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Deep Learning Based Topography Aware Gas Source Localization with Mobile Robot

Tian, Changhao und Wang, Annan und Fan, Han und Wiedemann, Thomas und Luo, Yifei und Yang, Le und Lin, Weisi und Lilienthal, Achim und Chen, Xiaodong (2025) Deep Learning Based Topography Aware Gas Source Localization with Mobile Robot. In: 2025 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2025. 2025 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2025-05-19 - 2025-05-23, Atlanta, GA, USA. doi: 10.1109/ICRA55743.2025.11128134. ISBN 979-833154139-2. ISSN 1050-4729.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
3MB

Kurzfassung

Gas source localization in complex environments is critical for applications such as environmental monitoring, industrial safety, and disaster response. Traditional methods often struggle with the challenges posed by a lack of environmental topography integration, especially when interactions between wind and obstacles distort gas dispersion patterns. In this paper, we propose a deep learning-based approach, which leverages spatial context and environmental mapping to enhance gas source localization. By integrating Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) with a U-Net-based model, our method predicts the likelihood of gas source locations by analyzing gas sensor data, wind flow, and topography of the environment represented by a 2D occupancy map. We demonstrate the efficacy of our approach using a wheeled robot equipped with a photoionization detector, a LIDAR, and an anemometer, in various scenarios with dynamic wind fields and multiple obstacles. The results show that our approach can robustly locate gas sources, even in challenging environments with fluctuating wind directions, outperforming conventional methods by utilizing topography contextual information. This study underscores the importance of topographical context in gas source localization and offers a flexible and robust solution for real-world applications. Data and code are publicly available.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/216949/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Deep Learning Based Topography Aware Gas Source Localization with Mobile Robot
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Tian, ChanghaoNanyang Technological University, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, AnnanNanyang Technological University, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fan, HanTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wiedemann, ThomasThomas.Wiedemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Luo, YifeiInstitute of Materials Research and Engineering, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, LeNational University of Singapore, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lin, WeisiNanyang Technological University, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lilienthal, AchimTUMNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Chen, XiaodongNanyang Technological University, SingaporeNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2025
Erschienen in:2025 IEEE International Conference on Robotics and Automation, ICRA 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1109/ICRA55743.2025.11128134
ISSN:1050-4729
ISBN:979-833154139-2
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gas Source Localization, Robot Olfaction, Machine Olfaction, Cognitive Robotics, Deep Learning, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)
Veranstaltungstitel:2025 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
Veranstaltungsort:Atlanta, GA, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:19 Mai 2025
Veranstaltungsende:23 Mai 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Kommunikation, Navigation, Quantentechnologien
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R KNQ - Kommunikation, Navigation, Quantentechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Schwarmnavigation, V - INTAS - Intelligente Ad-Hoc Sensornetzwerke
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Wiedemann, Thomas
Hinterlegt am:30 Sep 2025 13:55
Letzte Änderung:30 Sep 2025 13:55

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