Utilizing Drones to Automatically Cover Outfield Pastures

Abstract

Dette dokumentet representerer en masteravhandling ved NTNU i Trondheim. Det overordnede målet er å verifisere brukbarheten til et system som dekker over et område for å overvåke dyr som beiter på utmarksbeite. Dette skal gjøres ved hjelp av forbrukerteknologi. Gjennom en iterativ prosess er det implementert et komplett system for å dekke over et område ved hjelp av en autonom drone.

Brukeren definerer et søkeområde i en mobilapplikasjon. Fra dette området produserer systemet en flyrute. Denne flyruten tar hensyn til høydeforskjeller i terrenget og dronen flyr med en konstant høyde over bakken. Høydejusteringene gjøres ved hjelp av offisiell høydedata fra Norge. Den foreslåtte løsningen benytter seg av polygoner. Det er verifisert at stiplanlegging av konvekse polygoner er lettere enn konkave. Løsningen deler derfor opp konkave polygoner i mindre, konvekse polygoner ved hjelp av konveks dekomponering.

Det har blitt utført en rekke tester, både for hver komponent og for den overordnede løsningen. Testene har verifisert brukbarheten av systemet og viser at det fungerer som tilsiktet. Det stilles derimot krav til ytterligere arbeid før løsningen kan benyttes i ulike andre miljøer. Det konkluderes med at et slikt system er brukbart.

This paper represents a master thesis at NTNU in Trondheim. The overall goal is to prove the concept of using consumer-available technology to automatically cover an area for finding animals grazing in outfield pastures. With an iterative approach, a complete system for automatic flights covering a user-defined search area is implemented using a drone.

The user defines a search area using a mobile application. From this search area, the system produces a covering flight path. This flight path considers changes in the terrain and allows the drone to fly at a consistent altitude. The height adjustments are made by using official height data from Norway. The proposed solution utilizes polygonal shapes. It is verified that path planning in a convex environment is easier than in a concave; hence, convex decomposition is performed on concave polygons.

The feasibility of the system was verified by conducting multiple tests, both for components in isolation and for the overall system. Test results show that the system works as intended, but that more work is needed to make the system production-ready and safe in different environments. The conclusion is that such a system is feasible.