論文の概要: Autonomous UAV Pipeline Near-proximity Inspection via Disturbance-Aware Predictive Visual Servoing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.19618v1
- Date: Tue, 21 Apr 2026 16:05:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.858175
- Title: Autonomous UAV Pipeline Near-proximity Inspection via Disturbance-Aware Predictive Visual Servoing
- Title（参考訳）: 外乱認識型視覚サーボによる自律型UAVパイプライン近近距離検査
- Authors: Wen Li, Hui Wang, Jinya Su, Cunjia Liu, Wen-Hua Chen, Shihua Li,
- Abstract要約: パイプライン検査は安全なエネルギー輸送には不可欠であるが、長距離、複雑な地形、人間の検査者へのリスクに制約されている。
本稿では、画像に基づく視覚サーボモデル予測制御(VMPC)に基づく3次元シナリオのための自律的四重項近傍パイプライン検査フレームワークを提案する。
地形情報のない未知の斜面上での垂直速度を発生させながら、所望の巡航速度を維持するために、地形適応速度設計を導入する。
実世界の実験では,提案手法は直線管に対して,パイプライン配向および横方向の偏差において,RMSEを52.63%,75.04%削減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.773186211498283
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Reliable pipeline inspection is critical to safe energy transportation, but is constrained by long distances, complex terrain, and risks to human inspectors. Unmanned aerial vehicles provide a flexible sensing platform, yet reliable autonomous inspection remains challenging. This paper presents an autonomous quadrotor near-proximity pipeline inspection framework for three-dimensional scenarios based on image-based visual servoing model predictive control (VMPC). A unified predictive model couples quadrotor dynamics with image feature kinematics, enabling direct image-space prediction within the control loop. To address low-rate visual updates, measurement noise, and environmental uncertainties, an extended-state Kalman filtering scheme with image feature prediction (ESKF-PRE) is developed, and the estimated lumped disturbances are incorporated into the VMPC prediction model, yielding the ESKF-PRE-VMPC framework. A terrain-adaptive velocity design is introduced to maintain the desired cruising speed while generating vertical velocity references over unknown terrain slopes without prior terrain information. The framework is validated in high-fidelity Gazebo simulations and real-world experiments. In real-world tests, the proposed method reduces RMSE by 52.63% and 75.04% in pipeline orientation and lateral deviation in the image, respectively, for straight-pipeline inspection without wind, and successfully completes both wind-disturbance and bend-pipeline tasks where baseline method fails. An open-source nano quadrotor is modified for indoor experimentation.
- Abstract（参考訳）: 信頼性の高いパイプライン検査は安全なエネルギー輸送には不可欠であるが、長距離、複雑な地形、人間の検査者へのリスクに制約されている。
無人航空機はフレキシブルなセンシングプラットフォームを提供するが、信頼性のある自律的な検査は依然として難しい。
本稿では,画像に基づく視覚サーボモデル予測制御(VMPC)に基づく3次元シナリオを対象とした,自律的四重項近傍パイプライン検査フレームワークを提案する。
統合予測モデルは、四元子力学と画像特徴キネマティクスを結合し、制御ループ内の直接画像空間予測を可能にする。
画像特徴予測(ESKF-PRE)を用いた拡張状態カルマンフィルタリング手法を開発し,VMPC予測モデルに推定ラムプド障害を組み込んで,ESKF-PRE-VMPCフレームワークを実現する。
地形情報のない未知の地形斜面上での垂直速度基準を発生させながら、所望の巡航速度を維持するために、地形適応速度設計を導入する。
このフレームワークは、高忠実なGazeboシミュレーションと実世界の実験で検証されている。
実世界の実験では, 水平方向のパイプライン配向と横方向の偏差をそれぞれ52.63%, 75.04%削減し, ベースライン法が故障した場合の直流管検査を成功させた。
オープンソースのナノ四極子を室内実験のために改造する。
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