An Adaptive Clustering-Based Algorithm for Automatic Path Planning of Heterogeneous UAVs

运动规划 聚类分析 适应性 计算机科学 路径(计算) 约束(计算机辅助设计) 任务(项目管理) 数学优化 任意角度路径规划 算法 人工智能 工程类 机器人 数学 生物 程序设计语言 系统工程 机械工程 生态学
作者
Jinchao Chen,Ying Zhang,Lianwei Wu,Tao You,Xin Ning
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (9): 16842-16853 被引量:132
标识
DOI:10.1109/tits.2021.3131473
摘要

Due to the high maneuverability and strong adaptability, autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) are of high interest to many civilian and military organizations around the world. Automatic path planning which autonomously finds a good enough path that covers the whole area of interest, is an essential aspect of UAV autonomy. In this study, we focus on the automatic path planning of heterogeneous UAVs with different flight and scan capabilities, and try to present an efficient algorithm to produce appropriate paths for UAVs. First, models of heterogeneous UAVs are built, and the automatic path planning is abstracted as a multi-constraint optimization problem and solved by a linear programming formulation. Then, inspired by the density-based clustering analysis and symbiotic interaction behaviours of organisms, an adaptive clustering-based algorithm with a symbiotic organisms search-based optimization strategy is proposed to efficiently settle the path planning problem and generate feasible paths for heterogeneous UAVs with a view to minimizing the time consumption of the search tasks. Experiments on randomly generated regions are conducted to evaluate the performance of the proposed approach in terms of task completion time, execution time and deviation ratio.
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