Tese
Collaborative spatial reasoning for environment mapping using unmanned aerial vehicles
Registration in:
Author
Sécolo, A. C.
Abstract
The goal of this project is the investigation of existing spatial reasoning formalism for
collaborative systems, in order to interpret a scene from multiple viewpoints in the task of
environment mapping. Motivated by the increasing need of interaction between humans and
robots, Qualitative Spatial Reasoning (QSR) theories are integrated into a single formalism for
modeling the perceptions of remotely operated Unmanned Aircraft Vehicles (UAV). Qualitative
theories enables the exchange of information between humans and robotic agents, so that they
can perform tasks in collaborative missions involving searching and monitoring objectives in
agriculture, natural disasters, searching and rescue tasks, among others. The combination of the
studied spatial theories led to the development of two formalism: the LH Interval Calculus and
the Collaborative Spatial reasoning. LH Interval Calculus consists in the combination of Region
Connection Calculus and Allen’s Interval Algebra to describe the relations of two objects from an
aerial point of view. Collaborative Spatial Reasoning combines the Cardinal Direction Calculus
with LH Interval Calculus to the task of environment mapping where agents have a partial view
of the scene. UAVs equipped with cameras are the platform used to test the formalism of this
project, capturing images with a partial view of the environment, from different directions of
flight. The results obtained showed that the two formalism proposed were successful in the task
of mapping the environment O objetivo deste projeto é a investigação dos formalismos de raciocínio espacial existentes
para sistemas colaborativos, a fim de interpretar uma cena a partir de múltiplos pontos de vista
em tarefas de mapeamento de ambientes. Motivadas pela crescente necessidade de interação
entre humanos e robôs, as teorias do Raciocínio Espacial Qualitativo (QSR) são integradas em
um único formalismo para modelar as percepções de veículos aéreos não tripulados (VANTs)
operados remotamente. As teorias qualitativas possibilitam a troca de informações entre humanos
e agentes robóticos, para que possam realizar tarefas em missões colaborativas envolvendo
objetivos de busca e monitoramento na agricultura, desastres naturais, tarefas de busca e resgate,
entre outros. A combinação das teorias espaciais estudadas levou ao desenvolvimento de dois
formalismos: o Cálculo de Intervalo LH e o Raciocínio Espacial Colaborativo. O Cálculo de
Intervalo LH consiste na combinação do Cálculo de Conexões de Regiões com a Algebra de
Intervalos de Allen para descrever as relações entre dois objetos de um ponto de vista aéreo. O
Raciocínio Espacial Colaborativo combina o Cálculo de Direção Cardinal com o Cálculo do
Intervalo LH para a tarefa de mapeamento do ambiente onde os agentes têm uma visão parcial da
cena. VANTs equipados com câmeras são a plataforma utilizada para testar o formalismo deste
projeto, captando imagens com uma visão parcial do ambiente, de diferentes direções de voo. Os
resultados obtidos mostraram que os dois formalismos propostos tiveram sucesso na tarefa de
mapeamento do ambiente