Un algoritmo de planificación de rutas de cobertura multiobjetivo para UAVs para cubrir regiones distribuidas espacialmente en entornos urbanos
Autores: Majeed, Abdul; Hwang, Seong Oun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un algoritmo de planificación de rutas de cobertura multiobjetivo para UAVs para cubrir regiones distribuidas espacialmente en entornos urbanos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Algoritmo de planificación de trayectorias de vuelo
Vehículos aéreos no tripulados
Entornos urbanos en 3D
Obstáculos
Cobertura
Múltiples objetivos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un algoritmo de planificación de rutas de vuelo de cobertura multiobjetivo que encuentra rutas de mínima longitud, libres de colisiones y volables para vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos urbanos tridimensionales (3D) que habitan múltiples obstáculos para cubrir regiones distribuidas espacialmente. En muchas aplicaciones prácticas, a menudo se requiere que los UAV cubran completamente múltiples regiones distribuidas espacialmente ubicadas en entornos urbanos 3D mientras evitan obstáculos. Este problema es relativamente complejo ya que requiere la optimización de rutas tanto interregionales (por ejemplo, viajar de una región/ciudad a otra) como intrarregionales (por ejemplo, dentro de una región/ciudad). Para resolver este problema complejo, encontramos el orden de recorrido de cada área de interés (AOI) en forma de un recorrido grueso (es decir, un grafo) con la ayuda de un algoritmo de optimización por colonias de hormigas (ACO) al formularlo como un problema del vendedor viajero (TSP) desde el centro de cada AOI, que se optimiza posteriormente. El problema de encontrar rutas intrarregionales se resuelve con la integración de barridos de huellas de sensores ajustados (SFS) y grafos de puntos de paso dispersos (SWG) en el AOI. Para encontrar una ruta que cubra todos los puntos accesibles de un AOI, ajustamos menos SFS más largos y suaves de tal manera que la mayor parte de un AOI pueda ser cubierta con menos barridos. Además, se calcula el orden de recorrido de bajo costo de cada SFS, y se construye el SWG conectando los SFS mientras se respetan las restricciones globales y locales. Encuentra una solución global (es decir, ruta inter + intrarregional) sin sacrificar las garantías sobre el tiempo de cálculo, el número de maniobras de giro, la cobertura perfecta, la superposición de rutas y la longitud de la ruta. Los resultados obtenidos de varios escenarios representativos muestran que el algoritmo propuesto es capaz de calcular rutas de cobertura de bajo costo para la navegación de UAV en entornos urbanos.
Descripción
Este documento presenta un algoritmo de planificación de rutas de vuelo de cobertura multiobjetivo que encuentra rutas de mínima longitud, libres de colisiones y volables para vehículos aéreos no tripulados (UAV) en entornos urbanos tridimensionales (3D) que habitan múltiples obstáculos para cubrir regiones distribuidas espacialmente. En muchas aplicaciones prácticas, a menudo se requiere que los UAV cubran completamente múltiples regiones distribuidas espacialmente ubicadas en entornos urbanos 3D mientras evitan obstáculos. Este problema es relativamente complejo ya que requiere la optimización de rutas tanto interregionales (por ejemplo, viajar de una región/ciudad a otra) como intrarregionales (por ejemplo, dentro de una región/ciudad). Para resolver este problema complejo, encontramos el orden de recorrido de cada área de interés (AOI) en forma de un recorrido grueso (es decir, un grafo) con la ayuda de un algoritmo de optimización por colonias de hormigas (ACO) al formularlo como un problema del vendedor viajero (TSP) desde el centro de cada AOI, que se optimiza posteriormente. El problema de encontrar rutas intrarregionales se resuelve con la integración de barridos de huellas de sensores ajustados (SFS) y grafos de puntos de paso dispersos (SWG) en el AOI. Para encontrar una ruta que cubra todos los puntos accesibles de un AOI, ajustamos menos SFS más largos y suaves de tal manera que la mayor parte de un AOI pueda ser cubierta con menos barridos. Además, se calcula el orden de recorrido de bajo costo de cada SFS, y se construye el SWG conectando los SFS mientras se respetan las restricciones globales y locales. Encuentra una solución global (es decir, ruta inter + intrarregional) sin sacrificar las garantías sobre el tiempo de cálculo, el número de maniobras de giro, la cobertura perfecta, la superposición de rutas y la longitud de la ruta. Los resultados obtenidos de varios escenarios representativos muestran que el algoritmo propuesto es capaz de calcular rutas de cobertura de bajo costo para la navegación de UAV en entornos urbanos.