Reconstrucción espacio-temporal de cultivos utilizando estrategias de sensado activo
Resumen
La gestión eficaz de la incertidumbre es crucial y desafiante en SLAM Activo
(ASLAM), donde la toma de decisiones óptimas para la exploración y el mapeo
autónomo es un problema NP-hard. Aplicaciones críticas como la robótica de
servicios o la Búsqueda y Rescate (SAR) demandan mapas fiables, pero los
enfoques tradicionales basados en mapas de ocupación y Fronteras Clásicas (FC)
a menudo carecen de mecanismos robustos para representar, evaluar y explotar la
incertidumbre del mapa y del agente.
Esta tesis introduce un marco teórico novedoso fundamentado en las
Probabilidades de Dispersión (PD), una métrica probabilística (P D ∈ [0, 1])
flexible e interpretable propuesta para cuantificar la incertidumbre local de las
estimaciones robóticas relativa a tolerancias definidas por el usuario. A partir de
las PD, se construye un Mapa de Incertidumbre (MI) espacial, que a su vez permite
definir dos herramientas originales: las Fronteras de Incertidumbre (FI) y el índice
SiREn (Entropía Relativa con Signo). Las FI, detectadas por altos gradientes en
el MI y condicionadas por un umbral de incertidumbre máxima tolerable (σmax),
generalizan las FC para guiar no solo la exploración de lo desconocido, sino también
la re-exploración de áreas mapeadas con alta incertidumbre, facilitando cierres de
lazo. El índice SiREn, basado en la divergencia KL, proporciona una métrica global
para evaluar cuantitativamente la calidad del mapa, balanceando cobertura y baja
incertidumbre.
La viabilidad y utilidad del marco se validaron mediante simulaciones 2D, que
demostraron la superioridad de planificadores basados en FI sobre los basados en FC
en términos de calidad del mapa final (evaluado por SiREn), y mediante el análisis
de datos reales 3D de un entorno agrícola complejo, utilizando un sistema SLAM
adaptado que proporciona incertidumbre 6DOF (estimada vía PD). Este análisis 3D
confirmó la capacidad de las FI para identificar regiones que requieren mejora y lautilidad de SiREn para evaluar el impacto de la calidad de los datos y los criterios
de incertidumbre (σmax) en la reconstrucción final.
En su totalidad, este trabajo aporta un conjunto coherente de herramientas para
la toma de decisiones consciente de la incertidumbre en ASLAM, sentando las bases
para sistemas de mapeo autónomo más eficientes, robustos y capaces de generar
reconstrucciones con calidad controlada y evaluable.
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