Pokrývání rozlehlých oblastí pomocí bezpilotních strojů s omezeným doletem

Abstract

Tato práce navrhuje řešení pro mapování rozsáhlých konvexních ploch s použitím jednoho bezpilotního stroje (UAV). Dosavadní práce navrhují plánování tras UAV pouze z jedné startovací pozice a nezohledňují jeho maximální dobu letu. My se zaměřujeme na oblasti, které jsou příliš velké na pokrytí jedním průletem. Po výměně baterie je výhodné začít mapování další části oblasti přímo zevnitř dané oblasti. Někdy je však nemožné, aby UAV startovalo z optimální pozice, a to kvůli omezujícím podmínkám, jakými jsou například lesy nebo jiná přírodní omezení, nebo by operátorovi přesun do dané pozice trval příliš dlouho. Navrhovaný algoritmus rozděluje oblast na dílčí části pokrývané z různých dostupných bází a aplikuje na ně metodu řešící námi definovaný problém plánování pokrývání oblasti s omezeným doletem (ECCPP). Tento přístup jsme porovnali s metodou využívající pouze jedno startovací místo. Výsledky testování ukazují, že pro rozsáhlé oblasti, kde je zapotřebí většího množství baterií, je s touto metodou možné ušetřit čas a počet použitých baterií, na úkor potřeby přemístění operátora.

This thesis proposes an approach to the mapping of large convex areas using a single Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Previous works focus on Coverage Path Planning (CPP) from only one start position, and they do not take into account the maximum UAV flight time. We focus on areas too large to be covered with a single flight. After a battery replacement, it is efficient to start the mapping of a next subarea directly from within it. Sometimes, however, it is impossible for the UAV to launch from optimal positions due to some restrictive conditions such as forests or other natural constraints, or it would take too long for the operator to move to the optimal starting location. The proposed algorithm divides a given area of interest between appropriately selected launch positions and applies a method for solving the Energy Constrained Coverage Path Planning (ECCPP) problem. We compare the proposed method with an approach that uses only a single launch position. Test results show that for large areas where more batteries are needed, it is possible to save time and the number of used batteries with the proposed approach, to the detriment of operator relocation.