Robust Planning for Persistent Surveillance With Energy-Constrained UAVs and Mobile Charging Stations

分拆(数论) 计算机科学 可扩展性 实时计算 导线 运动规划 先验与后验 时间范围 路径(计算) 分布式计算 数学优化 人工智能 计算机网络 数学 地理 数据库 机器人 认识论 组合数学 哲学 大地测量学
作者
Xiaoshan Lin,Yasin Yazıcıoğlu,Derya Aksaray
出处
期刊:IEEE robotics and automation letters 卷期号:7 (2): 4157-4164 被引量:10
标识
DOI:10.1109/lra.2022.3146938
摘要

We consider persistent (long-horizon) surveillance over an environment by using energy-constrained unmanned aerial vehicles (UAVs), which are supported by unmanned ground vehicles (UGVs) serving as mobile charging stations. The goal is to periodically visit a set of monitoring points by the UAVs while minimizing the maximum time between the consecutive visits to any of those points. In general, the optimal planning of UAVs and UGVs in such a persistent surveillance scenario is an NP-hard combinatorial optimization problem. Furthermore, the problem also demands a solution strategy that can successfully handle obstacles, especially on the ground, that are unknown a priori in many real-life scenarios. We present a scalable and robust approximate algorithm that is based on 1) forming uniform UAV-UGV teams, 2) decomposing the environment into maximal partitions that can be covered by the UAVs in a single fuel cycle as long as the UAVs are released sufficiently close to the centers of the partitions, 3) maintaining the teams uniformly distributed over a cyclic path traversing those partitions, and 4) having the UAVs in each team cover their current partition and be transported to the next partition while being recharged by the UGV. We support our proposed algorithm with some theoretical results and simulations.
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