翁 磊, 杨 扬, 钟雨轩

多无人艇协同遍历路径规划算法

翁 磊1, 杨 扬1, 钟雨轩2*

(1. 上海大学 机电工程与自动化学院, 上海, 200444; 2. 上海大学 计算机工程与科学学院, 上海, 200444)

为了实现对岛礁及周围海域水下地貌信息的获取, 同时使用多个无人扫测艇进行协同测绘以提高测绘效率, 文中提出一种协同遍历路径规划算法: 采用扫描线多边形方法得到动态栅格地图, 建立水域环境模型, 基于-means++算法对任务区域进行分配, 分配区域内使用启发式路径规划算法得到完全遍历路径。仿真结果满足区域分配的均匀性和遍历路径的连通性要求。在此基础上提出了动态重规划算法, 根据实时可工作无人艇数量对未遍历区域进行重分配。仿真结果证明, 在不同间距的栅格地图中, 协同遍历算法均提高了测绘效率, 路径重复率较低, 可以快速高效地实现动态重规划。

无人扫测艇; 协同;-means++算法; 遍历路径规划; 动态重规划

0 引言

由于岛礁周围水域地形复杂, 使用传统人工测绘方式效率低下且有人员安全风险, 因此亟需一种智能海洋勘测装备。无人扫测艇[1]具有吃水浅, 机动性强, 路径跟随稳定等特点, 非常适用于岛礁测绘。面对一些复杂且广阔的岛礁环境, 使用单个无人扫测艇对作业区域进行扫测时间较长, 鲁棒性差, 因此使用多个无人扫测艇组成多无人艇系统对作业区域进行协同测绘可以提高整体扫测效率和实验系统的鲁棒性[2-3]。

目前, 多智能体协同区域遍历问题多采用基于神经网络的方法和粒子群算法等[4], 这些智能算法易于在多无人车和多无人机等全驱动的系统中实现且计算量大。……