Autonomous Drones for Trail Navigation using DNNs

Στην παρούσα διπλωματική εργασία, προτείνεται ο σχεδιασμός και η υλοποίηση ενός πρότυπου drone που έχει τη δυνατότητα αυτόνομης πλοήγησης σε δασικό μονοπάτι χωρίς πρότερη γνώση του περιβάλλοντα χώρου. Χρησιμοποιεί σύστημα τεχνητής όρασης τριών επιπέδων: (i) ένα νευρωνικό δίκτυο βάθους (DNN) για εκτίμηση πλευρικής μετατόπισης και προσανατολισμού ως προς το κέντρο του μονοπατιού, (ii) ένα DNN για αναγνώριση αντικειμένων, και (iii) ένα σύστημα αποφυγής εμποδίων. Η σύνθεση του μικρού εναέριου σκάφους (MAV) έγινε από διαθέσιμα εξαρτήματα (hardware) του εργαστηρίου. Για τον αλγόριθμο ακολουθίας δασικών μονοπατιών, ως βάση νευρωνικού δικτύου χρησιμοποιήθηκε το TrailNet. Στη συνέχεια επανεκπαιδεύτηκε και εμπλουτίστηκε με σύνολο δεδομένων που δημιουργήθηκε από την δασική περιοχή της Πανεπιστημιούπολης Ιλισίων, προσαρμόζοντάς το στην τοπική βλάστηση. Για την επιλογή των βέλτιστων αλγορίθμων αναγνώρισης αντικειμένων, έγινε δοκιμή και αξιολόγηση από αντίστοιχους της τελευταίας γενιάς στην πλακέτα επεξεργασίας Jetson TX2 της NVIDIA. Τέλος δίνεται πρόταση πειραματικής πτήσης με συγκεκριμένες παραμέτρους για την αξιολόγηση της ορθής λειτουργίας.This thesis proposes the design and implementation of a prototype drone stack that is able to autonomously navigate through a forest trail path without having prior knowledge of the surrounding area. It uses a 3 level vision system: (i) a deep neural network (DNN) for estimating the view orientation and lateral offset of the vehicle with respect to the trail center, (ii) a DNN for object detection and (iii) a Guidance system for obstacle avoidance. Hardware synthesis of the Micro Aerial Vehicle (MAV) was built upon hardware parts, available from the lab. Trail following algorithm makes use of TrailNet’s neural network. It was also retrained and enriched by a newly created dataset, formed with footage from the nearby forest canopy of Ilisia Univesity Campus. This also made the model more adaptive to local vegetation characteristics. For object detection service, a comparison between well-known algorithms was made and an evaluation was done in terms of accuracy and efficiency. These were tested on NVIDIA’s Jetson TX2 Dev Kit board. At last, a suggestion of an experimental flight is given with particular parameters, for the evaluation of the proper operation

A Survey of Computer Vision Methods for 2D Object Detection from Unmanned Aerial Vehicles

The spread of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) in the last decade revolutionized many applications fields. Most investigated research topics focus on increasing autonomy during operational campaigns, environmental monitoring, surveillance, maps, and labeling. To achieve such complex goals, a high-level module is exploited to build semantic knowledge leveraging the outputs of the low-level module that takes data acquired from multiple sensors and extracts information concerning what is sensed. All in all, the detection of the objects is undoubtedly the most important low-level task, and the most employed sensors to accomplish it are by far RGB cameras due to costs, dimensions, and the wide literature on RGB-based object detection. This survey presents recent advancements in 2D object detection for the case of UAVs, focusing on the differences, strategies, and trade-offs between the generic problem of object detection, and the adaptation of such solutions for operations of the UAV. Moreover, a new taxonomy that considers different heights intervals and driven by the methodological approaches introduced by the works in the state of the art instead of hardware, physical and/or technological constraints is proposed

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares