Planificación de rutas cooperativas dinámicas multi-AUV con enjambre de partículas híbridas y algoritmo de ventana...

Área de la Ciencia:

• La robótica
• Ingeniería oceánica
• Inteligencia artificial

Sus antecedentes:

• La planificación de rutas cooperativas para múltiples vehículos submarinos autónomos (AUV) es un desafío en terrenos submarinos 3D complejos y corrientes oceánicas dinámicas.
• Los algoritmos tradicionales de optimización de enjambres de partículas (PSO) luchan con la optimización local, la distribución desigual de partículas y la mala adaptabilidad en entornos marinos dinámicos.

Objetivo del estudio:

• Proponer un algoritmo híbrido que combine la optimización de enjambres de partículas multiobjetivo mejorada (IMOPSO) y el algoritmo de ventana dinámica (DWA) para una planificación de rutas cooperativas multi-AUV robusta.
• Abordar las limitaciones de las OSP tradicionales en entornos subacuáticos complejos y dinámicos y mejorar la eficiencia y la seguridad de la planificación de rutas.

Principales métodos:

• Desarrolló un método de inicialización híbrido (CPB) utilizando el mapeo caótico de Chebyshev, la eliminación preiterativa y la inyección de partículas límite.
• Mejora de la PSO con ajuste de parámetros dinámicos y un mecanismo de perturbación híbrido.
• DWA integrado para la evitación dinámica de obstáculos y la corrección de trayectoria en tiempo real, creando un marco global y localmente acoplado.
• Utilizó la interpolación de spline cúbico para el suavizado de la trayectoria y una función de penalización dinámica para evitar colisiones y restricciones de terreno.

Principales resultados:

• El algoritmo propuesto por la IMOPSO-DWA planifica efectivamente rutas dinámicas y seguras para múltiples vehículos autónomos en entornos difíciles.
• Los resultados de la simulación demuestran una mayor eficiencia y seguridad en comparación con los algoritmos tradicionales.
• El algoritmo híbrido redujo la longitud de la ruta en un 15,5%, la penalización por amenaza en un 8,3% y la aptitud total en un 3,2% en comparación con el PSO estándar.

Conclusiones:

• El algoritmo híbrido IMOPSO-DWA ofrece una solución superior para la planificación cooperativa de rutas de múltiples AUV en entornos submarinos dinámicos.
• El algoritmo cumple con los requisitos de navegación al equilibrar efectivamente la longitud de la trayectoria, la suavidad, el ángulo de desviación y la pérdida de energía.
• Este enfoque mejora la seguridad y la eficiencia de la navegación AUV en entornos marinos complejos.