Effective Underwater Glider Path Planning in Dynamic 3D Environments Using Multi-Point Potential Fields

要約

水中グライダー (UG) は、海洋探査用の非常に効率的な無人乗り物として登場しました。
ただし、動的で複雑な水中環境での運用には、堅牢な経路計画戦略が必要です。
これまでの研究は主に、探査された環境における地球全体のエネルギーや時間効率の高い経路計画に焦点を当てており、フィヨルドや港近くの水域など、変化に富んだダイナミックな地域における予測不可能な流れの状況や未知の障害物によってもたらされる課題を見落としていました。
この論文では、浮力推進力と内部作動によって制約される 3D 空間で動作する UG に合わせた、リアルタイム経路計画手法である多点ポテンシャル フィールド (MPPF) を導入および改善します。
提案された MPPF 手法は、障害物、流れ場、極小値に対処し、UG 経路計画の効率と堅牢性を強化します。
検証には、低コストのプロトタイプである Research Oriented Underwater Glider for Hands-on Investigative Engineering (ROUGHIE) が使用されます。
ケーススタディとシミュレーションを通じて、強化された MPPF 手法の有効性が実証され、水中探査における現実世界への応用の可能性が強調されます。

要約(オリジナル)

Underwater gliders (UGs) have emerged as highly effective unmanned vehicles for ocean exploration. However, their operation in dynamic and complex underwater environments necessitates robust path-planning strategies. Previous studies have primarily focused on global energy or time-efficient path planning in explored environments, overlooking challenges posed by unpredictable flow conditions and unknown obstacles in varying and dynamic areas like fjords and near-harbor waters. This paper introduces and improves a real-time path planning method, Multi-Point Potential Field (MPPF), tailored for UGs operating in 3D space as they are constrained by buoyancy propulsion and internal actuation. The proposed MPPF method addresses obstacles, flow fields, and local minima, enhancing the efficiency and robustness of UG path planning. A low-cost prototype, the Research Oriented Underwater Glider for Hands-on Investigative Engineering (ROUGHIE), is utilized for validation. Through case studies and simulations, the efficacy of the enhanced MPPF method is demonstrated, highlighting its potential for real-world applications in underwater exploration.

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