Unmanned aerial vehicles (UAVs) are rapidly gaining popularity in a variety of environmental monitoring tasks. A key requirement for autonomous operation is the ability to perform efficient environmental mapping and path planning online, given their limited on-board resources constraining operation time and computational capacity. To address this, we present an adaptive-resolution approach for terrain mapping based on the Nd-tree structure and Gaussian Processes (GPs). Our approach enables retaining details in areas of interest using higher map resolutions while compressing information in uninteresting areas at coarser resolutions to achieve a compact map representation of the environment. A key aspect of our approach is an integral kernel encoding spatial correlation of 2D grid cells, which enables merging uninteresting grid cells in a theoretically sound way. Results show that our approach is more efficient in terms of time and memory consumption without compromising on mapping quality. The resulting adaptive-resolution map accelerates the on-line adaptive path planning as well. Both performance enhancement in mapping and planning facilitate the efficiency of autonomous environmental monitoring with UAVs.


翻译:在各种环境监测任务中,无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)正迅速受到欢迎。自主作业的一个关键要求是有能力进行高效的环境测绘和在线路径规划,因为机载资源有限,限制了操作时间和计算能力。为此,我们提出了基于Nd-tree结构和Gaussian进程(GPs)的地形测绘的适应性分辨率方法。我们的方法允许使用更高分辨率在感兴趣的地区保留细节,同时压缩在粗略分辨率不感兴趣的区域的信息,以获得一份精密的环境地图代表。我们方法的一个关键方面是2D电网电池的内在内核编码空间相关性,这能够以理论上稳健的方式将不感兴趣的电网单元合并。结果显示,我们的方法在时间和记忆消耗方面效率更高,同时不影响绘图质量。由此产生的适应性分辨率地图还加快了在线适应路径规划。在测绘和规划方面的绩效提高有助于与UAVs进行自主环境监测的效率。

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