Utilizing autonomous drones or unmanned aerial vehicles (UAVs) has shown great advantages over preceding methods in support of urgent scenarios such as search and rescue (SAR) and wildfire detection. In these operations, search efficiency in terms of the amount of time spent to find the target is crucial since with the passing of time the survivability of the missing person decreases or wildfire management becomes more difficult with disastrous consequences. In this work, it is considered a scenario where a drone is intended to search and detect a missing person (e.g., a hiker or a mountaineer) or a potential fire spot in a given area. In order to obtain the shortest path to the target, a general framework is provided to model the problem of target detection when the target's location is probabilistically known. To this end, two algorithms are proposed: Path planning and target detection. The path planning algorithm is based on Bayesian inference and the target detection is accomplished by means of a residual neural network (ResNet) trained on the image dataset captured by the drone as well as existing pictures and datasets on the web. Through simulation and experiment, the proposed path planning algorithm is compared with two benchmark algorithms. It is shown that the proposed algorithm significantly decreases the average time of the mission.

本文提出了一种新颖的方法，用于在具有复杂拓扑结构的地下领域的搜索和救援行动中自动合作。作为CTU-Cras-Norlab团队的一部分，拟议的系统在DARPA SubT决赛的虚拟轨道中排名第二。与专门为虚拟轨道开发的获奖解决方案相反，该建议的解决方案也被证明是在现实世界竞争极为严峻和狭窄的环境中飞行的机上实体无人机的强大系统。提出的方法可以使无缝模拟转移的无人机团队完全自主和分散的部署，并证明了其优于不同环境可飞行空间的移动UGV团队的优势。该论文的主要贡献存在于映射和导航管道中。映射方法采用新颖的地图表示形式 - 用于有效的风险意识长距离计划，面向覆盖范围和压缩的拓扑范围的LTVMAP领域，以允许在低频道通信下进行多机器人合作。这些表示形式与新的方法一起在导航中使用，以在一般的3D环境中可见性受限的知情搜索，而对环境结构没有任何假设，同时将深度探索与传感器覆盖的剥削保持平衡。所提出的解决方案还包括一条视觉感知管道，用于在没有专用GPU的情况下在5 Hz处进行四个RGB流中感兴趣的对象的板上检测和定位。除了参与DARPA SubT外，在定性和定量评估的各种环境中，在不同的环境中进行了广泛的实验验证，UAV系统的性能得到了支持。

雇用无人驾驶航空公司（无人机）吸引了日益增长的兴趣，并成为互联网（物联网）网络中的数据收集技术的最先进技术。在本文中，目的是最大限度地减少UAV-IOT系统的总能耗，我们制定了联合设计了UAV的轨迹和选择IOT网络中的群集头作为受约束的组合优化问题的问题，该问题被归类为NP-努力解决。我们提出了一种新的深度加强学习（DRL），其具有顺序模型策略，可以通过无监督方式有效地学习由UAV的轨迹设计来实现由序列到序列神经网络表示的策略。通过广泛的模拟，所获得的结果表明，与其他基线算法相比，所提出的DRL方法可以找到无人机的轨迹，这些轨迹需要更少的能量消耗，并实现近乎最佳性能。此外，仿真结果表明，我们所提出的DRL算法的训练模型具有出色的概括能力，对更大的问题尺寸而没有必要恢复模型。

The deployment flexibility and maneuverability of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) increased their adoption in various applications, such as wildfire tracking, border monitoring, etc. In many critical applications, UAVs capture images and other sensory data and then send the captured data to remote servers for inference and data processing tasks. However, this approach is not always practical in real-time applications due to the connection instability, limited bandwidth, and end-to-end latency. One promising solution is to divide the inference requests into multiple parts (layers or segments), with each part being executed in a different UAV based on the available resources. Furthermore, some applications require the UAVs to traverse certain areas and capture incidents; thus, planning their paths becomes critical particularly, to reduce the latency of making the collaborative inference process. Specifically, planning the UAVs trajectory can reduce the data transmission latency by communicating with devices in the same proximity while mitigating the transmission interference. This work aims to design a model for distributed collaborative inference requests and path planning in a UAV swarm while respecting the resource constraints due to the computational load and memory usage of the inference requests. The model is formulated as an optimization problem and aims to minimize latency. The formulated problem is NP-hard so finding the optimal solution is quite complex; thus, this paper introduces a real-time and dynamic solution for online applications using deep reinforcement learning. We conduct extensive simulations and compare our results to the-state-of-the-art studies demonstrating that our model outperforms the competing models.

近年来，无人驾驶航空公司（无人机）的扩散急剧增加。无人机可以以可靠且具有成本效益的方式完成复杂或危险的任务，但仍然受到功耗问题的限制，这对飞行持续时间和能源苛刻任务的完成构成了严重的限制。以能源有效的方式提供具有高级决策功能的无人机的可能性是非常有益的。在本文中，我们提出了一个实际的解决方案，对这个问题进行了深入学习的问题。开发系统将OpenMV微控制器集成到DJI Tello Micro Acial车辆（MAV）中。微控制器托管一组机器学习的推理工具，协作控制无人机的导航并完成给定的任务目标。这种方法的目标是利用TINYML的新机遇特征通过OpenMV，包括离线推断，低延迟，能效和数据安全性。该方法在实际应用程序上成功验证，该应用程序包括在拥挤环境中穿着保护面具的人们的船上检测。

为了应对目前的大流行情况并恢复伪正常的日常生活，已经部署和维护了几项措施，如面具穿着，社会偏差，手消毒等。由于户外文化活动，音乐会和野餐，逐渐允许，需要密切监测人群活动，以避免不期望的接触和疾病传播。在这种情况下，智能无人驾驶飞行器（无人机）可以偶尔部署以确保应用这些活动的监控，以应用健康限制措施，并在未尊重后者时触发警报。因此，我们提出了一个完整的UAV框架，可追加Covid-19户外活动的智能监控。具体而言，我们提出了三个步骤方法。在第一步中，使用机器学习来分析UAV的捕获图像来检测和定位个体。第二步包括一种新颖的坐标映射方法来评估个人之间的距离，然后聚集它们，而第三步提供能量有效和/或可靠的UAV轨迹，以检查限制违规的限制群体，如面罩磨损。获得的结果提供了以下见解：1）有效检测单个取决于捕获图像的角度，2）坐标映射对个体边界框中的估计误差非常敏感，以及3）UAV轨迹设计算法2-由于其低复杂性和近最优性能，建议选择实际实时部署。

我们提出了一种新的四管齐下的方法，在文献中首次建立消防员的情境意识。我们构建了一系列深度学习框架，彼此之叠，以提高消防员在紧急首次响应设置中进行的救援任务的安全性，效率和成功完成。首先，我们使用深度卷积神经网络（CNN）系统，以实时地分类和识别来自热图像的感兴趣对象。接下来，我们将此CNN框架扩展了对象检测，跟踪，分割与掩码RCNN框架，以及具有多模级自然语言处理（NLP）框架的场景描述。第三，我们建立了一个深入的Q学习的代理，免受压力引起的迷失方向和焦虑，能够根据现场消防环境中观察和存储的事实来制定明确的导航决策。最后，我们使用了一种低计算无监督的学习技术，称为张量分解，在实时对异常检测进行有意义的特征提取。通过这些临时深度学习结构，我们建立了人工智能系统的骨干，用于消防员的情境意识。要将设计的系统带入消防员的使用，我们设计了一种物理结构，其中处理后的结果被用作创建增强现实的投入，这是一个能够建议他们所在地的消防员和周围的关键特征，这对救援操作至关重要在手头，以及路径规划功能，充当虚拟指南，以帮助迷彩的第一个响应者恢复安全。当组合时，这四种方法呈现了一种新颖的信息理解，转移和综合方法，这可能会大大提高消防员响应和功效，并降低寿命损失。

This paper presents trajectory planning for three-dimensional autonomous multi-UAV volume coverage and visual inspection based on the Heat Equation Driven Area Coverage (HEDAC) algorithm. The method designs a potential field to achieve the target density and generate trajectories using potential gradients to direct UAVs to regions of a higher potential. Collisions are prevented by implementing a distance field and correcting the agent's directional vector if the distance threshold is reached. The method is successfully tested for volume coverage and visual inspection of complex structures such as wind turbines and a bridge. For visual inspection, the algorithm is supplemented with camera direction control. A field containing the nearest distance from any point in the domain to the structure is designed and this field's gradient provides the camera orientation throughout the trajectory. The bridge inspection test case is compared with a state-of-the-art method where the HEDAC algorithm allowed more surface area to be inspected under the same conditions. The limitations of the HEDAC method are analyzed, focusing on computational efficiency and adequacy of spatial coverage to approximate the surface coverage. The proposed methodology offers flexibility in various setup parameters and is applicable to real-world inspection tasks.

Smart City applications, such as traffic monitoring and disaster response, often use swarms of intelligent and cooperative drones to efficiently collect sensor data over different areas of interest and time spans. However, when the required sensing becomes spatio-temporally large and varying, a collective arrangement of sensing tasks to a large number of battery-restricted and distributed drones is challenging. To address this problem, we introduce a scalable and energy-aware model for planning and coordination of spatio-temporal sensing. The coordination model is built upon a decentralized multi-agent collective learning algorithm (EPOS) to ensure scalability, resilience, and flexibility that existing approaches lack of. Experimental results illustrate the outstanding performance of the proposed method compared to state-of-the-art methods. Analytical results contribute a deeper understanding of how coordinated mobility of drones influences sensing performance. This novel coordination solution is applied to traffic monitoring using real-world data to demonstrate a $46.45\%$ more accurate and $2.88\%$ more efficient detection of vehicles as the number of drones become a scarce resource.

在这项工作中，我们优化了基于无人机（UAV）的便携式接入点（PAP）的3D轨迹，该轨迹为一组接地节点（GNS）提供无线服务。此外，根据Peukert效果，我们考虑无人机电池的实用非线性电池放电。因此，我们以一种新颖的方式提出问题，代表了基于公平的能源效率度量的最大化，并被称为公平能源效率（费用）。费用指标定义了一个系统，该系统对每用户服务的公平性和PAP的能源效率都非常重要。该法式问题采用非凸面问题的形式，并具有不可扣除的约束。为了获得解决方案，我们将问题表示为具有连续状态和动作空间的马尔可夫决策过程（MDP）。考虑到解决方案空间的复杂性，我们使用双胞胎延迟的深层确定性政策梯度（TD3）参与者 - 批判性深入强化学习（DRL）框架来学习最大化系统费用的政策。我们进行两种类型的RL培训来展示我们方法的有效性：第一种（离线）方法在整个训练阶段保持GN的位置相同；第二种方法将学习的政策概括为GN的任何安排，通过更改GN的位置，每次培训情节后。数值评估表明，忽视Peukert效应高估了PAP的播放时间，可以通过最佳选择PAP的飞行速度来解决。此外，用户公平，能源效率，因此可以通过有效地将PAP移动到GN上方，从而提高系统的费用价值。因此，我们注意到郊区，城市和茂密的城市环境的基线情景高达88.31％，272.34％和318.13％。

Unmanned aerial vehicle (UAV) swarms are considered as a promising technique for next-generation communication networks due to their flexibility, mobility, low cost, and the ability to collaboratively and autonomously provide services. Distributed learning (DL) enables UAV swarms to intelligently provide communication services, multi-directional remote surveillance, and target tracking. In this survey, we first introduce several popular DL algorithms such as federated learning (FL), multi-agent Reinforcement Learning (MARL), distributed inference, and split learning, and present a comprehensive overview of their applications for UAV swarms, such as trajectory design, power control, wireless resource allocation, user assignment, perception, and satellite communications. Then, we present several state-of-the-art applications of UAV swarms in wireless communication systems, such us reconfigurable intelligent surface (RIS), virtual reality (VR), semantic communications, and discuss the problems and challenges that DL-enabled UAV swarms can solve in these applications. Finally, we describe open problems of using DL in UAV swarms and future research directions of DL enabled UAV swarms. In summary, this survey provides a comprehensive survey of various DL applications for UAV swarms in extensive scenarios.

近年来，研究人员委托机器人和无人驾驶汽车（UAV）团队委托进行准确的在线野火覆盖范围和跟踪。迄今为止，大多数先前的工作都集中在此类多机器人系统的协调和控制上，但尚未赋予这些无人机团队对火的轨道（即位置和传播动态）进行推理的能力，以提供性能保证时间范围。在空中野火监测的问题上，我们提出了一个预测框架，该框架使多UAV团队的合作能够与概率性能保证一起进行协作现场覆盖和火灾跟踪。我们的方法使无人机能够推断出潜在的火灾传播动态，以在安全至关重要的条件下进行时间扩展的协调。我们得出了一组新颖的，分析的时间和跟踪纠纷界限，以使无人机团队根据特定于案例的估计状态分发有限的资源并覆盖整个火灾区域，并提供概率性能保证。我们的结果不仅限于空中野火监测案例研究，而且通常适用于搜索和救援，目标跟踪和边境巡逻等问题。我们在模拟中评估了我们的方法，并在物理多机器人测试台上提供了建议的框架，以说明真实的机器人动态和限制。我们的定量评估验证了我们的方法的性能，分别比基于最新的模型和强化学习基准分别累积了7.5倍和9.0倍的跟踪误差。

我们生活的世界充满了技术，而每天都有无人机的进步和使用有效地增加。由于许多应用程序方案，在某些任务中，无人机容易受到外部干扰的影响，例如地面站的连通性丧失，安全任务，安全问题和与交货相关的任务。因此，根据情况，这可能会影响运营并导致无人机的安全着陆。因此，本文提出了一种在动态环境中安全着陆的启发式方法。这种方法的目的是检测安全的潜在降落区 - PLZ，并找出最适合降落的区域。最初，PLZ是通过通过Canny Edge算法处理图像来检测的，然后应用了直径估计值对于每个边缘最小的区域。比车辆间隙更高的斑点被标记为安全PLZ。在该方法的第二阶段中，计算了向PLZ移动的动态障碍的速度，并考虑到达到区域的时间。计算无人机的ETA并在无人机的下降期间，执行动态障碍物。在现实世界环境中测试的方法显示了现有工作的更好结果。

在过去的十年中，自动驾驶航空运输车辆引起了重大兴趣。这是通过空中操纵器和新颖的握手的技术进步来实现这一目标的。此外，改进的控制方案和车辆动力学能够更好地对有效载荷进行建模和改进的感知算法，以检测无人机（UAV）环境中的关键特征。在这项调查中，对自动空中递送车辆的技术进步和开放研究问题进行了系统的审查。首先，详细讨论了各种类型的操纵器和握手，以及动态建模和控制方法。然后，讨论了降落在静态和动态平台上的。随后，诸如天气状况，州估计和避免碰撞之类的风险以确保安全过境。最后，调查了交付的UAV路由，该路由将主题分为两个领域：无人机操作和无人机合作操作。

作为行业4.0时代的一项新兴技术，数字双胞胎因其承诺进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策制定等，通过全面对物理世界进行建模，以进一步优化流程设计，质量控制，健康监测，决策和政策，因此获得了前所未有的关注。互连的数字模型。在一系列两部分的论文中，我们研究了不同建模技术，孪生启用技术以及数字双胞胎常用的不确定性量化和优化方法的基本作用。第二篇论文介绍了数字双胞胎的关键启示技术的文献综述，重点是不确定性量化，优化方法，开源数据集和工具，主要发现，挑战和未来方向。讨论的重点是当前的不确定性量化和优化方法，以及如何在数字双胞胎的不同维度中应用它们。此外，本文介绍了一个案例研究，其中构建和测试了电池数字双胞胎，以说明在这两部分评论中回顾的一些建模和孪生方法。 GITHUB上可以找到用于生成案例研究中所有结果和数字的代码和预处理数据。

The connectivity-aware path design is crucial in the effective deployment of autonomous Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). Recently, Reinforcement Learning (RL) algorithms have become the popular approach to solving this type of complex problem, but RL algorithms suffer slow convergence. In this paper, we propose a Transfer Learning (TL) approach, where we use a teacher policy previously trained in an old domain to boost the path learning of the agent in the new domain. As the exploration processes and the training continue, the agent refines the path design in the new domain based on the subsequent interactions with the environment. We evaluate our approach considering an old domain at sub-6 GHz and a new domain at millimeter Wave (mmWave). The teacher path policy, previously trained at sub-6 GHz path, is the solution to a connectivity-aware path problem that we formulate as a constrained Markov Decision Process (CMDP). We employ a Lyapunov-based model-free Deep Q-Network (DQN) to solve the path design at sub-6 GHz that guarantees connectivity constraint satisfaction. We empirically demonstrate the effectiveness of our approach for different urban environment scenarios. The results demonstrate that our proposed approach is capable of reducing the training time considerably at mmWave.

在协作人类机器人语义传感问题中，例如为了进行科学探索，机器人可能会通过人类伴侣提供过度质疑的信息，从而导致次优的状态估计和团队绩效差。当人类不能被视为牙齿时，机器人需要更新状态信念，以正确解释人类语义观察与导致这些观察的现实世界状态之间可能存在的差异。这项工作为在一般环境中针对语义可能性的概率语义数据关联（PSDA）概率进行了严格的在线计算制定了策略，这与以前的工作不同，这些工作开发了针对特定设置的天真或启发式近似。新的PSDA方法纳入了混合贝叶斯数据融合方案中，该方案将高斯混合先验用于对象状态和SoftMax函数用于语义人类传感器观察可能性，并在Monte Carlo模拟中证明了合作的多对象搜索任务的范围人类感测特征（例如错误的检测率）。结果表明，每当语义人类传感器数据包含重要的目标参考歧义性，用于自主对象搜索和本地化时，PSDA会导致在广泛条件下对观察关联概率的强大估计。

在这项工作中，我们提出了一个框架，用于部署的无人驾驶汽车（UAV）的便携式接入点（PAP），以服务于一组接地节点（GNS）。除PAP和GNS外，该系统还由安装在人造结构上的一组智能反射表面（IRS）组成，以增加每焦耳的能源消耗的钻头数量，这些能量消耗被测量为全球能源效率（GEE）。 PAP的GEE轨迹是通过考虑UAV推进能量消耗和PAP电池的PEUKERT效应来设计的，PAP电池代表了精确的电池放电曲线作为无人机功耗概况的非线性功能。 GEE轨迹设计问题分为两个阶段：在第一个阶段，使用多层圆形填料方法找到了PAP的路径和可行位置，并使用替代方案计算所需的IRS相移值优化方法考虑了IRS元素的幅度和相位响应之间的相互依赖性；在第二阶段，使用新型的多轨迹设计算法计算PAP飞行速度和用户调度。数值评估表明：忽略Peukert效应高估了PAP的可用飞行时间；一定的阈值后，增加电池尺寸会减少PAP的可用飞行时间；与其他基线场景相比，IRS模块的存在改善了系统的GEE。与使用顺序凸编程和Dinkelbach算法的组合开发的单圈轨迹相比，多圈轨迹可节省更多的能量。

我们提出了一个新型混合动力系统（硬件和软件），该系统载有微型无人接地车辆（MiniUGV），以执行复杂的搜索和操纵任务。该系统利用异质机器人来完成使用单个机器人系统无法完成的任务。它使无人机能够探索一个隐藏的空间，并具有狭窄的开口，Miniugv可以轻松进入并逃脱。假定隐藏的空间可用于MiniUGV。 MiniUGV使用红外（IR）传感器和单眼相机在隐藏空间中搜索对象。所提出的系统利用摄像机的更广阔的视野（FOV）以及对象检测算法的随机性引导隐藏空间中的MiniUGV以找到对象。找到对象后，MiniUGV使用视觉伺服抓住它，然后返回其起点，从无人机将其缩回并将物体运送到安全的地方。如果在隐藏空间中没有发现对象，则无人机继续进行空中搜索。束缚的MiniUGV使无人机具有超出其影响力并执行搜索和操纵任务的能力，而该任务对于任何机器人都无法单独进行。该系统具有广泛的应用，我们通过重复实验证明了其可行性。

本文介绍了设计，开发，并通过IISC-TCS团队为穆罕默德·本·扎耶德国际机器人挑战赛2020年挑战1的目标的挑战1硬件 - 软件系统的测试是抓住从移动和机动悬挂球UAV和POP气球锚定到地面，使用合适的操纵器。解决这一挑战的重要任务包括具有高效抓取和突破机制的硬件系统的设计和开发，考虑到体积和有效载荷的限制，使用适用于室外环境的可视信息的准确目标拦截算法和开发动态多功能机空中系统的软件架构，执行复杂的动态任务。在本文中，设计了具有末端执行器的单个自由度机械手设计用于抓取和突发，并且开发了鲁棒算法以拦截在不确定的环境中的目标。基于追求参与和人工潜在功能的概念提出了基于视觉的指导和跟踪法。本工作中提供的软件架构提出了一种操作管理系统（OMS）架构，其在多个无人机之间协同分配静态和动态任务，以执行任何给定的任务。这项工作的一个重要方面是所有开发的系统都设计用于完全自主模式。在这项工作中还包括对凉亭环境和现场实验结果中完全挑战的模拟的详细描述。所提出的硬件软件系统对反UAV系统特别有用，也可以修改以满足其他几种应用。