Field Testing of a Stochastic Planner for ASV Navigation Using Satellite Images

规划师 卫星 领域(数学) 计算机科学 遥感 人工智能 地质学 航空航天工程 工程类 数学 纯数学
作者
Philip M. Huang,Tony T. Wang,Florian Shkurti,Timothy D. Barfoot
出处
期刊: [IEEE]
卷期号:1: 131-160 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tfr.2024.3450408
摘要

We introduce a multisensor navigation system for autonomous surface vessels (ASVs) intended for water-quality monitoring in freshwater lakes. Our mission planner uses satellite imagery as a prior map, formulating offline a mission-level policy for global navigation of the ASV and enabling autonomous online execution via local perception and local planning modules. A significant challenge is posed by the inconsistencies in traversability estimation between satellite images and real lakes, due to environmental effects such as wind, aquatic vegetation, shallow waters, and fluctuating water levels. Hence, we specifically modeled these traversability uncertainties as stochastic edges in a graph and optimized for a mission-level policy that minimizes the expected total travel distance. To execute the policy, we propose a modern local planner architecture that processes sensor inputs and plans paths to execute the high-level policy under uncertain traversability conditions. Our system was tested on 3 km-scale missions on a Northern Ontario lake, demonstrating that our GPS-, vision-, and sonar-enabled ASV system can effectively execute the mission-level policy and disambiguate the traversability of stochastic edges. Finally, we provide insights gained from practical field experience and offer several future directions to enhance the overall reliability of ASV navigation systems.
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