This paper presents a novel approach for autonomous cooperating UAVs in search and rescue operations in subterranean domains with complex topology. The proposed system was ranked second in the Virtual Track of the DARPA SubT Finals as part of the team CTU-CRAS-NORLAB. In contrast to the winning solution that was developed specifically for the Virtual Track, the proposed solution also proved to be a robust system for deployment onboard physical UAVs flying in the extremely harsh and confined environment of the real-world competition. The proposed approach enables fully autonomous and decentralized deployment of a UAV team with seamless simulation-to-world transfer, and proves its advantage over less mobile UGV teams in the flyable space of diverse environments. The main contributions of the paper are present in the mapping and navigation pipelines. The mapping approach employs novel map representations -- SphereMap for efficient risk-aware long-distance planning, FacetMap for surface coverage, and the compressed topological-volumetric LTVMap for allowing multi-robot cooperation under low-bandwidth communication. These representations are used in navigation together with novel methods for visibility-constrained informed search in a general 3D environment with no assumptions about the environment structure, while balancing deep exploration with sensor-coverage exploitation. The proposed solution also includes a visual-perception pipeline for on-board detection and localization of objects of interest in four RGB stream at 5 Hz each without a dedicated GPU. Apart from participation in the DARPA SubT, the performance of the UAV system is supported by extensive experimental verification in diverse environments with both qualitative and quantitative evaluation.


翻译:本文提出了一种适用于复杂拓扑地下环境搜救任务的新型自主协作无人机方法。该系统作为CTU-CRAS-NORLAB团队的一部分,在DARPA SubT决赛虚拟赛道中获得了第二名。与专门为虚拟赛道开发的优胜方案不同,本方案还被证明是能够在极端恶劣、空间受限的真实竞赛环境中部署于物理无人机的鲁棒系统。所提出的方法实现了完全自主且去中心化的无人机编队部署,具备无缝的仿真到现实迁移能力,并在多种环境中的可飞行空间内证明了其相对于机动性较低的地面机器人团队的优势。本文的主要贡献在于建图与导航管线。建图方法采用了新颖的地图表示:SphereMap用于高效的风险感知长距离规划,FacetMap用于表面覆盖,以及压缩的拓扑-体积混合地图LTVMap用于在低带宽通信下实现多机器人协作。这些地图表示与新型方法相结合,用于在无环境结构假设的一般三维环境中,平衡深度探索与传感器覆盖利用,同时实现受可见性约束的启发式搜索。所提出的方案还包括一个视觉感知管线,可在无专用GPU的情况下,以每路5 Hz的频率处理四路RGB视频流,实现机载目标检测与定位。除参与DARPA SubT竞赛外,该无人机系统的性能还通过多种环境中的大量实验验证得到了支持,并进行了定性与定量评估。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月2日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | CFPO:用反事实策略优化提升多模态推理
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:43
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:31
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:11
《人工智能生成的零日漏洞:对未来作战的影响》
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
8+阅读 · 6月22日
21世纪的无人机战争
专知会员服务
4+阅读 · 6月22日
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
5+阅读 · 6月22日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
征稿 | International Joint Conference on Knowledge Graphs (IJCKG)
开放知识图谱
2+阅读 · 2022年5月20日
征稿 | CFP:Special Issue of NLP and KG(JCR Q2,IF2.67)
开放知识图谱
1+阅读 · 2022年4月4日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员