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

要約

このペーパーでは、次のタスクに対処します。境界輪郭内でサービスを受けることを目的としたさまざまなサイズのパッチまたはさまざまなサイズの領域を考えると、無人航空機（UAV）の最小長さのパス計画を計算して、パスが与えられた障害物領域をさらに回避するようになります。
そして、境界線を離れることはありません。
念頭にある用途は、農業スポットスプレーです。境界の輪郭はフィールドの輪郭を表し、複数のパッチは噴霧されることを目的とした複数の雑草領域を表します。
障害物エリアは池や木の島です。
提案された方法は、ヒューリスティックソリューションを巡回セールスマンの問題（TSP）と最適化されたエリアカバレッジパス計画と組み合わせます。
2つのTSP復元と4つのTSP補正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方法は、それぞれ3つの障害領域と15、19、197パッチを使用した3つの実際の実験で評価されます。
面積カバレッジギャップ回避のためのブーストロフィドンパスの不適切な可能性について説明し、面積カバレッジのための岬の経路を含めることが動機付けられています。
2つの主な調査結果は、（i）1つのTSP補生ヒューリスティックの特定の適合性、および（ii）総パスレングスのパスカバレッジエリアの予期せぬ高い寄与性であり、スポットスプレーの最適化されたエリアカバレッジパス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 Boustrophedon-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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