Drohnenflotten könnten die Suche nach verlorenen Wanderern unterstützen: System ermöglicht Drohnen kooperativ Gelände unter dichten Wald Vordächer zu erkunden, wo GPS-Signale sind unzuverlässig.

Die Suche nach verlorenen Wanderer in den Wäldern kann ein schwieriger und langwieriger Prozess sein, wie Hubschrauber und Drohnen nicht, einen Blick durch die dichten Baumkronen erhalten. Vor kurzem, es ist, dass autonomen Drohnen vorgeschlagen, wo bob und weben durch Bäume, könnte diese Suche helfen. Aber die GPS-Signale verwendet, um das Flugzeug führen können in Wald-Umgebungen unzuverlässig oder gar nicht vorhanden sein. In einem Papier wird auf dem Internationalen Symposium über Experimental Robotics Konferenz nächste Woche vorgestellt, MIT-Forscher beschreiben ein autonomes System für eine Flotte von Drohnen, um gemeinsam unter dichten Baumkronen suchen. Die Drohnen verwenden nur an Bord Berechnung und drahtlose Kommunikation - keine GPS erforderlich.

MIT-Forscher beschreiben ein autonomes System für eine Flotte von Drohnen, um gemeinsam unter dichten Walddächern zu suchen, wobei nur Berechnungen an Bord und drahtlose Kommunikation verwendet werden - kein GPS erforderlich.

Bilder: Melanie Gonic

Jede autonome Quadrotordrohne ist mit Laser-Entfernungsmessern zur Positionsschätzung ausgestattet, Lokalisierung, und Pfadplanung. Da fliegt die Drohne herum, Es wird eine individuelle 3D-Karte des Geländes erstellt. Algorithmen helfen, es unerforscht und bereits gesuchten Flecken erkennen, so weiß es, wenn es vollständig eine Fläche abgebildet. Eine Off-Board-Bodenstation verschmilzt Einzelkarten aus mehreren Drohnen in eine globale 3-D-Karte, die durch menschliche Retter überwacht werden kann.

In einer realen Implementierung, wenn auch nicht in dem aktuellen System, die Drohnen kommen würden mit Objekterkennung ausgestattet, um einen fehlenden Wanderer zu identifizieren. wenn sich, die Drohne würde die Wanderer Standort auf der Weltkarte markiert. Die Menschen könnten diese Informationen dann verwenden, um eine Rettungsmission zu planen.

"Im Wesentlichen, wir Menschen mit einer Flotte von Drohnen ersetzt die Suche Teil des Such- und Rettungsprozess effizienter zu gestalten,“, Sagt Erstautor Yulun Tian, ein Doktorand in der Abteilung für Luft- und Raumfahrt (Aeroastro).

Die Forscher testeten mehrere Drohnen in Simulationen von zufällig generierten Wälder, und zwei Drohnen in einem Waldgebiet in der NASA Langley Research Center getestet. In beiden Experimenten, jede Drohne kartiert eine etwa 20 Quadratmeter große Fläche in etwa zwei bis fünf Minuten und kollaborativ fusionierte ihre Karten zusammen in Echtzeit. Die Drohnen führten auch gut über mehrere Metriken, Gesamtgeschwindigkeit und Zeit einschließlich der Mission abzuschließen, Erkennung von Waldfunktionen, und genaues Zusammenführen von Karten.

Co-Autoren auf dem Papier sind: Katherine Liu, Doktorand in der Informatik und Artificial Intelligence Laboratory des MIT (CSAIL) und Aeroastro; Kyel Ok, ein Doktorand in CSAIL und der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik; Loc Tran und Danette Allen vom NASA Langley Research Center; Nicholas Roy, ein AeroAstro-Professor und CSAIL-Forscher; und Jonathan P.. Wie, der Richard Cockburn Maclaurin Professor für Luft- und Raumfahrt.

Erkunden und Kartieren

Auf jeder Drohne, Die Forscher montierten ein LIDAR-System, Dadurch wird ein 2-D-Scan der umgebenden Hindernisse erstellt, indem Laserstrahlen aufgenommen und die reflektierten Impulse gemessen werden. Dies kann verwendet werden, um Bäume zu erkennen; jedoch, zu Drohnen, einzelne Bäume erscheinen bemerkenswert ähnlich. Wenn eine Drohne kann nicht einen bestimmten Baum erkennen, es kann nicht feststellen, ob es bereits eine Fläche erkundet hat.

Die Forscher programmiert ihre Drohnen anstatt mehrere Bäume Orientierungen zu identifizieren, Das ist weit stärker ausgeprägt. Mit dieser Methode, wenn das LIDAR-Signal liefert eine Baumgruppe, ein Algorithmus berechnet die Winkel und Abstände zwischen den Bäumen, die Cluster zu identifizieren,. „Drohnen kann man erkennen, als eindeutige Signatur verwenden zu sagen, wenn sie diesen Bereich besucht haben, bevor oder wenn es einen neuen Bereich,“Tian sagt.

Diese Feature-Detektionstechnik hilft die Bodenstation genau Karten fusionieren. Die Drohnen im Allgemeinen eine Fläche in Schleifen erkunden, Herstellung von Scans, wie sie gehen. Die Bodenstation überwacht kontinuierlich die Scans. Wenn zwei Drohnen um Schleife zu demselben Cluster von Bäumen, Die Bodenstation führt die Karten durch die relative Transformation zwischen den Drohnen Berechnung, und dann Zusammenführen der einzelnen Karten, um konsistente Ausrichtungen beizubehalten.

„Wenn Sie diese relative Transformation berechnen, erfahren Sie, wie Sie die beiden Karten so ausrichten sollten, dass sie genau dem Aussehen der Gesamtstruktur entsprechen,“Tian sagt.

In der Bodenstation, Roboter-Navigationssoftware namens "Simultane Lokalisierung und Kartierung" (ZUSCHLAGEN) - der sowohl ein unbekanntes Gebiet abbildet als auch einen Agenten innerhalb des Gebiets verfolgt - verwendet den LIDAR-Eingang, um die Position der Drohnen zu lokalisieren und zu erfassen. Dies hilft, die Karten genau zu verschmelzen.

Das Endergebnis ist eine Karte mit 3D-Geländefunktionen. Bäume erscheinen als Blöcke mit farbigen Blau- bis Grüntönen, je nach höhe. Unerforschte Bereiche sind dunkel, werden jedoch grau, wenn sie von einer Drohne abgebildet werden. Die integrierte Pfadplanungssoftware weist eine Drohne an, diese dunklen, unerforschten Gebiete während des Flugs immer zu erkunden. Das Erstellen einer 3D-Karte ist zuverlässiger als das einfache Anschließen einer Kamera an eine Drohne und das Überwachen des Video-Feeds, Sagt Tian. Videoübertragung an eine Zentralstation, zum Beispiel, erfordert viel Bandbreite, die in Waldgebieten möglicherweise nicht verfügbar ist.

Effizientere Suche

Eine Schlüsselinnovation ist eine neuartige Suchstrategie, mit der die Drohnen ein Gebiet effizienter erkunden können. Nach einem traditionelleren Ansatz, Eine Drohne suchte immer das nächstgelegene unbekannte Gebiet ab. jedoch, Dies kann von der aktuellen Position der Drohne aus in eine beliebige Anzahl von Richtungen erfolgen. Die Drohne fliegt normalerweise eine kurze Strecke, und stoppt dann, um eine neue Richtung auszuwählen.

"Das respektiert die Dynamik der Drohne nicht [Bewegung],“Tian sagt. „Es muss anhalten und sich drehen, Das bedeutet, dass es in Bezug auf Zeit und Energie sehr ineffizient ist, und du kannst nicht wirklich schneller werden. "

Stattdessen, Die Drohnen der Forscher erkunden das nächstmögliche Gebiet, unter Berücksichtigung ihrer aktuellen Richtung. Sie glauben, dass dies den Drohnen helfen kann, eine gleichmäßigere Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Diese Strategie - bei der die Drohne dazu neigt, sich spiralförmig zu bewegen - deckt einen Suchbereich viel schneller ab. „In Such- und Rettungsmissionen, Zeit ist sehr wichtig,“Tian sagt.

In der Zeitung, Die Forscher verglichen ihre neue Suchstrategie mit einer traditionellen Methode. Im Vergleich zu dieser Basislinie, Die Strategie der Forscher half den Drohnen, deutlich mehr Fläche abzudecken, einige Minuten schneller und mit höheren Durchschnittsgeschwindigkeiten.

Eine Einschränkung für den praktischen Gebrauch besteht darin, dass die Drohnen weiterhin mit einer Off-Board-Bodenstation kommunizieren müssen, um die Karte zusammenzuführen. In ihrem Outdoor-Experiment, Die Forscher mussten einen WLAN-Router einrichten, der jede Drohne mit der Bodenstation verband. In der Zukunft, Sie hoffen, die Drohnen so zu gestalten, dass sie drahtlos kommunizieren können, wenn sie sich einander nähern, verschmelzen ihre Karten, und dann die Kommunikation unterbrechen, wenn sie sich trennen. Die Bodenstation, In diesem Fall, wird nur zur Überwachung der aktualisierten globalen Karte verwendet.

Quelle: http://news.mit.edu, von Rob Matheson