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Com o intuito de possibilitar um veleiro de navegar o trajeto ótimo, este trabalho consistiu no desenvolvimento de uma técnica heurística de otimização para calcular trajetórias que minimizam o tempo de navegação à vela entre dois pontos, sob campos de velocidade de vento não uniformes. A técnica heurística usada foi o método de simulação do recozimento. A particularidade deste trabalho prende-se com a não uniformidade espacial do campo de vento, que suscita a necessidade de criar trajetórias que se ajustem às condições mais favoráveis. Estas trajetórias são assim compostas por um conjunto de pernadas que são definidas consoante a distribuição dos pontos de guinada a praticar. Deste modo, a metodologia implementada, designada VSA (Vectorized Simulated Annealing), é inspirada na técnica de simulação do recozimento, e consiste na aplicação de perturbações na localização desses pontos de guinada, gerando diferentes trajetórias aleatórias. Neste trabalho foi também possível, resolver o problema da existência de zonas de terra e de passagem proibida ao longo do trajeto ótimo a praticar, criando caminhos ótimos alternativos. No entanto, o programa não considera os efeitos do estado do mar, correntes, marés e deriva, sendo estes alguns dos objetivos num trabalho futuro. As simulações numéricas efetuadas confirmam que as aplicações desenvolvidas conseguem aproximar trajetos ótimos de forma eficaz, robusta e credível, sob campos de velocidade de vento não uniformes. A apresentação e discussão destes resultados permite aferir a credibilidade e utilidade desta ferramenta no âmbito da vela autónoma e da vela robótica, principalmente na realização de regatas. This work consisted in the development of a heuristic optimization technique to calculate routes that minimize the sailing time between two points, under nonuniform wind speed fields, in order to enable a sailboat to navigate the optimal path. The heuristic technique used was the simulated annealing method. The particularity of this work is related to the spatial non-uniformity of the wind field, which raises the need to create trajectories that adjust to the most favorable conditions. These trajectories are composed of a set of legs that are defined according to the distribution of turning points to be practised. In this way, the methodology implemented, called VSA (Vectorized Simulated Annealing), is inspired by the simulated annealing method, and consists in the application of perturbations in the locations of these yaw points, generating different random paths. In this work it was also possible to solve the problem of the existence of land zones and prohibited passages along the optimal path to be practised, creating alternative optimal paths. However, the program does not consider the effects of sea state, currents, tides and drift, those factors being one of the objectives of future works. The numerical simulations performed confirm that the developed applications are able to approximate optimal paths efficiently, robustly and credibly, under non-uniform wind speed fields. The presentation and discussion of these results allows us to assess the credibility and usefulness of this tool in the field of autonomous sailing and robotic sailing, mainly in regattas. |
