Dga-aco: mejorada planificación de rutas de algoritmo genético dinámico-optimización de colonia de hormigas para agribots
Autores: Zhang, Zhenpeng; Li, Pengyu; Chai, Shanglei; Cui, Yukang; Tian, Yibin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Dga-aco: mejorada planificación de rutas de algoritmo genético dinámico-optimización de colonia de hormigas para agribots
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas Generales
Palabras clave
Avances
Robots móviles agrícolas
Algoritmos de planificación de rutas
Evasión dinámica de obstáculos
Consumo de energía
Algoritmo genético
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Los avances recientes en robots móviles agrícolas (agribots) han permitido la ejecución de tareas críticas como la inspección de cultivos, la pulverización de precisión y la cosecha selectiva. Aunque los agribots muestran un potencial significativo, los algoritmos convencionales de planificación de rutas sufren de tres limitaciones: (1) una evasión de obstáculos dinámicos inadecuada, que puede comprometer la seguridad operativa, (2) una convergencia prematura a óptimos locales y (3) un consumo excesivo de energía debido a trayectorias subóptimas. Para superar estos desafíos, este estudio propone un marco mejorado de Algoritmo Genético Dinámico-Optimización de Colonias de Hormigas (DGA-ACO). Integra un modelo de mapeo de riesgos-penalidades en 2D con mecanismos de evasión de obstáculos dinámicos, mejora la asignación de feromonas del sistema de hormigas máx-mín a través de operadores adaptativos de cruce-mutación e incorpora un modelo oculto de Markov para predecir con precisión las trayectorias de obstáculos. Una función de aptitud multiobjetivo optimiza simultáneamente la longitud de la ruta, la eficiencia energética y las métricas de seguridad, mientras que los operadores genéticos evitan la estancamiento algorítmico. Las simulaciones en diferentes escenarios muestran que DGA-ACO supera a Dijkstra, A*, algoritmo genético, optimización de colonias de hormigas y otros métodos de vanguardia. Logra reducir la longitud de las rutas y mejorar la suavidad del movimiento al tiempo que logra un cierto grado de evasión de obstáculos dinámicos en el proceso de planificación de rutas global.
Descripción
Los avances recientes en robots móviles agrícolas (agribots) han permitido la ejecución de tareas críticas como la inspección de cultivos, la pulverización de precisión y la cosecha selectiva. Aunque los agribots muestran un potencial significativo, los algoritmos convencionales de planificación de rutas sufren de tres limitaciones: (1) una evasión de obstáculos dinámicos inadecuada, que puede comprometer la seguridad operativa, (2) una convergencia prematura a óptimos locales y (3) un consumo excesivo de energía debido a trayectorias subóptimas. Para superar estos desafíos, este estudio propone un marco mejorado de Algoritmo Genético Dinámico-Optimización de Colonias de Hormigas (DGA-ACO). Integra un modelo de mapeo de riesgos-penalidades en 2D con mecanismos de evasión de obstáculos dinámicos, mejora la asignación de feromonas del sistema de hormigas máx-mín a través de operadores adaptativos de cruce-mutación e incorpora un modelo oculto de Markov para predecir con precisión las trayectorias de obstáculos. Una función de aptitud multiobjetivo optimiza simultáneamente la longitud de la ruta, la eficiencia energética y las métricas de seguridad, mientras que los operadores genéticos evitan la estancamiento algorítmico. Las simulaciones en diferentes escenarios muestran que DGA-ACO supera a Dijkstra, A*, algoritmo genético, optimización de colonias de hormigas y otros métodos de vanguardia. Logra reducir la longitud de las rutas y mejorar la suavidad del movimiento al tiempo que logra un cierto grado de evasión de obstáculos dinámicos en el proceso de planificación de rutas global.