Evaluación Experimental de Sistemas de Múltiples y Únicos Drones con Sensores LiDAR 1D para la Estimación del Volumen de Acopios
Autores: Alsayed, Ahmad; Bana, Fatemeh; Arvin, Farshad; Quinn, Mark K.; Nabawy, Mostafa R. A.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Evaluación Experimental de Sistemas de Múltiples y Únicos Drones con Sensores LiDAR 1D para la Estimación del Volumen de Acopios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Estudio
Sensores LiDAR
Basado en drones
Estimación de volumen
Entornos interiores
Algoritmo de control de formación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 62
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio examina la aplicación de sensores LiDAR 1D de bajo costo en la estimación del volumen de pilas de material mediante drones, con un enfoque en entornos interiores. Se investigaron experimentalmente tres enfoques: (i) un sistema de múltiples drones equipados con sensores LiDAR 1D estáticos y orientados hacia abajo, combinado con un algoritmo de control de formación adaptativa; (ii) un solo dron con un LiDAR 1D estático orientado hacia abajo siguiendo una trayectoria en zigzag; y (iii) un solo dron con un LiDAR 1D actuado de manera oscilatoria para mejorar la cobertura de escaneo mientras sigue una trayectoria más corta. El algoritmo de control de formación adaptativa, desarrollado recientemente en este estudio, sincroniza las llegadas a los puntos de referencia de los drones y facilita transiciones suaves entre formas de formación dinámicas. Experimentos en el mundo real realizados en una instalación de seguimiento de movimiento confirmaron la efectividad de los tres enfoques para completar con precisión las tareas de escaneo, según la asignación de puntos de referencia prevista. Se escaneó una pila de prisma trapezoidal y se comparó la precisión de estimación de volumen de cada enfoque. El sistema de múltiples drones logró un error volumétrico promedio del 1.3%, similar al del dron único con un sensor estático, pero con menos de la mitad del tiempo de vuelo. Mientras tanto, el sistema LiDAR actuado requirió trayectorias más cortas pero experimentó un mayor error volumétrico del 4.4%, principalmente debido a los valores atípicos en la reconstrucción de superficies y al sesgo común del LiDAR al escanear en ángulos no verticales.
Descripción
Este estudio examina la aplicación de sensores LiDAR 1D de bajo costo en la estimación del volumen de pilas de material mediante drones, con un enfoque en entornos interiores. Se investigaron experimentalmente tres enfoques: (i) un sistema de múltiples drones equipados con sensores LiDAR 1D estáticos y orientados hacia abajo, combinado con un algoritmo de control de formación adaptativa; (ii) un solo dron con un LiDAR 1D estático orientado hacia abajo siguiendo una trayectoria en zigzag; y (iii) un solo dron con un LiDAR 1D actuado de manera oscilatoria para mejorar la cobertura de escaneo mientras sigue una trayectoria más corta. El algoritmo de control de formación adaptativa, desarrollado recientemente en este estudio, sincroniza las llegadas a los puntos de referencia de los drones y facilita transiciones suaves entre formas de formación dinámicas. Experimentos en el mundo real realizados en una instalación de seguimiento de movimiento confirmaron la efectividad de los tres enfoques para completar con precisión las tareas de escaneo, según la asignación de puntos de referencia prevista. Se escaneó una pila de prisma trapezoidal y se comparó la precisión de estimación de volumen de cada enfoque. El sistema de múltiples drones logró un error volumétrico promedio del 1.3%, similar al del dron único con un sensor estático, pero con menos de la mitad del tiempo de vuelo. Mientras tanto, el sistema LiDAR actuado requirió trayectorias más cortas pero experimentó un mayor error volumétrico del 4.4%, principalmente debido a los valores atípicos en la reconstrucción de superficies y al sesgo común del LiDAR al escanear en ángulos no verticales.