Tracking sheep by radio tags and UAV: A field study of Bluetooth round-trip time ranging and multilateration

Abstract

Å lokalisere beitende sau for både tilsyn og sanking er tradisjonelt en tidkrevende prosess som kan kreve flere dagers leting til fots i utfordrende naturmiljøer. Hver sommer slippes nesten 2 millioner sauer på utmarksbeite, og 12% går tapt.

I oppgaven vår utfører vi feltforsøk på tredje iterasjon av et sauelokaliseringssystem som består av egenbygde små radiomerker festet til sauer og lam, et automatisert kvadrokopter og en videreutviklet Ground Control Station-programvare for ruteplanlegging og visualisering av saueposisjonene. Målet er å evaluere hvor godt et slikt fungerer system i den virkelige verden. Radiomerkene er plassert på halsbåndet eller ørene til beitende sauer og bruker Bluetooth Low Energy-maskinvare. Lokalisering utføres ved hjelp av Round-Trip-Time (RTT) og multilaterasjon. RTT-avstandsestimatene samles inn ved hjelp av det quadcopteret.

Vi lokaliserte stasjonære sauemerker i et gårdsmiljø med en gjennomsnittlig lokaliseringsfeil på 15m, og viste at systemet kan oppdage merker i tett skog opptil 226m unna. Sammenlagt med resultater fra tidligere iterasjoner av systemet har vi nå vist at systemet fungerer i åkrer, i tynn skog og rundt en gård i en dal. Det ser ut til at systemet fungerer bra for å lokalisere sauer, men vår litteraturstudie har vist at et system basert på en 868MHz radioteknologi som LoRa kan yte enda bedre mtp. rekkevidde og signalpenetrasjon.

Locating grazing sheep for both inspection and gathering is traditionally a time-consuming process that may require several days of searching on foot in challenging environments. Every summer, almost 2 million sheep are released on open pasture, and 12% are lost.

In our thesis we perform field trials on the third iteration of a sheep localization system consisting of custom made lightweight radio tags on sheep, an automated UAV and custom Ground Control Station software. The goal is to evaluate the feasibility of such a system in the real world. The radio tags are placed on the collars or ears of grazing sheep and utilize Bluetooth Low Energy hardware. Localization is performed using Round Trip Time (RTT) ranging and multilateration. The RTT distance estimates are collected using an automated quadcopter.

We located stationary sheep tags in a farm environment with an average error of 15m, and showed that the system can detect tags in a thick forest up to 226m away. Together with results from earlier iterations of the system, it has now been shown that the system works in open fields, in thin vegetation and around a farm in a valley. It seems that the system works well for locating sheep, however our literature study showed that a system based on a 865MHz radio technology like LoRa might perform even better.