Kooperative Suche, Erfassung und Verfolgung von Zielen in einem unbekannten, unübersichtlichen Gebiet mit Hilfe von Drohnen mit Sichtsystemen

Core Concepts

Eine verteilte Mengenzugehörigkeitsschätzung wird verwendet, um die von einem Computersichtsystem bereitgestellten Informationen zu nutzen, um Ziele in einer unbekannten, unübersichtlichen Umgebung zu suchen und zu verfolgen.

Abstract

Der Artikel befasst sich mit dem Problem der Zielsuche und -verfolgung unter Verwendung einer Flotte von kooperierenden Drohnen, die sich in einem unbekannten Interessengebiet bewegen, das eine a priori unbekannte Anzahl von beweglichen Bodenzielen enthält. Jede Drohne ist mit einem eingebetteten Computersichtsystem (CVS) ausgestattet, das ein Bild mit markierten Pixeln und eine Tiefenkarte des beobachteten Teils ihrer Umgebung liefert.
Es werden Hypothesen zu den von den Pixel-Klassifizierungs-, Tiefenkarten-Konstruktions- und Zielidentifizierungsalgorithmen bereitgestellten Informationen vorgeschlagen, um ihre Nutzung durch Mengenzugehörigkeitsansätze zu ermöglichen. Ein Mengenzugehörigkeits-Zielortungsschätzer wird entwickelt, um die vom CVS bereitgestellten Informationen zu nutzen. Jede Drohne wertet Mengen aus, die die Orte der identifizierten Ziele und eine Menge, die möglicherweise die Orte der noch zu identifizierenden Ziele enthält, garantiert enthalten. Dann nutzt jede Drohne diese Mengen, um kooperativ nach Zielen zu suchen und sie zu verfolgen.

Stats

Die Entfernung zwischen dem optischen Zentrum der Kamera xc
i und der Umgebung (einschließlich Hindernisse und Ziele) entlang v ∈Vi (nr, nc) für jedes (nr, nc) ∈N I ist ρ (xc
i, v) = min (dv (xc
i, Xg), dv (xc
i, [m∈N o So
m]), dv (xc
i, [j∈N t St
j (xt
j)]), dv (xc
i, [ℓ∈N u Su (xu
ℓ)]))
Jedes Element Di (nr, nc) der Tiefenkarte ist eine verrauschte Version Di (nr, nc) = D0
i (nr, nc) (1 + w) der Entfernung D0
i (nr, nc) = ρ (xu
i, v) zwischen xc
i und der Umgebung entlang einer unbekannten Richtung v ∈Vi (nr, nc), wobei w einem bekannten Intervall [w, w] angehört.

Quotes

"Jede Drohne wertet Mengen aus, die die Orte der identifizierten Ziele und eine Menge, die möglicherweise die Orte der noch zu identifizierenden Ziele enthält, garantiert enthalten."
"Dann nutzt jede Drohne diese Mengen, um kooperativ nach Zielen zu suchen und sie zu verfolgen."

Key Insights Distilled From

Set-membership target search and tracking within an unknown cluttered area using cooperating UAVs equipped with vision systems

by Maxi... at arxiv.org 03-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.15113.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte der vorgeschlagene Ansatz auf Szenarien mit beweglichen Hindernissen oder Umgebungen mit unstrukturierter Topographie erweitert werden

Um den vorgeschlagenen Ansatz auf Szenarien mit beweglichen Hindernissen oder unstrukturierter Topographie zu erweitern, könnten verschiedene Anpassungen vorgenommen werden.

Bewegliche Hindernisse:

Die Algorithmen zur Hinderniserkennung und -vermeidung könnten verbessert werden, um sich bewegende Hindernisse zu berücksichtigen. Dies könnte die Integration von Bewegungsvorhersagen für Hindernisse oder die Verwendung von Echtzeitdaten von Bewegungssensoren umfassen.
Die Flugpfade der UAVs könnten dynamisch angepasst werden, um Hindernissen auszuweichen, basierend auf Echtzeitinformationen über deren Positionen.

Unstrukturierte Topographie:

Die Algorithmen zur Geländemodellierung könnten verbessert werden, um unstrukturierte Geländeformen zu berücksichtigen. Dies könnte die Integration von Methoden zur Erkennung von Steigungen, Schluchten oder anderen unvorhergesehenen Geländearten umfassen.
Die Flugpfade der UAVs könnten an die unstrukturierte Topographie angepasst werden, um sicherzustellen, dass die UAVs effizient navigieren können, ohne auf unerwartete Hindernisse zu stoßen.

Durch die Integration dieser Anpassungen könnte der vorgeschlagene Ansatz auf komplexere Szenarien mit beweglichen Hindernissen und unstrukturierter Topographie erweitert werden.

Welche zusätzlichen Informationen könnten die Leistung des Zielortungsschätzers verbessern, ohne die Komplexität des Systems zu erhöhen

Um die Leistung des Zielortungsschätzers zu verbessern, könnten zusätzliche Informationen integriert werden, die die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Schätzungen erhöhen, ohne die Komplexität des Systems wesentlich zu erhöhen. Einige mögliche Verbesserungen könnten sein:

Multisensorfusion: Die Integration von Daten aus verschiedenen Sensoren wie LiDAR, Infrarotkameras oder Radarsystemen könnte zu genaueren und konsistenten Schätzungen führen.

Erweiterte Bildverarbeitungsalgorithmen: Die Implementierung fortschrittlicher Bildverarbeitungstechniken wie Deep Learning zur Objekterkennung und -verfolgung könnte die Genauigkeit der Zielortung verbessern.

Echtzeitdatenaktualisierung: Die Integration von Echtzeitdatenaktualisierungen in den Schätzungsprozess könnte sicherstellen, dass die Schätzungen immer auf dem neuesten Stand sind und sich an sich ändernde Bedingungen anpassen.

Berücksichtigung von Umgebungsvariablen: Die Einbeziehung von Umgebungsvariablen wie Wetterbedingungen, Lichtverhältnissen oder Luftströmungen könnte die Schätzungen robuster und genauer machen.

Durch die Integration dieser zusätzlichen Informationen könnte die Leistung des Zielortungsschätzers erheblich verbessert werden, ohne die Komplexität des Systems übermäßig zu erhöhen.

Wie könnte der Ansatz angepasst werden, um die Auswirkungen von Sensorrauschen und Messungenauigkeiten weiter zu reduzieren

Um die Auswirkungen von Sensorrauschen und Messungenauigkeiten weiter zu reduzieren, könnten folgende Anpassungen am Ansatz vorgenommen werden:

Kalman-Filter oder Partikelfilter: Die Implementierung von Zustandsschätzungsfiltern wie dem Kalman-Filter oder dem Partikelfilter könnte dazu beitragen, das Sensorrauschen zu reduzieren und genauere Schätzungen zu erhalten.

Fehlerkorrekturmechanismen: Die Integration von Mechanismen zur Fehlerkorrektur und -kompensation in den Schätzungsprozess könnte dazu beitragen, Messungenauigkeiten zu minimieren und die Genauigkeit der Schätzungen zu verbessern.

Sensorfusion: Durch die Fusion von Daten aus mehreren Sensoren können Redundanzen geschaffen und Messfehler ausgeglichen werden, was zu zuverlässigeren Schätzungen führt.

Adaptive Schätzungsverfahren: Die Implementierung adaptiver Schätzungsverfahren, die sich an die spezifischen Eigenschaften des Sensorrauschens anpassen können, könnte die Robustheit des Systems gegenüber Messfehlern erhöhen.

Durch die Integration dieser Anpassungen könnte der Ansatz effektiver mit Sensorrauschen und Messungenauigkeiten umgehen und genauere Zielortungsschätzungen liefern.