Collaborative Research: NRI: Integration of Autonomous UAS in Wildland Fire Management

合作研究:NRI:自主无人机在荒地火灾管理中的整合

基本信息

  • 批准号:
    2132798
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 87.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2025-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This research project, in cooperation with the Ohio Department of Natural Resources (Division of Forestry), focuses on autonomous unmanned aerial systems (UAS) for operations in hazardous environments to perform wildfire monitoring during prescribed burns for fire prevention and mitigation. Climate change in the US has exacerbated wildfires and intensified the Department of Natural Resources activities in response. Experts from the areas of forest management and ecology, uncertainty quantification, sensor fusion and data-driven modeling and control collaborate to deploy autonomous aerial robotic systems in unstructured, uncertain, and hazardous fire environments. The research from these collaborations aids wildland-urban planning, preparing for and sustainment of a safe wildland fire response; in particular, this research contributes to understanding how topographic, atmospheric and forest fuel factors in temperate hardwood forests influence fire intensity and rate of spread. This project invites and encourages students to participate in robotics research. Through its outreach activities, the project also informs the general public of the value of robotics research for addressing societal challenges.Theoretical, computational, and experimental methods and materials developed in this work enhance situational awareness and enables autonomous risk-aware decision-making in unstructured and uncertain hazardous environments. UAS path planning will formulate and solve novel resource chance-constrained optimization problems. UAS will bypass computational heavy lifting to generate in-time micro-level local conditions by enabling physics-informed learning through Koopman operator theory. New sensor belief functions will be designed that accurately reflect sensing ignorance contained in hypotheses related to the fire environment. Evidential information fusion will effectively handle sensor epistemic uncertainty and allow reliable integration in an environment where not all data is trustworthy. Data-driven control will enable efficient and reliable operation of autonomous vehicles with uncertain dynamics in real time by using available knowledge of applied inputs and observed outputs, to learn the unknown inputs even without prior training data or persistent excitation. Real-time estimates of disturbance forces and torques acting on an UAS obtained by the disturbance observer will provide information on the turbulence and air flow around a wildland fire region.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该研究项目与俄亥俄州自然资源部(林业司)合作,重点研究在危险环境中操作的自主无人机系统(UAS),以便在规定的烧伤期间进行野火监测,以预防和减轻火灾。美国的气候变化加剧了野火,并加强了自然资源部的应对活动。来自森林管理和生态、不确定性量化、传感器融合和数据驱动建模和控制领域的专家合作,在非结构化、不确定和危险的火灾环境中部署自主空中机器人系统。这些合作的研究有助于荒地城市规划,准备和维持安全的荒地火灾响应;特别是,本研究有助于了解温带阔叶林的地形、大气和森林燃料因素对火灾强度和蔓延速度的影响。本项目邀请并鼓励学生参与机器人研究。通过其推广活动,该项目还告知公众机器人研究对解决社会挑战的价值。在这项工作中开发的理论、计算和实验方法和材料增强了态势感知,并在非结构化和不确定的危险环境中实现了自主风险感知决策。UAS路径规划将制定和解决新的资源机会约束优化问题。UAS将绕过繁重的计算工作,通过通过Koopman算子理论实现物理信息学习,及时生成微观局部条件。将设计新的传感器信念函数,以准确反映与火灾环境有关的假设中包含的感知无知。证据信息融合将有效地处理传感器认知的不确定性,并在并非所有数据都可信的环境中实现可靠的集成。数据驱动控制将利用应用输入和观察输出的可用知识,在没有事先训练数据或持续激励的情况下,学习未知输入,从而使具有不确定动态的自动驾驶汽车实时高效可靠地运行。扰动观测者获得的作用在无人机上的扰动力和扭矩的实时估计将提供有关野火区域周围湍流和气流的信息。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Risk-Aware Path Planning for Unmanned Aerial Systems in a Spreading Wildfire
  • DOI:
    10.2514/1.g006365
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rachit Aggarwal;Alexander A. Soderlund;Mrinal Kumar;David J. Grymin
  • 通讯作者:
    Rachit Aggarwal;Alexander A. Soderlund;Mrinal Kumar;David J. Grymin
Hybrid A* path search with resource constraints and dynamic obstacles
  • DOI:
    10.3389/fpace.2022.1076271
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Alan C. Cortez;Bryce T. Ford;I. Nayak;S. Narayanan;Mrinal Kumar
  • 通讯作者:
    Alan C. Cortez;Bryce T. Ford;I. Nayak;S. Narayanan;Mrinal Kumar
Effects of Wildland Fuel Composition on Fire Intensity
荒地燃料成分对火灾强度的影响
  • DOI:
    10.3390/fire6080312
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Dong, Ziyu;Williams, Roger A.
  • 通讯作者:
    Williams, Roger A.
Backtracking Hybrid Α* for Resource Constrained Path Planning
资源受限路径规划的回溯混合α*
  • DOI:
    10.2514/6.2022-1592
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ford, Bryce T.;Aggarwal, Rachit;Kumar, Mrinal;Manyam, Satyanarayana G.;Casbeer, David;Grymin, David
  • 通讯作者:
    Grymin, David
Finite-time stable disturbance observer for unmanned aerial vehicles
  • DOI:
    10.23919/acc53348.2022.9867308
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    P. Bhale;Mrinal Kumar;A. Sanyal
  • 通讯作者:
    P. Bhale;Mrinal Kumar;A. Sanyal
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Mrinal Kumar其他文献

An exponential lower bound for homogeneous depth-5 circuits over finite fields
有限域上齐次深度 5 电路的指数下界
Hardness-Randomness Tradeoffs for Algebraic Computation
代数计算的硬度-随机权衡
  • DOI:
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mrinal Kumar;Ramprasad Saptharishi
  • 通讯作者:
    Ramprasad Saptharishi
A MCMC/Bernstein approach to chance constrained programs
MCMC/Bernstein 解决机会受限项目的方法
  • DOI:
    10.1109/acc.2014.6859159
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zinan Zhao;Mrinal Kumar
  • 通讯作者:
    Mrinal Kumar
Surgical Management of Metastatic Colorectal Cancer: A Single-Centre Experience on Oncological Outcomes of Pulmonary Resection vs Cytoreductive Surgery and HIPEC
转移性结直肠癌的手术治疗:肺切除术与细胞减灭术和 HIPEC 肿瘤学结果的单中心经验
  • DOI:
    10.1007/s12029-016-9895-4
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    E. Wong;G. Tan;D. Ng;T. Koh;Mrinal Kumar;M. Teo
  • 通讯作者:
    M. Teo
Wildland Fire Rate of Spread Estimation Using an Autonomous Unmanned Aerial System: A Case Study
使用自主无人机系统进行荒地火势蔓延估计:案例研究
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bryce T. Ford;Joon Tai Kim;Ziyu Dong;Roger Williams;Mrinal Kumar
  • 通讯作者:
    Mrinal Kumar

Mrinal Kumar的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Mrinal Kumar', 18)}}的其他基金

CAREER: An Integrated Hybrid Forecasting Framework for Increased Wind Power Penetration
职业生涯:提高风电渗透率的综合混合预测框架
  • 批准号:
    1700753
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: An Integrated Hybrid Forecasting Framework for Increased Wind Power Penetration
职业生涯:提高风电渗透率的综合混合预测框架
  • 批准号:
    1254244
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

复杂电子产品超精密加工及检测关键技术研究与应用
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于合成生物学的动物底盘品种优化及中试应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
运用组学整合技术探索萆薢分清散联合化疗治疗晚期胰腺癌的临床研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
九里香等提取物多靶向制剂抗肺癌的作用及机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
升血小板方治疗原发免疫性血小板减少症的临床研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
八髎穴微波热疗在女性膀胱过度活动症治疗中的价值研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于 miR-455-5p 介导的氧化应激机制探讨糖尿病视网膜病变中医分型治疗的临床研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于 UPLC-Q-TOF-MS/MS 分析的 异功散活性成分评价及提取工艺研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
无创电针对于痉挛型双瘫脑 瘫患儿的有效性与安全性研究:一项随机 单盲前瞻性队列研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
弹压式手法与体外冲击波治疗肱骨外上髁炎的对比研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

NRI/Collaborative Research: Robotic Disassembly of High-Precision Electronic Devices
NRI/合作研究:高精度电子设备的机器人拆卸
  • 批准号:
    2422640
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robust Design and Reliable Autonomy for Transforming Modular Hybrid Rigid-Soft Robots
NRI/合作研究:用于改造模块化混合刚软机器人的稳健设计和可靠自主性
  • 批准号:
    2327702
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Understanding Underlying Risks and Sociotechnical Challenges of Powered Wearable Exoskeleton to Construction Workers
合作研究:NRI:了解建筑工人动力可穿戴外骨骼的潜在风险和社会技术挑战
  • 批准号:
    2410255
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI: FND: Collaborative Research: DeepSoRo: High-dimensional Proprioceptive and Tactile Sensing and Modeling for Soft Grippers
NRI:FND:合作研究:DeepSoRo:软抓手的高维本体感受和触觉感知与建模
  • 批准号:
    2348839
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Reducing Falling Risk in Robot-Assisted Retail Environments
合作研究:NRI:降低机器人辅助零售环境中的跌倒风险
  • 批准号:
    2132936
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robust Design and Reliable Autonomy for Transforming Modular Hybrid Rigid-Soft Robots
NRI/合作研究:用于改造模块化混合刚软机器人的稳健设计和可靠自主性
  • 批准号:
    2133019
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Remotely Operated Reconfigurable Walker Robots for Eldercare
合作研究:NRI:用于老年护理的远程操作可重构步行机器人
  • 批准号:
    2133075
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Smart Skins for Robotic Prosthetic Hand
合作研究:NRI:机器人假手智能皮肤
  • 批准号:
    2221479
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NRI/Collaborative Research: Robot-Assisted Feeding: Towards Efficient, Safe, and Personalized Caregiving Robots
NRI/合作研究:机器人辅助喂养:迈向高效、安全和个性化的护理机器人
  • 批准号:
    2132847
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Reducing Falling Risk in Robot-Assisted Retail Environments
合作研究:NRI:降低机器人辅助零售环境中的跌倒风险
  • 批准号:
    2132937
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 87.3万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了