Метод выбора энергоэкономичного пути обхода сложного препятствия автономным необитаемым подводным аппаратом

Автор(ы): Мартынова Л.А., Павлов А.А.

Выпуск: 111

Рубрика: Управление подвижными объектами и навигация

Год: 2024

Библиография: Мартынова Л.А., Павлов А.А. Метод выбора энергоэкономичного пути обхода сложного препятствия автономным необитаемым подводным аппаратом // Управление большими системами. Выпуск 111. М.: ИПУ РАН, 2024. С.266-285. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2024.111.11

Дата опубликования: 30.09.2024

Ключевые слова: автономный необитаемый подводный аппарат, рельеф дна, батиметрическая карта, алгоритм Кригинга, поиск кратчайшего пути на графе, энергоэкономичный путь

Аннотация: Для выбора пути обхода сложного препятствия разработан метод, основанный на данных батиметрических и физических карт Мирового океана. Определены условия применимости батиметрических и физических карт с мезорельефом для формирования пути обхода. Для перехода от макро- и мезорельефа к микрорельефу предложено использовать алгоритм Кригинга; на примере показана его работа. Для определения наиболее энергоэкономичного пути обхода сложных препятствий предложено рассматривать сетку глубин в виде ориентированного взвешенного графа. Определены условия соответствия кратчайшего пути на графе наиболее энергоэкономичному пути. Разработан алгоритм перебора вариантов пути обхода с отсечением, базирующийся на алгоритме «поиска на графе в глубину». На примере обхода сложного препятствия показано преимущество использования предложенного метода выбора варианта обхода препятствия по сравнению с традиционно предлагаемыми обходами сверху или сбоку препятствия. Приведен пример использования разработанного метода для определения наиболее энергоэкономичного пространственного пути обхода сложного препятствия. Результаты проведенных численных экспериментов подтвердили правильность предложенного решения: сокращение пути для рассмотренного варианта препятствия составило 15–20%, что позволяет реализовать предложенный метод выбора энергоэкономичного пространственного пути обхода сложного препятствия в системе управления автономного необитаемого подводного аппарата.

Author(s): Martynova L., Pavlov A.

Article title: Method choosing an energy economical way to bypass a complex obstacle by autonomous

Issue: 111

Year: 2024

Keywords: autonomous underwater vehicle, bottom relief, bathymetric map, Kriging algorithm, search for the shortest path on a graph

Abstract: A method based on bathymetric and physical maps of the World Ocean has been developed to select a bypass path around a complex obstacle. It has been proposed to use the Kriging algorithm to go from mesorelief to minirelief. It has been proposed to consider a depth grid in the form of an oriented weighted graph to determine the most energy-efficient bypass path around complex obstacles. The conditions for the shortest path on the graph to be the most energy efficient way have been determined. An algorithm for enumerating bypass path options with pruning has been developed, based on the "depth-first graph search" algorithm. The advantage of using the proposed method for selecting a bypass option over the traditionally proposed bypasses from above or from the side of the obstacle has been shown in an example of bypassing a complex obstacle. The results of the conducted numerical experiments confirmed the correctness of the proposed solution: the reduction of the path for the considered variant of the obstacle was 15-20%, which makes it possible to implement the proposed method of selecting an energy-efficient spatial path to bypass a complex obstacle in the control system of an autonomous underwater vehicle.