Un Método de Planificación de Trayectorias Rápido para Enjambres Heterogéneos a través de la Fusión de Navegación Visual y Árboles de Decisión Explicables
Autores: Gao, Yang; Yin, Hao; Wang, Wenliang; Guo, Bing; Wang, Yue; Li, Guopeng; Tian, Lingyun; Li, Dongguang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un Método de Planificación de Trayectorias Rápido para Enjambres Heterogéneos a través de la Fusión de Navegación Visual y Árboles de Decisión Explicables
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Tareas
áreas marítimas
Enjambres no tripulados
Planificación de trayectorias
Algoritmo
Eficiencia cooperativa
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Para tareas complejas como la búsqueda y recuperación en áreas marítimas inexploradas, el uso de enjambres no tripulados heterogéneos (UAV y USV) es muy prometedor, sin embargo, la planificación de trayectorias cooperativas interdominio efectiva sigue siendo un desafío clave, lo que a menudo conduce a retrasos en las misiones. Este documento propone un marco de Planificación de Trayectorias Cooperativas Interdominio (CCPP) y su algoritmo asociado para enjambres heterogéneos de UAV-USV. El marco primero establece un pipeline de modelado de fusión visual, convirtiendo la estimación de pose visual, las incertidumbres y los obstáculos dinámicos semánticos en una representación de planificación con márgenes de seguridad robustos y campos de riesgo variables en el tiempo. Luego, se diseña un algoritmo de co-optimización de velocidad y trayectoria híbrido para generar simultáneamente trayectorias factibles en curvatura y perfiles de velocidad bajo cinemáticas heterogéneas y restricciones temporales explícitas. Al final, un árbol de decisión interpretable adaptativo actúa como una meta-estrategia para la replanificación en línea y el ajuste en tiempo real de modos y pesos. Para abordar el problema crítico de la distribución desigual del tiempo de llegada, este documento introduce, inspirado en el análisis de la desigualdad económica, un índice de consistencia del tiempo de llegada basado en el coeficiente de Gini normalizado para cuantificar y optimizar el tiempo de coordinación. Experimentos exhaustivos validan la efectividad del enfoque propuesto para mejorar la eficiencia cooperativa y la adaptabilidad en tiempo real.
Descripción
Para tareas complejas como la búsqueda y recuperación en áreas marítimas inexploradas, el uso de enjambres no tripulados heterogéneos (UAV y USV) es muy prometedor, sin embargo, la planificación de trayectorias cooperativas interdominio efectiva sigue siendo un desafío clave, lo que a menudo conduce a retrasos en las misiones. Este documento propone un marco de Planificación de Trayectorias Cooperativas Interdominio (CCPP) y su algoritmo asociado para enjambres heterogéneos de UAV-USV. El marco primero establece un pipeline de modelado de fusión visual, convirtiendo la estimación de pose visual, las incertidumbres y los obstáculos dinámicos semánticos en una representación de planificación con márgenes de seguridad robustos y campos de riesgo variables en el tiempo. Luego, se diseña un algoritmo de co-optimización de velocidad y trayectoria híbrido para generar simultáneamente trayectorias factibles en curvatura y perfiles de velocidad bajo cinemáticas heterogéneas y restricciones temporales explícitas. Al final, un árbol de decisión interpretable adaptativo actúa como una meta-estrategia para la replanificación en línea y el ajuste en tiempo real de modos y pesos. Para abordar el problema crítico de la distribución desigual del tiempo de llegada, este documento introduce, inspirado en el análisis de la desigualdad económica, un índice de consistencia del tiempo de llegada basado en el coeficiente de Gini normalizado para cuantificar y optimizar el tiempo de coordinación. Experimentos exhaustivos validan la efectividad del enfoque propuesto para mejorar la eficiencia cooperativa y la adaptabilidad en tiempo real.