PAIR: Un A* Híbrido con Planificador de Rutas PPO para Navegación Multi-UAV en Entornos Urbanos MEC Dinámicos en 2-D
Autores: Taher, Bahaa Hussein; Luo, Juan; Qiao, Ying; Sayegh, Hussein Ridha
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
PAIR: Un A* Híbrido con Planificador de Rutas PPO para Navegación Multi-UAV en Entornos Urbanos MEC Dinámicos en 2-D
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículo aéreo no tripulado múltiple
Ciudades inteligentes
Computación en el borde móvil
Planificador híbrido descentralizado
Redes urbanas
Barrido de densidad de obstáculos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las aplicaciones emergentes de vehículos aéreos no tripulados múltiples (multi-UAV) en ciudades inteligentes deben navegar por un espacio aéreo congestionado mientras cumplen con plazos estrictos de computación en el borde móvil (MEC). Los planificadores de cuadrícula clásicos, incluidos A-star (A*), D-star Lite (D* Lite) y búsqueda basada en conflictos con D-star Lite (CBS-D*) y metaheurísticas como la optimización por enjambre de partículas (PSO), o bien replantean demasiado lentamente en escenas dinámicas o desperdician energía en largos desvíos. Este documento presenta el refinamiento incremental ajustado por PPO (PAIR), un planificador híbrido descentralizado que acopla un esqueleto global A* con un módulo de refinamiento continuo PPO para la navegación multi-UAV en cuadrículas urbanas bidimensionales (2-D). A* produce rutas de waypoint factibles, mientras que una política PPO compartida y consciente del riesgo aplica desplazamientos locales a partir de una codificación de estado compacta. Las tareas de MEC son asignadas por un programador heterogéneo separado; PPO optimiza objetivos geométricos (longitud del camino, riesgo y un sustituto de energía de propulsión normalizado). A través de nueve escenarios de referencia con obstáculos estáticos y dinámicos markovianos, PAIR logra un 100% de éxito en la misión (igualando las bases más fuertes) mientras entrega el mejor sustituto de energía (104.9 unidades normalizadas) y el tiempo medio de viaje más corto (207.8 s) en una cuadrícula reproducible de 100 x 100 a velocidad fija de UAV. En comparación con la base no aprendida más fuerte (PSO), PAIR reduce la energía en aproximadamente un 4% y el tiempo de viaje en aproximadamente un 3%, y produce ganancias de aproximadamente 10-20% sobre los demás planificadores. Un barrido de densidad de obstáculos con 5-30 obstáculos en movimiento muestra además que PAIR mantiene caminos más cortos y el tiempo de replanteo acumulativo más bajo, apoyando la navegación multi-UAV en tiempo real en entornos urbanos dinámicos de MEC.
Descripción
Las aplicaciones emergentes de vehículos aéreos no tripulados múltiples (multi-UAV) en ciudades inteligentes deben navegar por un espacio aéreo congestionado mientras cumplen con plazos estrictos de computación en el borde móvil (MEC). Los planificadores de cuadrícula clásicos, incluidos A-star (A*), D-star Lite (D* Lite) y búsqueda basada en conflictos con D-star Lite (CBS-D*) y metaheurísticas como la optimización por enjambre de partículas (PSO), o bien replantean demasiado lentamente en escenas dinámicas o desperdician energía en largos desvíos. Este documento presenta el refinamiento incremental ajustado por PPO (PAIR), un planificador híbrido descentralizado que acopla un esqueleto global A* con un módulo de refinamiento continuo PPO para la navegación multi-UAV en cuadrículas urbanas bidimensionales (2-D). A* produce rutas de waypoint factibles, mientras que una política PPO compartida y consciente del riesgo aplica desplazamientos locales a partir de una codificación de estado compacta. Las tareas de MEC son asignadas por un programador heterogéneo separado; PPO optimiza objetivos geométricos (longitud del camino, riesgo y un sustituto de energía de propulsión normalizado). A través de nueve escenarios de referencia con obstáculos estáticos y dinámicos markovianos, PAIR logra un 100% de éxito en la misión (igualando las bases más fuertes) mientras entrega el mejor sustituto de energía (104.9 unidades normalizadas) y el tiempo medio de viaje más corto (207.8 s) en una cuadrícula reproducible de 100 x 100 a velocidad fija de UAV. En comparación con la base no aprendida más fuerte (PSO), PAIR reduce la energía en aproximadamente un 4% y el tiempo de viaje en aproximadamente un 3%, y produce ganancias de aproximadamente 10-20% sobre los demás planificadores. Un barrido de densidad de obstáculos con 5-30 obstáculos en movimiento muestra además que PAIR mantiene caminos más cortos y el tiempo de replanteo acumulativo más bajo, apoyando la navegación multi-UAV en tiempo real en entornos urbanos dinámicos de MEC.