UAV Coverage Path Planning of Multiple Disconnected Regions Based on Cooperative Optimization Algorithms

计算机科学 运动规划 路径(计算) 算法 优化算法 数学优化 人工智能 计算机网络 机器人 数学
作者
Yang Lyu,Shuyue Wang,Tianmi Hu,Quan Pan
出处
期刊:IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:17 (2): 259-270 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tcds.2024.3442957
摘要

This article addresses the coverage path planning problem when an unmanned aerial vehicle (UAV) surveys an unknown site composed of multiple isolated areas. The problem is typically non-deterministic polynomial-time hard(NP-hard) and cannot be easily solved, especially when considering the scale of each area. By decomposing the problem into two cascaded subproblems—1) covering a specific polygon area; and 2) determining the optimal visiting order of different areas—an approximate solution can be found more efficiently. First, the target areas are approximated as convex polygons, and the coverage pattern is designed based on four control points. Then, the optimal visiting order is determined based on a state defined by area indices and control points. We propose two different optimization methods to solve this problem. The first method is a direct extension of the genetic algorithm, using a customized coding method. The second method is a reinforcement learning-based (RL-based) approach that solves the problem as a variant of the traveling salesman problem (TSP) through end-to-end policy training. The simulation results indicate that the proposed methods can provide solutions to the multiple-area coverage problem with competitive optimality and efficiency.
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