becoming 3D collision avoidance a relevant issue. Outdoor scenarios impose additional challenges: (i) accurate positioning systems are costly; (ii) communication can be unreliable or delayed; and (iii) external conditions like wind gusts affect UAVs’ maneuverability. In this paper, we present 3D-SWAP, a decentralized algorithm for 3D collision avoidance with multiple UAVs. 3D-SWAP operates reactively without high computational requirements and allows UAVs to integrate measurements from their local sensors with positions of other teammates within communication range. We tested 3D-SWAP with our team of custom-designed UAVs. First, we used a Software-In-The-Loop simulator for system integration and evaluation. Second, we run field experiments with up to three UAVs in an outdoor scenario with uncontrolled conditions (i.e., noisy positioning systems, wind gusts, etc). We report our results and our procedures for this field experimentation.European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme No 731667 (MULTIDRONE

Gestión del conocimiento. Perspectiva multidisciplinaria. Volumen 17

El libro “Gestión del Conocimiento. Perspectiva Multidisciplinaria”, Volumen 17 de la Colección Unión Global, es resultado de investigaciones. Los capítulos del libro, son resultados de investigaciones desarrolladas por sus autores. El libro es una publicación internacional, seriada, continua, arbitrada, de acceso abierto a todas las áreas del conocimiento, orientada a contribuir con procesos de gestión del conocimiento científico, tecnológico y humanístico. Con esta colección, se aspira contribuir con el cultivo, la comprensión, la recopilación y la apropiación social del conocimiento en cuanto a patrimonio intangible de la humanidad, con el propósito de hacer aportes con la transformación de las relaciones socioculturales que sustentan la construcción social de los saberes y su reconocimiento como bien público

Opportunities of super high-density olive orchard to improve soil quality: Management guidelines for application of pruning residues

Applying pruning residues in the lanes of olive groves has become a popular practice because it is economical and accrues benefits for soil and water management. This study presents an analysis of the impact of different rates of pruning residue on soil properties, in particular related with soil quality. Over 4 annual campaigns, chopped pruning residues used as a mulch were analyzed in terms of composition, coverage and moisture content to evaluate their effects on the amount of soil organic carbon (−10 cm and −20 cm) and CO2 emissions, temperature and moisture. The experiment was carried out in a super-intensive olive orchard in Cordoba (SE, Spain) and used four amounts of fresh pruning residue: 7.5 t ha⁻1(T1), 15.0 t ha⁻1 (T2) and 30.0 t ha⁻1 (T3), with a control T0 = 0.0 t ha1. Mulch mean leaf fraction was 46.0 ± 17.5% (±SD) and initial water content, 24.8 ± 8.6%. The mulching benefits for soil moisture were observed in amounts of pruning residue >7.5 t ha⁻1, which are only produced in super-intensive olive groves or in orchards with high tree densities. The low impact of the treatments on soil moisture was explained by the dramatic annual variations in residue moisture contents, caused by the regimes of high temperatures and rainfall-evapotranspiration deficits inherent to the Mediterranean Basin climate. Thus, the mulching capacity only resulted efficient when the residues were still humid in spring. In addition, 15.0 t ha⁻1 of pruning residues was the threshold to provide significant increases in soil organic carbon at depths of 0–20 cm. Thus, accumulating pruning residue in lanes at rates of over 15 t ha⁻1 (T2 and T3) is more convenient than a uniform distribution with lower amounts, due to the low mineralization rates occurring during warm seasons and the larger inputs of OM increasing the annual balance of SOC.This research was supported by the research projects CGL 2015-64284-C2-2-R, funded by the MINECO-FEDER (Spanish Ministery of Economy and Competitiveness)

Mensaje Pastoral a la Comunidades Eclesiales de Base México

Queridas hermanas, queridos hermanos: Todavía está fresco en la memoria de las CEB el recuerdo gozoso y cuestionador de la experiencia de Iglesia vivida en Río Blanco, Veracruz, el pasado octubre, durante los encuentros Latinoamericano (III) y Nacional (XIII) de CEB. Ocho días de calurosa acogida eclesial, de intercambio de experiencias, de reflexión, oración y celebración creyente, que pusieron delante de los ojos de quien quiera ver la vitalidad eclesial y misionera de las CEB en la América Latina de hoy, y que ayudaron a profundizar, más específicamente, el significado cristiano y evangelizador de la participación de los miembros de esos órganos en el ámbito político de nuestro país. Nos dirigimos ahora fraternalmente a ustedes y los saludamos en este tiempo de celebraciones significativas que son una oferta de la bondad de Dios a nuestra libertad agradecida, una llamada a conversión y una exigencia de mayor fidelidad. En efecto, queremos ver la vida de las CEB de nuestro país enmarcada en los 20 años de Medellín y diez de Puebla, en los 500 años de la primera evangelización de nuestras tierras; motivo todo ello, repetimos, de agradecimiento e impulso renovado en el anuncio de la Buena Nueva de Jesús. Nos expresamos como obispos que, en cercanía pastoral y fraterna, hemos caminado durante años en medio de la CEB. Queremos reconocer en ellas la presencia del Espíritu de Jesús que renueva a su Iglesia y la envía en misión a este mundo. Queremos, desde nuestro encargo pastoral, reflexionar sobre esa vida. Queremos dar testimonio de lo que ella va significando para nosotros como pastores y como creyentes. Queremos alentarla y ayudar a identificar en ella los retos y perspectivas que nos parecen más importantes para el futuro próximo. Queremos, asimismo, que nuestras reflexiones puedan llegar a todo el pueblo de Dios a quien servimos y, en él, a todos nuestros hermanos obispos, con quienes estamos en comunión respetuosa y fraterna. Con esto esperamos contribuir al desarrollo de esa vida que, como gracia y a la manera de humilde semilla, el Espíritu de Dios está haciendo brotar en nosotros