A Ground-Truth Video Dataset for the Development and Evaluation of Vision-based Sense-and-Avoid systems

The importance of vision-based systems for Sense-and-Avoid is increasing nowadays as remotely piloted and autonomous UAVs become part of the non-segregated airspace. The development and evaluation of these systems demand flight scenario images which are expensive and risky to obtain. Currently Augmented Reality techniques allow the compositing of real flight scenario images with 3D aircraft models to produce useful realistic images for system development and benchmarking purposes at a much lower cost and risk. With the techniques presented in this paper, 3D aircraft models are positioned firstly in a simulated 3D scene with controlled illumination and rendering parameters. Realistic simulated images are then obtained using an image processing algorithm which fuses the images obtained from the 3D scene with images from real UAV flights taking into account on board camera vibrations. Since the intruder and camera poses are user-defined, ground truth data is available. These ground truth annotations allow to develop and quantitatively evaluate aircraft detection and tracking algorithms. This paper presents the software developed to create a public dataset of 24 videos together with their annotations and some tracking application results.

La cabaña moderna. Microrrelatos de arquitecturas en busca de sentido

Desde la revolución ilustrada e industrial de finales del s. XVIII se ha venido desarrollando, con fuerza inigualada a lo largo de la historia, algo que es consustancial al hombre y que le ha permitido constituirse como tal frente al resto de animales: la técnica. Como sentencia Ortega, no hay hombre sin técnica. Pero, al mismo tiempo, va quedando cada vez más claro -como también nos señala Ortega- que el sentido y la causa de la técnica están fuera de ella, y que la técnica no es en rigor lo primero, sino que su finalidad le ha de ser prefijada por un deseo original pre-técnico. Si esto no fuera así el hombre perdería su propio sentido, pues el hombre es puro afán, un ente cuyo ser consiste no en lo que ya es, sino en la que aún no es. Sin embargo, el progresivo desencantamiento del mundo como consecuencia del desarrollo de la sociedad industrial vino a sustituir los viejos mitos por una interpretación racional y abstracta que renunciaba a cualquier búsqueda de sentido que trascendiese los hechos brutos. De este modo, la perdida de sentido del hombre frente a la técnica desarrollada por él mismo le dejaba desnortado y convertido en un sujeto pasivo en manos de un malentendido progreso. Frente a esta pérdida de sentido detectada ya a principios del siglo XX y denunciada con más fuerza a partir de la Segunda Guerra Mundial, el postmodernismo del último tramo del pasado siglo pudo no sólo oficializar su desaparición, sino consignar su deslegitimación. Ante a esto, sostenemos la necesaria existencia de sentido en cualquier arquitectura que se desarrolle plenamente y, especialmente, en la arquitectura de la modernidad -y aún de la modernidad tardía o postmodernidad- muchas de las veces no explicitado como tal frente al sobredimensionamiento técnico que ha venido marcando la pauta desde la revolución industrial. Al mismo tiempo, ya no se puede hablar de un único sentido, universalizable, sino de una pluralidad de sentidos que definirán distintas arquitecturas. Partiendo de la petitio principii de que el tema capital de la arquitectura en la modernidad ha sido la vivienda, el objeto arquitectónico que reúne las mejores características para desarrollar esta búsqueda de sentido lo hemos encontrado en la cabaña moderna, donde se cumple el aforismo corbusierano que señala que “quand l’économie est au maximum, l’intensité est au maximum”. Al mismo tiempo “al representar la plenitud a través de su misma negación”, la cabaña moderna se puede entender como una sublimación de la arquitectura a través de pequeños objetos donde han quedado destiladas las distintas esencias de la modernidad. Mediante el análisis de seis pequeñas construcciones situadas en archipiélagos arquitectónicos radicalmente distantes –el campamento de Ocatillo (F. Ll. Wright, 1929); la Caja (R. Erskine, 1942); el Cabanon (Le Corbusier, 1952); la casa cúpula en Carbondale (R. B. Fuller, 1960); el refugio en Oropesa (F. J. Sáenz de Oíza, c.1967-1977) y el pabellón de invitados en Kempsey (G. Murcutt, 1992)- la aparente aporía que supone la cabaña moderna, frente a la más lógica, en principio, cabaña primitiva, cobra sentido. Efectiva mente, el referente mítico de la cabaña primitiva, tal y como fue enunciado por Laugier, se correspondía con el estadio más primitivo de la modernidad, con sus orígenes, precisamente porque la crítica que se hacía en ella de la arquitectura se basaba en criterios exclusivamente técnicos que remitían a los orígenes constructivos de la arquitectura como fórmula para salir del entramado retórico en el que ésta se encontraba perdida. La cabaña moderna trasciende, sin embargo, aquella primitiva fase de la modernidad, de la que la cabaña de Laugier es paradigma, en la medida en que la crítica que se realiza ahora es doble, pues a la crítica de carácter técnico que encontramos en cada una de las cabañas se le añade una crítica de sentido que no se encuentra supeditada, en ninguno de los casos, a la componente técnica, tal y como sin embargo sucedía con Laugier, donde la pretendida regeneración moral de la arquitectura era consecuencia directa de su depuración técnica. En la cabaña moderna, al contrario, encontramos una pluralidad de sentidos que orientan y fuerzan el desarrollo de la techné en direcciones que llegan a ser radicalmente diferentes, construyendo unos relatos que habrán de ser, por tanto, necesariamente parciales, pero de los que la arquitectura, en cualquier caso no podrá prescindir si es que quiere seguir siendo fiel a sí misma, tal y como, efectivamente, lo comprendieron Wright, Erskine, Le Corbusier, Fuller, Sáenz de Oíza y Murcutt, cuando se esforzaron por que estas pequeñas arquitecturas que hemos visitado, tan sólo unas cabañas, fueran unas cabañas con sentido, unas cabañas modernas. ABSTRACT Since the illustrated and industrial revolution of the XVIII century it has been developing, with unequally strength through history, something that is inherent to man and that has allowed him to become himself against the rest of animals: technique. As Ortega says, there is no man without technique. But, at the same time, it is becoming increasingly clear –as Ortega also says- that the sense and the cause of the technique are beyond technique itself, and that technique is not actually the first thing, but that its purpose must be predefined by a pre-technique original desire. If it were not like this, man would lose his own sense, because man is pure desire, an entity whose being is not what already is, but what still doesn’t is. However, the progressive disenchantment of the world as the result of the development of the industrial society came to change the old myths by a rational and abstract interpretation that renounced to any search of meaning that transcended the brute facts. Thereby, the loss of sense of man against the technique developed by man himself let him aimless and converted in a passive object in the hands of a misunderstood progress. Against this loss of sense already detected at the beginning of the XX century and denounced in a stronger way since the Second World War, the postmodernism of the late decades of the last century could not only formalize its disappearance, but also consign its delegitimization. On the contrary, we maintain the necessary existence of sense in any architecture that is fully developed and, specially, in the modern architecture –and even in the late Modernism or Postmodernism- many times not made explicit as such against the technique oversizing that has been setting the pattern since the industrial revolution. At the same time, we can not talk about an only and universal sense, but about a plurality of senses that will define different architectures. On the basis of the petitio principii that dwelling has been the capital issue of modern architecture, the architectonic object that possesses the best features for developing this search of sense has been found in the modern hut, where is fulfil the Corbusieran aphorism that says that “quand l’économie est au maximum, l’intensité est au maximum”. At the same time, “representing plenitude through its own negation” the modern hut can be understood as a sublimation of architecture through small objects where the different essences of modernity have been distilled. Through the analysis of six small buildings located in radically distant architectonic archipelagos –the Ocatillo dessert camp (F. Ll. Wright, 1929); the Box (R. Erskine, 1942); the Cabanon (Le Corbusier, 1952); the dome-home in Carbondale (R. B. Fuller, 1960); the retreat in Oropesa (F. J. Sáenz de Oíza, c. 1967-1977) and the guest house in Kimpsey (G. Murcutt, 1992)- the apparent aporia that represents the modern hut, against the, initially, more logical primitive hut, makes sense. Indeed, the mythical reference of the primitive hut, as it was enunciated by Laugier, belonged to the most primitive state of modernity, with its origins, precisely because the criticism of the architecture that was made there was based in exclusively technique criteria, referring to the constructive origins of architecture as the formula to get out of the rhetoric labyrinth in which architecture was lost at the moment. However, the modern hut transcends that primitive phase of modernity, of which Laugier’s hut is paradigm, since the criticism that is made is double, because to the criticism on the technique that we find in every hut we must add a criticism on the sense that is never subordinated to the technique component, as it was the case in Laugier, where the intended architectonic moral regeneration was a direct consequence of its technical depuration. In the modern hut, on the contrary, we find a plurality of senses that guides and drives the development of techné in radically different directions, building narratives that must be, then, necessarilly partial, but of which architecture could never leave aside if it still wants to be faithful to itself, as Wright, Erskine, Le Corbusier, Fuller, Sáenz de Oíza and Murcutt seemed to understand when they tried hardly to make these small architectures that we have visited, these huts, huts full of sense, modern huts.

The environmental and economic effects of innovative measures in urban parcels delivery

The main scope of this research is to identify and evaluate solutions to redesign the parcels delivery logistic process to achieve higher level of quality, lower operational costs, energy consumptions and air pollution. The study is starting from the analysis of the delivery process managed by a leader company operating in Rome. Main delivery flows, personnel and fleet management costs, quality performances and environmental impacts are investigated. The results of this analysis are benchmarked with other European situations. On the basis of the feedback of this analysis, a set of operational measures, potentially able tackle the objectives, are identified and assessed by means of a simulative approach. The assessment is based on environmental and economic indicators allowing the comparison between new and reference scenarios from the viewpoints of the key players: operator, customer and Society. Moreover, the operational measures are combined into alternative packages by looking for the sets capable to maximize the benefits for the key players. The methodology, tested on Rome case study, is general and flexible enough to be extended to parcels delivery problem in different urban contexts, as well as to similar urban distribution problems (e.g. press, food, security, school)

Planning and Management of Mobility in Natural Protected Areas

The paper describes some relevant results of an on-going research aiming to elaborate a methodology to help the mobility management in natural parks, compatible with their protection missions: it has been developed a procedure to reproduce the mobility-environment relationships in various operational conditions. The final purpose is the identification of: a) the effects of various choices in transport planning, both at long term and strategic level; b) the most effective policies of mobility management. The work is articulated in the following steps: 1) definition of protected area on the basis of ecological and socio-economic criteria and legislative constraints; 2) analysis of mobility needs in the protected areas; 3) reconstruction of the state of the art of mobility management in natural parks at European level; 4) analysis of used traffic flows measurement methods; 5) analysis of environmental impacts due to transport systems modelling (air pollution and noise only); 6) identification of mitigation measures to be potentially applied. The whole methodology has been tested and validated on Italian case studies: i) the concerned area has been zoned according to the land-use peculiarities; ii) the local situations of transport infrastructure (roads and parking), services (public transport systems) and rules (traffic regulations) have been mapped with references to physical and functional attributes; iii) the mobility, both systematic and touristic, has been represented in an origin-destination matrix. By means of an assignment model the flows have been distributed and the corresponding average speeds to quantify gaseous and noise emissions was calculated, the criticalities in the reference scenario have been highlighted, as well as some alternative scenarios, including both operational and infrastructural measures have been identified. The comparison between projects and reference scenario allowed the quantification of effects (variation of emissions) for each scenario and a selection of the most effective management actions to be taken.

Vision-Based Tracking, Odometry and Control for UAV Autonomy

El principal objetivo de este trabajo es proporcionar una solución en tiempo real basada en visión estéreo o monocular precisa y robusta para que un vehículo aéreo no tripulado (UAV) sea autónomo en varios tipos de aplicaciones UAV, especialmente en entornos abarrotados sin señal GPS. Este trabajo principalmente consiste en tres temas de investigación de UAV basados en técnicas de visión por computador: (I) visual tracking, proporciona soluciones efectivas para localizar visualmente objetos de interés estáticos o en movimiento durante el tiempo que dura el vuelo del UAV mediante una aproximación adaptativa online y una estrategia de múltiple resolución, de este modo superamos los problemas generados por las diferentes situaciones desafiantes, tales como cambios significativos de aspecto, iluminación del entorno variante, fondo del tracking embarullado, oclusión parcial o total de objetos, variaciones rápidas de posición y vibraciones mecánicas a bordo. La solución ha sido utilizada en aterrizajes autónomos, inspección de plataformas mar adentro o tracking de aviones en pleno vuelo para su detección y evasión; (II) odometría visual: proporciona una solución eficiente al UAV para estimar la posición con 6 grados de libertad (6D) usando únicamente la entrada de una cámara estéreo a bordo del UAV. Un método Semi-Global Blocking Matching (SGBM) eficiente basado en una estrategia grueso-a-fino ha sido implementada para una rápida y profunda estimación del plano. Además, la solución toma provecho eficazmente de la información 2D y 3D para estimar la posición 6D, resolviendo de esta manera la limitación de un punto de referencia fijo en la cámara estéreo. Una robusta aproximación volumétrica de mapping basada en el framework Octomap ha sido utilizada para reconstruir entornos cerrados y al aire libre bastante abarrotados en 3D con memoria y errores correlacionados espacialmente o temporalmente; (III) visual control, ofrece soluciones de control prácticas para la navegación de un UAV usando Fuzzy Logic Controller (FLC) con la estimación visual. Y el framework de Cross-Entropy Optimization (CEO) ha sido usado para optimizar el factor de escala y la función de pertenencia en FLC. Todas las soluciones basadas en visión en este trabajo han sido probadas en test reales. Y los conjuntos de datos de imágenes reales grabados en estos test o disponibles para la comunidad pública han sido utilizados para evaluar el rendimiento de estas soluciones basadas en visión con ground truth. Además, las soluciones de visión presentadas han sido comparadas con algoritmos de visión del estado del arte. Los test reales y los resultados de evaluación muestran que las soluciones basadas en visión proporcionadas han obtenido rendimientos en tiempo real precisos y robustos, o han alcanzado un mejor rendimiento que aquellos algoritmos del estado del arte. La estimación basada en visión ha ganado un rol muy importante en controlar un UAV típico para alcanzar autonomía en aplicaciones UAV. ABSTRACT The main objective of this dissertation is providing real-time accurate robust monocular or stereo vision-based solution for Unmanned Aerial Vehicle (UAV) to achieve the autonomy in various types of UAV applications, especially in GPS-denied dynamic cluttered environments. This dissertation mainly consists of three UAV research topics based on computer vision technique: (I) visual tracking, it supplys effective solutions to visually locate interesting static or moving object over time during UAV flight with on-line adaptivity approach and multiple-resolution strategy, thereby overcoming the problems generated by the different challenging situations, such as significant appearance change, variant surrounding illumination, cluttered tracking background, partial or full object occlusion, rapid pose variation and onboard mechanical vibration. The solutions have been utilized in autonomous landing, offshore floating platform inspection and midair aircraft tracking for sense-and-avoid; (II) visual odometry: it provides the efficient solution for UAV to estimate the 6 Degree-of-freedom (6D) pose using only the input of stereo camera onboard UAV. An efficient Semi-Global Blocking Matching (SGBM) method based on a coarse-to-fine strategy has been implemented for fast depth map estimation. In addition, the solution effectively takes advantage of both 2D and 3D information to estimate the 6D pose, thereby solving the limitation of a fixed small baseline in the stereo camera. A robust volumetric occupancy mapping approach based on the Octomap framework has been utilized to reconstruct indoor and outdoor large-scale cluttered environments in 3D with less temporally or spatially correlated measurement errors and memory; (III) visual control, it offers practical control solutions to navigate UAV using Fuzzy Logic Controller (FLC) with the visual estimation. And the Cross-Entropy Optimization (CEO) framework has been used to optimize the scaling factor and the membership function in FLC. All the vision-based solutions in this dissertation have been tested in real tests. And the real image datasets recorded from these tests or available from public community have been utilized to evaluate the performance of these vision-based solutions with ground truth. Additionally, the presented vision solutions have compared with the state-of-art visual algorithms. Real tests and evaluation results show that the provided vision-based solutions have obtained real-time accurate robust performances, or gained better performance than those state-of-art visual algorithms. The vision-based estimation has played a critically important role for controlling a typical UAV to achieve autonomy in the UAV application.

Sistemas urbanos emergentes: procesos informales de gestión y producción de espacio público

Esta investigación analiza la capacidad del urbanismo de albergar sistemas emergentes de gestión urbana. El objetivo de esta tesis es describir estos procedimientos informales, realizando un exhaustivo recorrido a través de diversas experiencias de alteración del modo de gestión urbana al uso, para dar lugar a una sistematización de estos procesos que siente las bases para plantear nuevas formas de gestión urbana. Es decir, el fin no es tanto hacer una clasificación de las intervenciones más relevantes en materia urbana, sino descubrir su estructura, un orden para el desorden, una taxonomía en esas actuaciones que permita reformular las formas actuales de gestión de lo público. Se ha tratado de dibujar un mapa de oportunidades posibles en torno a la gestión del espacio urbano. A través de los procesos estudiados, esta investigación analiza los éxitos y fracasos obtenidos en los últimos cinco años de gestión alternativa de espacios vacantes, buscando extraer formulas susceptibles de incorporarse al modo actual de hacer ciudad. Este estudio pretende abordar un aspecto parcial, aunque fundamental del urbanismo, dando prioridad a lo público, sin la intención de negar el resto de formas del espacio urbano. Se concentra en los parámetros relativos a la interpretación de lo público: desatiende al conjunto urbano para descifrar ese fragmento. Así, el interés principal de esta tesis se concentra en la producción del espacio público. Al entender este ámbito como no exclusivo del urbanismo, otras actividades como el arte, la filosofía, la antropología o la sociología han aportado aspectos fundamentales dentro de esta investigación. De esta forma se ofrece un acercamiento poliédrico desde puntos de vista interdisciplinares, tratando de descubrir con rigor las posibilidades contrastadas de mejora del espacio urbano producido por los procesos emergentes de gestión informal de lo público. Mediante un metodología creada ex profeso (una estructura definida por tres líneas estratégicas: Gobernanza, Complejidad y Cohesión Social, que se desglosan en seis conceptos clave cada una) esta investigación analiza los aspectos relativos a la producción informal del espacio público de los sistemas emergentes. En relación con la Gobernanza, una parte de esta tesis se dedica al estudio de la informalidad, la transversalidad, la apropiación, la participación, la transparencia y las redes. La Complejidad se ha estudiado en su relación con la diversidad urbana, el uso sostenible del espacio público, la reactivación, la producción de espacio público, la ecología urbana y los procesos creativos. Para Cohesión Social se ha investigado la innovación en equipamientos, los procesos bottom-up, el rizoma, la identidad, los sistemas líquidos y el empoderamiento. Esta máquina para analizar se prueba en tres soportes urbanos: la escena urbana, los edificios-contenedores y los vacíos urbanos. Se han estudiado cinco situaciones urbanas en la ciudad de Madrid, seleccionados por ser las prácticas urbanas más relevantes de los últimos cinco años. Si bien este análisis nace de estos cincos casos, el modelo podría ser útil para otras investigaciones interesadas en los aspectos informales de la gestión urbana. Esta investigación se propone reclamar otras dimensiones más innovadoras que, si bien se escapan a los modos habituales de trabajar del urbanista, se revelan intensamente en los modos actuales de reclamar y producir espacio urbano. Se ha pretendido descubrir el espacio urbano como contenedor situacional del sentido público, potencial multiplicador de efectos funcionales como la gestión, la temporalidad, la participación, la rehabilitación, la multiplicidad de usos, la corrección del compacidad; efectos perceptuales y estéticos en la escena urbana; efectos políticos, de formación, de adquisición de poder; efectos sociales como la generación de nuevas redes, la creación de identidades. Se pretende que esta investigación arroje conclusiones que puedan tener aplicabilidad en la gestión y planificación del espacio público de ciudades y entornos urbanos inmersos a procesos semejantes. ABSTRACT This research examines the ability of urban planning to accommodate emerging urban management systems. The purpose of this thesis is to describe such informal procedures, by carrying out an exhaustive review across the different approaches to urban management, in order to systematize them as the basis for new ways of urban management. The aim is not, that is, to classify relevant urban interventions, but to recognize the intrinsic structure, an order for disorder, a taxonomy in those proceedings that could help reformulating existing forms of public management. The attempt has been to draw a map of possible opportunities around the management of urban space. Through the processes that have been the object of study, this research analyzes the successes and failures over the last five years of alternative management of vacant spaces, seeking to extract formulas that are likely to join the current way of making city. The focus of this urban study is the interpretation of public concepts, considered as key dimensions, not obliterating the other forms of urban space, but trying to make an in-depth analysis of this fragment within the global urban concept. Other activities intrinsically associated to public space generation, such as art, philosophy, anthropology or even sociology, are also contributing to this research. This interdisciplinary approach tries to enrich the research by recognizing the informal elements participating in emergent public management processes. The ex profeso devised methodology is structured by three main strategies: governance, complexity and Social Cohesiveness. Governance considers elements associated to informality, transversal dynamics, appropriation, participation, transparency and networking. Complexity encompasses elements of urban diversity, sustainable usage of public space, reactivation, urban space production, urban ecology and creative processes. Social Cohesiveness includes elements for equipment innovation, bottom-up processes, rhizome, identity, liquid systems and empowerment. This analyzing machine is tested on three urban scenarios: the urban scene, container buildings and empty spaces. Five relevant urban situations in Madrid have been selected, all of them developed in last five years, thus establishing the basis for other experiences of informal urban management. The result of the research, confirms the relevance of additional dimensions to traditional approaches for urban development. The urban space is recognized as a situational container of public sense and a potential multiplier of functional effects such as public management, temporality, participation, rehabilitation, multiplicity of uses, correction of compactness; perceptual and esthetic effects on the urban scene; politic effects, training, empowerment; social effects as generating new networks and identity creation. To sum up, the purpose of this thesis is to share the conclusions obtained by evaluating reference scenarios that could be applied in similar processes for cities and urban environment management and planning.