Path Planning for Spot Spraying with UAVs Combining TSP and Area Coverages

要約

このペーパーでは、次のタスクに取り組みます。境界輪郭内でサービスを提供することを目的としたさまざまなサイズのパッチまたはエリアのセットが与えられた場合、パスが指定された障害物エリアをさらに回避するように、無人航空機 (UAV) の最小長のパス プランを計算します。
そして境界線から決して離れることはありません。
念頭に置いている用途は農業のスポット散布です。境界輪郭は畑の輪郭を表し、複数のパッチは散布対象の複数の雑草領域を表します。
障害物となる場所は池や木の島です。
提案された方法は、巡回セールスマン問題 (TSP) に対するヒューリスティックな解決策と、最適化されたエリア カバレッジ パス計画を組み合わせたものです。
2 つの TSP 初期化ヒューリスティックと 4 つの TSP リファインメント ヒューリスティック、および 2 つのエリア カバレッジ パス計画手法が、それぞれ 3 つの障害物エリアと 15、19、および 197 のパッチを使用した 3 つの実際の実験で評価されます。
エリア カバレッジ ギャップの回避にバウトロフェドン パスが不適切であることが議論され、エリア カバレッジにヘッドランド パスを含めることが動機付けられています。
2 つの主な発見は、(i) 1 つの TSP 改良ヒューリスティックの特定の適合性、および (ii) 総経路長に対するパッチ領域被覆経路長の予想外の高い寄与であり、スポット スプレーの最適化された領域被覆経路計画の重要性を強調しています。

要約(オリジナル)

This paper addresses the following task: given a set of patches or areas of varying sizes that are meant to be serviced within a bounding contour calculate a minimal length path plan for an unmanned aerial vehicle (UAV) such that the path additionally avoids given obstacles areas and does never leave the bounding contour. The application in mind is agricultural spot spraying, where the bounding contour represents the field contour and multiple patches represent multiple weed areas meant to be sprayed. Obstacle areas are ponds or tree islands. The proposed method combines a heuristic solution to a traveling salesman problem (TSP) with optimised area coverage path planning. Two TSP-initialisation and 4 TSP-refinement heuristics as well as two area coverage path planning methods are evaluated on three real-world experiments with three obstacle areas and 15, 19 and 197 patches, respectively. The unsuitability of a Baustrophedon-path for area coverage gap avoidance is discussed and inclusion of a headland path for area coverage is motivated. Two main findings are (i) the particular suitability of one TSP-refinement heuristic, and (ii) the unexpected high contribution of patches areas coverage pathlengths on total pathlength, highlighting the importance of optimised area coverage path planning for spot spraying.

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