旋翼无人机系统用于遥感数据采集的长时间全自主运行

近年来无人机系统（UAS）在精准农业中的应用显示出在精确偏远地点采集数据的便利性与高效性。然而，该领域的进一步发展需要在长时间（例如数天或数周）内运行。由于此类平台飞行时间有限且操作中需要人在回路，这迄今仍不切实际。为克服这些限制，我们提出了一种全自主旋翼 UAS，能够在无任何人为干预的情况下执行重复飞行以完成长期观测任务。我们解决了对此类系统至关重要的两项关键技术：使任务执行独立于人类操作员的全平台自主性，以及基于视觉的充电站精确着陆以实现自动能量补充的能力。高层自主决策被实现为主从状态机的层次结构。基于视觉的精确着陆通过利用一组 AprilTag 基准标记估计着陆垫位姿来实现，该组标记配置为可从大范围高度进行检测。我们提供了作为该组几何形状函数的着陆垫位姿估计精度的广泛评估。完整系统的功能通过两次分别为 11 小时和 10.6 小时的室内实验，以及一次 4 小时的室外实验得到演示。UAS 在这些实验中分别执行了 16、48 和 22 次飞行。室外实验中，数据采集飞行与充电的时间比为 1 比 10，与该领域以往工作相近。所有飞行均为全自主，无人在回路。据我们所知，这是首篇关于四旋翼系统无人工交互长期室外运行的研究论文。