Autonomous system for data collection: Location and mapping issues in post-disaster environment
Tullio Joseph Tanzi, Jean Isnard
2019
Comptes rendus. Physique
Disaster relief requires many resources. Depending on the circumstances of each event, it is important to rapidly choose the suitable means to respond to the emergency intervention. A brief review of the conditions and means showed the usefulness of an autonomous stand-alone machine for these missions. If many techniques and technologies exist, their relevant combination to achieve such a system presents several challenges. This communication tries to outline the possible achievement of an
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... omous vehicle under these particular circumstances. The paper focus on the specific working conditions and welcomes future contributions from robotics and artificial intelligence. In the necessarily limited scope of this article, the authors focus on a particularly critical aspect: location. Indeed, this machine is intended to evolve in heterogeneous and dangerous environment and without any outside contacts which could last up to several days. This blackout, due to the propagation difficulties of electromagnetic waves in the ground, induces an independence of the localisation process and makes the use of any radio navigation support system (GNSS) , most of the time, impossible. The knowledge of the position of the system both, for navigation of the autonomous system (Rover) and location of targets (victims buried under debris) must be able to be estimated without contributions from external systems. Inertial classical techniques, odometer, etc., have to be adapted to these conditions during a long period without external support. These techniques also have to take into account that energy optimisation requests the use of low power processors. Consequently only poor computing capacity is available on-board. The article starts with a presentation of the context of a post-disaster situation as well as the main missions of Search and Rescue (SaR). It is followed by the analysis of autonomous navigation located in a post-earthquake situation. We will then discuss means to determine the attitude of the autonomous system and its position. The interest of hybridization with external systems -whenever possible --, will be evaluated in view to correct deviations suffered by the system during its mission. Finally prospects and future work are presented. Résumé : De nombreux moyens sont mis en oeuvre par les secours lors d'une catastrophe. En fonction des conditions propres à chaque évènement il faut rapidement faire un choix adapté des moyens disponibles capables de faciliter la mise en oeuvre des secours. Une brève revue des conditions et des moyens fait apparaître tout l'intérêt de l'utilisation d'un engin autonome pour ces missions. Si de nombreuses techniques et technologies existent, leur combinaison pertinente en vue de réaliser un tel système présente plusieurs difficultés. C'est l'objet de notre communication dans laquelle on essaie d'esquisser ce que pourrait être un engin autonome aux performances souhaitées en mettant l'accent sur les conditions particulières de mise en oeuvre sans préjuger des apports bienvenus de la robotique et de l'intelligence artificielle. Dans le cadre forcément limité de cet article, parmi la longue liste de difficultés à surmonter, nous nous focaliserons sur un point particulier qui se révèle critique : la localisation. En effet, cet engin est destiné à évoluer en milieu hétérogène et dangereux et sans contacts durant des périodes assez longues, de l'ordre de plusieurs jours. Ce blackout radio, dû aux difficultés de propagation des ondes électromagnétiques dans le sol, induit une indépendance du processus de localisation et interdit, du moins la majorité du temps, le recourt à des aides de radio navigation tel que par exemple le GNSS. La connaissance de la position de système autonome (Rover), nécessaire à la fois à la navigation et à la localisation des cibles (victimes enfouies sous les décombres) doit donc pouvoir être estimée sans contributions de systèmes externes. Les techniques classiques inertielles, d'odométrie, etc., devront donc être adaptées à ces conditions particulières afin de fonctionner de manière précise durant une longue période sans aide. Elles devront aussi être adaptées pour tenir compte du fait que le bilan énergétique restreint à une utilisation de processeur de faible puissance et donc de faible vitesse et capacité de calcul. Nous commencerons notre texte par présenter le contexte particulier d'une station post-catastrophe ainsi que les principales missions de Search and Rescue (SaR). Suit ensuite la problématique de navigation autonome contextualisée à une situation postséisme. Nous aborderons ensuite la détermination de l'attitude de l'engin et sa position suivi de l'intérêt d'une hybridation avec des systèmes externes, lorsque cela est possible, afin corriger les dérives subies par l'engin au fil de sa mission. Nous conclurons
doi:10.1016/j.crhy.2019.03.001
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