Demonstrating ViSafe: Vision-enabled Safety for High-speed Detect and Avoid

要約

保証された安全性分離は、共有空域で空中車両のシームレスな高密度操作を達成するために不可欠です。
リソースに制約のある空中システムにこの安全性が批判的な機能を装備するために、高速視力のみの空中衝突回避システムであるVisafeを紹介します。
Visafeは、SWAP-C制約の下で設計されたカスタムマルチカメラハードウェアプロトタイプと学習ベースのEdge-AIフレームワークをしっかりと統合することにより、検出および回避の問題に対するフルスタックソリューションを提供します。
知覚入力に焦点を当てた制御バリア関数（CBF）を活用して安全性のしきい値を設計、エンコード、および実施することにより、Visafeは高速航空操作における自己分離のための確かな安全なランタイム保証を提供できます。
シミュレートされたデジタルツインと実世界の飛行シナリオの両方を含む広範なテストキャンペーンを通じて、Visafeのパフォーマンスを評価します。
エージェントの種類、閉鎖率、相互作用の幾何学、環境条件（気象や照明など）によって独立してさまざまな種類によって、Visafeが一貫して多様なシナリオ全体で自己分離を保証することを実証します。
閉鎖率が144 km/hに達する最初の実世界の高速衝突回避テストでは、Visafeは視力のみの自律衝突回避のための新しいベンチマークを設定し、高速航空ナビゲーションの安全性の新しい基準を確立します。

要約(オリジナル)

Assured safe-separation is essential for achieving seamless high-density operation of airborne vehicles in a shared airspace. To equip resource-constrained aerial systems with this safety-critical capability, we present ViSafe, a high-speed vision-only airborne collision avoidance system. ViSafe offers a full-stack solution to the Detect and Avoid (DAA) problem by tightly integrating a learning-based edge-AI framework with a custom multi-camera hardware prototype designed under SWaP-C constraints. By leveraging perceptual input-focused control barrier functions (CBF) to design, encode, and enforce safety thresholds, ViSafe can provide provably safe runtime guarantees for self-separation in high-speed aerial operations. We evaluate ViSafe’s performance through an extensive test campaign involving both simulated digital twins and real-world flight scenarios. By independently varying agent types, closure rates, interaction geometries, and environmental conditions (e.g., weather and lighting), we demonstrate that ViSafe consistently ensures self-separation across diverse scenarios. In first-of-its-kind real-world high-speed collision avoidance tests with closure rates reaching 144 km/h, ViSafe sets a new benchmark for vision-only autonomous collision avoidance, establishing a new standard for safety in high-speed aerial navigation.

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