Planificación de Trayectorias Multi-AUV en Línea para la Detección de Video Submarino en Entornos de Fondo Marino Desconocidos y Irregulares
Autores: Almuzaini, Talal S.; Savkin, Andrey V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Planificación de Trayectorias Multi-AUV en Línea para la Detección de Video Submarino en Entornos de Fondo Marino Desconocidos y Irregulares
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos autónomos submarinos
AUVs
Sensores remotos submarinos
Aplicaciones de monitoreo
Algoritmo de planificación de trayectorias
Cobertura consciente de oclusiones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Los vehículos autónomos submarinos (AUV) desempeñan un papel crítico en aplicaciones de detección y monitoreo remoto submarino. Este artículo aborda el problema de navegar múltiples AUV para realizar un barrido de video de regiones submarinas desconocidas sobre fondos marinos irregulares, donde la visibilidad está limitada por el campo de visión cónico de las cámaras a bordo y por las oclusiones causadas por el terreno. La cobertura se formula como un objetivo de viabilidad para lograr una fracción objetivo prescrita mientras se respetan la cinemática del vehículo, los límites de actuación, la distancia al terreno y las restricciones de separación entre vehículos. Proponemos un algoritmo de planificación de trayectorias en línea, consciente de las oclusiones, que integra la selección de objetivos basada en fronteras, la estimación de profundidad de visualización segura con restricciones de despeje y el control predictivo de modelo (MPC) para el seguimiento de trayectorias. El algoritmo guía de manera adaptativa a un equipo de AUV para preservar la visibilidad de línea de vista (LoS), mantener una separación segura y asegurar un despeje suficiente mientras expande progresivamente la cobertura. El enfoque se valida a través de simulaciones en MATLAB sobre superficies de fondo marino 2.5D generadas aleatoriamente con características de elevación variables. La comparación con baselines clásicos de cortacésped demuestra la efectividad del método propuesto para lograr una cobertura consciente de oclusiones en escenarios donde las estrategias de patrones fijos son insuficientes.
Descripción
Los vehículos autónomos submarinos (AUV) desempeñan un papel crítico en aplicaciones de detección y monitoreo remoto submarino. Este artículo aborda el problema de navegar múltiples AUV para realizar un barrido de video de regiones submarinas desconocidas sobre fondos marinos irregulares, donde la visibilidad está limitada por el campo de visión cónico de las cámaras a bordo y por las oclusiones causadas por el terreno. La cobertura se formula como un objetivo de viabilidad para lograr una fracción objetivo prescrita mientras se respetan la cinemática del vehículo, los límites de actuación, la distancia al terreno y las restricciones de separación entre vehículos. Proponemos un algoritmo de planificación de trayectorias en línea, consciente de las oclusiones, que integra la selección de objetivos basada en fronteras, la estimación de profundidad de visualización segura con restricciones de despeje y el control predictivo de modelo (MPC) para el seguimiento de trayectorias. El algoritmo guía de manera adaptativa a un equipo de AUV para preservar la visibilidad de línea de vista (LoS), mantener una separación segura y asegurar un despeje suficiente mientras expande progresivamente la cobertura. El enfoque se valida a través de simulaciones en MATLAB sobre superficies de fondo marino 2.5D generadas aleatoriamente con características de elevación variables. La comparación con baselines clásicos de cortacésped demuestra la efectividad del método propuesto para lograr una cobertura consciente de oclusiones en escenarios donde las estrategias de patrones fijos son insuficientes.