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UGV Path Optimization in UAV-Assisted Environments Using Visibility-Aware Path Simplification

delete2026-05-23
delete0
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OA
AI
M
Munasinghe, Isuru *
A
Asanka G. Perera *
S
Sreenatha Anavatti
M
Matt Garratt
DOI:10.3390/jsan15030041delete
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摘要

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本研究提出了一种模块化路径优化框架,用于无人地面车辆(UGV)在无人机(UAV)辅助导航环境中的路径规划,旨在提高经典网格基路径规划算法生成的路径效率、平滑度和可执行性。本研究的主要创新是提出了可视性与视线路径简化(VLoSPS)算法,这是一种与算法无关的后处理方法,通过长距离轴对齐可视性分析移除冗余路径点,同时保持路径可行性。VLoSPS与方向感知路径规划方法(DAPPA)集成,以减少角度偏差并提高方向连续性。所提出的框架适用于标准算法,包括A*、Dijkstra、广度优先搜索(BFS)和深度优先搜索(DFS),无需修改其内部搜索机制。主要学术贡献包括:针对UAV生成的占用图提出了一种通用的后处理架构、引入了一种基于可视性的路径点减少策略,并使用两个合成迷宫数据集和三个UAV生成的语义分割真实数据集进行了广泛验证。在哥廷根迷宫数据集上,VLoSPS与DAPPA流水线分别将A*、Dijkstra、BFS和DFS的平均路径长度减少了5.42%、9.46%、10.44%和86.00%。真实数据集上的一致性改进证明了所提出框架在UAV辅助UGV路径规划中的有效性、计算可行性和通用适用性。本研究开发的实现代码和基准资源已公开发布,以促进可重复性并促进未来研究。
Keyword:
UAV-UGV collaboration
multi-robot systems
autonomous navigation
path planning
trajectory optimization
map-based navigation
search and rescue applications

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