Método de Asignación de Tareas y Planificación de Rutas para Vehículos Submarinos No Tripulados
Autores: Liu, Feng; Xu, Wei; Feng, Zhiwen; Yu, Changdong; Liang, Xiao; Su, Qun; Gao, Jian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Método de Asignación de Tareas y Planificación de Rutas para Vehículos Submarinos No Tripulados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Operaciones cooperativas
Vehículos submarinos no tripulados
Planificación de rutas
Asignación de tareas
Algoritmo mejorado del lobo gris
Algoritmo GR-RRT*
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Las operaciones cooperativas de Vehículos Submarinos No Tripulados (UUV) tienen amplias aplicaciones en campos como la exploración marina, la observación ecológica y la seguridad submarina. La planificación de rutas, como una tecnología clave para la navegación autónoma de los UUV, es crucial para mejorar la adaptabilidad y la eficiencia en la ejecución de misiones de los UUV en entornos marinos complicados. Sin embargo, los métodos existentes aún tienen un margen significativo de mejora en el manejo de obstáculos, la coordinación de múltiples tareas y otros problemas complejos. Para superar estos problemas, proponemos un método de asignación de tareas y planificación de rutas para los UUV. Primero, introducimos un mecanismo de asignación de tareas basado en un Algoritmo de Lobo Gris Mejorado (IGWA). Este mecanismo considera de manera integral factores como el valor del objetivo, la distancia y las limitaciones de capacidad de los UUV para lograr una asignación de tareas eficiente y razonable entre los UUV. Para mejorar la eficiencia y precisión de la búsqueda en la asignación de tareas, se incorpora una estrategia de mapeo caótico en círculo en el GWA tradicional para mejorar la diversidad de la población. Además, se integra un mecanismo de evolución diferencial para mejorar las capacidades de búsqueda local, mitigando efectivamente los problemas de convergencia prematura. En segundo lugar, se emplea un algoritmo RRT* mejorado denominado GR-RRT* para la planificación de rutas de los UUV. Al diseñar una estrategia de guía, la probabilidad de muestreo cerca de los puntos objetivo sigue una distribución gaussiana bidimensional, asegurando la seguridad en la evitación de obstáculos mientras se reduce el muestreo redundante y se mejora la eficiencia de planificación. Los resultados experimentales demuestran que el mecanismo de asignación de tareas propuesto y el algoritmo de planificación de rutas mejorado exhiben ventajas significativas en la tasa de finalización de tareas y la eficiencia de optimización de rutas.
Descripción
Las operaciones cooperativas de Vehículos Submarinos No Tripulados (UUV) tienen amplias aplicaciones en campos como la exploración marina, la observación ecológica y la seguridad submarina. La planificación de rutas, como una tecnología clave para la navegación autónoma de los UUV, es crucial para mejorar la adaptabilidad y la eficiencia en la ejecución de misiones de los UUV en entornos marinos complicados. Sin embargo, los métodos existentes aún tienen un margen significativo de mejora en el manejo de obstáculos, la coordinación de múltiples tareas y otros problemas complejos. Para superar estos problemas, proponemos un método de asignación de tareas y planificación de rutas para los UUV. Primero, introducimos un mecanismo de asignación de tareas basado en un Algoritmo de Lobo Gris Mejorado (IGWA). Este mecanismo considera de manera integral factores como el valor del objetivo, la distancia y las limitaciones de capacidad de los UUV para lograr una asignación de tareas eficiente y razonable entre los UUV. Para mejorar la eficiencia y precisión de la búsqueda en la asignación de tareas, se incorpora una estrategia de mapeo caótico en círculo en el GWA tradicional para mejorar la diversidad de la población. Además, se integra un mecanismo de evolución diferencial para mejorar las capacidades de búsqueda local, mitigando efectivamente los problemas de convergencia prematura. En segundo lugar, se emplea un algoritmo RRT* mejorado denominado GR-RRT* para la planificación de rutas de los UUV. Al diseñar una estrategia de guía, la probabilidad de muestreo cerca de los puntos objetivo sigue una distribución gaussiana bidimensional, asegurando la seguridad en la evitación de obstáculos mientras se reduce el muestreo redundante y se mejora la eficiencia de planificación. Los resultados experimentales demuestran que el mecanismo de asignación de tareas propuesto y el algoritmo de planificación de rutas mejorado exhiben ventajas significativas en la tasa de finalización de tareas y la eficiencia de optimización de rutas.