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An autonomous drone swarm for detecting and tracking anomalies among dense vegetation

Amala Arokia Nathan, Rakesh John und Strand, Sigrid Helene und Mehrwald, Daniel und Shutin, Dmitriy und Bimber, Oliver (2025) An autonomous drone swarm for detecting and tracking anomalies among dense vegetation. Communications Engineering (4). Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s44172-025-00546-8. ISSN 2731-3395.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.nature.com/articles/s44172-025-00546-8

Kurzfassung

Swarms of drones offer increased sensing aperture. When these swarms mimic natural behaviors, sampling is enhanced by adapting the aperture to local conditions. We demonstrate that this enables detection and tracking of heavily occluded targets. Object classification in conventional aerial images generalizes poorly due to occlusion randomness and is inefficient even under minimal occlusion. In contrast, anomaly detection applied to synthetic-aperture integral images remains robust in dense vegetation and independent of pre-trained classes. Our autonomous, centralized swarm searches for unknown or unexpected occurrences, tracking them while continuously adapting its sampling pattern to optimize local viewing conditions. We achieved average positional accuracies of 0,39 m with average precisions of 93.2 percent and average recalls of 95.9 percent. Here, adapted particle swarm optimization considers detection confidences and predicted target appearance. We present a new confidence metric that identifies the most abnormal targets and show that sensor noise can be effectively included in the synthetic aperture process, removing the need for costly optimization of high-dimensional parameter spaces. Finally, we provide a hardware-software framework enabling low-latency transmission and fast processing of video and telemetry data. Although our field experiments involved six drones, ongoing technological advances will soon enable larger, faster swarms for military and civil applications.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220233/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:An autonomous drone swarm for detecting and tracking anomalies among dense vegetation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Amala Arokia Nathan, Rakesh Johnjohn.rkh (at) gmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Strand, Sigrid Helenesigrid.strand (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0008-7721-5620200033744
Mehrwald, Danieldaniel.mehrwald (at) jku.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shutin, DmitriyDmitriy.Shutin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6065-6453200033745
Bimber, OliverOliver.Bimber (at) jku.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 November 2025
Erschienen in:Communications Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1038/s44172-025-00546-8
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2731-3395
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Swarming, Synthetic Aperture Imaging, dense vegetation, occlusion removal
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HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - INTAS - Intelligente Ad-Hoc Sensornetzwerke
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Shutin, Dmitriy
Hinterlegt am:17 Dez 2025 16:49
Letzte Änderung:18 Dez 2025 12:31

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