Campo Potencial de Sobel: Abordando Demandas Responsivas para Técnicas de Planificación de Rutas de UAV
Autores: Fareh, Raouf; Baziyad, Mohammed; Rabie, Tamer; Kamel, Ibrahim; Bettayeb, Maamar
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Campo Potencial de Sobel: Abordando Demandas Responsivas para Técnicas de Planificación de Rutas de UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Desafío de compensación
Velocidad de cálculo
Calidad de la trayectoria
Planificación de trayectorias robóticas
Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT)
Entornos 3D
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El manejo del desafío de compensación entre la velocidad de cálculo y la calidad del camino ha sido un área de investigación de alta prioridad en el campo de la planificación de rutas robóticas durante los últimos años. Obtener un camino optimizado más corto requiere procesamiento adicional, ya que se adoptan algoritmos iterativos para seguir mejorando el camino optimizado final. Por lo tanto, es un problema desafiante obtener un camino optimizado de manera en tiempo real. Sin embargo, este problema de compensación se vuelve más complicado al planificar un camino para un sistema de Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT), ya que operan en entornos 3D. Un mapa 3D tendrá naturalmente más datos que procesar en comparación con un mapa 2D y, por lo tanto, el procesamiento se vuelve más costoso y consume más tiempo. Este documento propone una nueva técnica de planificación de rutas en 3D llamada técnica de Campo Potencial de Sobel (CPS) para abordar de manera efectiva la compensación entre rapidez y calidad. La lógica de la técnica CPS propuesta es minimizar el procesamiento de los métodos de campo potencial. En lugar de aplicar el análisis de campo potencial en todo el mapa 3D, lo cual podría ser una operación muy costosa, la técnica CPS propuesta se centrará en las áreas de obstáculos. Esto se logra adoptando la técnica de detección de bordes de Sobel para detectar los bordes 3D de los obstáculos. Estos bordes serán las fuentes de las fuerzas repulsivas, mientras que el punto objetivo emitirá una fuerza atractiva. A continuación, una función objetivo propuesta modela la fuerza de las fuerzas atractivas y repulsivas de manera diferente para tener diversas influencias en cada punto del mapa. Esta función objetivo se optimiza utilizando Optimización por Enjambre de Partículas (OEP) para encontrar un camino libre de obstáculos hacia el destino. Finalmente, el camino basado en OEP se optimiza aún más al encontrar atajos lineales en el camino. Los resultados experimentales del banco de pruebas han demostrado la efectividad de la técnica CPS propuesta y mostraron un rendimiento superior en comparación con otras técnicas de optimización metaheurísticas, así como con técnicas populares de planificación de rutas como A* y PRM.
Descripción
El manejo del desafío de compensación entre la velocidad de cálculo y la calidad del camino ha sido un área de investigación de alta prioridad en el campo de la planificación de rutas robóticas durante los últimos años. Obtener un camino optimizado más corto requiere procesamiento adicional, ya que se adoptan algoritmos iterativos para seguir mejorando el camino optimizado final. Por lo tanto, es un problema desafiante obtener un camino optimizado de manera en tiempo real. Sin embargo, este problema de compensación se vuelve más complicado al planificar un camino para un sistema de Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT), ya que operan en entornos 3D. Un mapa 3D tendrá naturalmente más datos que procesar en comparación con un mapa 2D y, por lo tanto, el procesamiento se vuelve más costoso y consume más tiempo. Este documento propone una nueva técnica de planificación de rutas en 3D llamada técnica de Campo Potencial de Sobel (CPS) para abordar de manera efectiva la compensación entre rapidez y calidad. La lógica de la técnica CPS propuesta es minimizar el procesamiento de los métodos de campo potencial. En lugar de aplicar el análisis de campo potencial en todo el mapa 3D, lo cual podría ser una operación muy costosa, la técnica CPS propuesta se centrará en las áreas de obstáculos. Esto se logra adoptando la técnica de detección de bordes de Sobel para detectar los bordes 3D de los obstáculos. Estos bordes serán las fuentes de las fuerzas repulsivas, mientras que el punto objetivo emitirá una fuerza atractiva. A continuación, una función objetivo propuesta modela la fuerza de las fuerzas atractivas y repulsivas de manera diferente para tener diversas influencias en cada punto del mapa. Esta función objetivo se optimiza utilizando Optimización por Enjambre de Partículas (OEP) para encontrar un camino libre de obstáculos hacia el destino. Finalmente, el camino basado en OEP se optimiza aún más al encontrar atajos lineales en el camino. Los resultados experimentales del banco de pruebas han demostrado la efectividad de la técnica CPS propuesta y mostraron un rendimiento superior en comparación con otras técnicas de optimización metaheurísticas, así como con técnicas populares de planificación de rutas como A* y PRM.