Path planning and obstacle avoidance for auv: a review



Download 1,78 Mb.
Pdf ko'rish
bet2/24
Sana01.01.2022
Hajmi1,78 Mb.
#302313
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24
Bog'liq
OceanEngineering2021-cheng

1. Introduction

With recent advances in technology, Autonomous Underwater Ve-

hicle (AUV) is becoming more and more important in the exploration

and exploitation of ocean resources. AUV can complete a variety of

subsea tasks in civil and military fields, such as ocean pollutant moni-

toring (


Ramos et al.

,

2001



), mine hunting (

Hagen et al.

,

2003


), marine

biology exploration (

Sagala and Bambang

,

2011



), pipeline following

and inspection (

Liu et al.

,

2018



) and anti-submarine warfare, etc. The

autonomy of AUV is essential for it to operate in complex environments,

which has attracted wide attentions of researchers from all over the

world. In recent years, higher requirements are put forward for the

autonomy of AUV to meet the future development of the ocean. The

path planning and obstacle avoidance is the core technology to realize

the autonomy of AUV and will determine the application prospect of

AUV.


The path planning of AUV is considered as a series of translations

and forward angle changes from the starting position to the destination

according to certain optimization standards (

Zeng et al.

,

2016


). When

planning a path, most of the time AUV will operate in the environments

full of obstacles. There are many cases when the location and contour of

static obstacles can be measured or obtained beforehand. In these cases,

there is usually a global map about everything including obstacles

before planning a path. AUV can use this information to find a collision-

free path between the starting point and the target point in advance

Corresponding author.



E-mail address:

guangliangli@ouc.edu.cn

(G. Li).

with global path planning methods. These global path planning meth-

ods can also be used in the barrier-free environments, while taking

the path length, energy consumption and current into account instead

of obstacle avoidance. In dynamic and uncertain underwater environ-

ments, it is difficult or even impossible to obtain the information of

various obstacles before path planning. In this case, there is usually

planned path from a global path planner and AUV still needs a local

path planner to avoid these unknown and dynamic obstacles, such as

ships, reefs, and moving animals or fish etc. Therefore, in this paper, we

divide the path planning methods of AUV into two categories: global

path planning with known static obstacles and local path planning with

unknown and dynamic obstacles, as shown in

Fig. 1


.

For global path planning of AUV with known static obstacles,

researchers have proposed many commonly used methods, such as

𝐴

algorithm (



Dechter and Pearl

,

1985



), genetic algorithm (

Cobb


and Grefenstette

,

1993



), particle swarm optimization (

Eberhart and

Kennedy

,

1995



), differential evolution (

Storn and Price

,

1997


) and ant

colony optimization (

Dorigo et al.

,

1991



). With the increasing complex-

ity and uncertainty of the environments, the requirements for AUV path

planning are also becoming higher (

Cai et al.

,

2020


;

Mac et al.

,

2016


).

In this case, the obstacles encountered by AUV might be unknown and

even dynamic. Taking dynamic constraints into account, the rapidly-

exploring random trees algorithm is a suitable method proposed for

https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109355

Received 16 December 2020; Received in revised form 9 June 2021; Accepted 16 June 2021




Ocean Engineering 235 (2021) 109355

2

C. Cheng et al.



Fig. 1.

Main path planning algorithms for AUV.

local path planning in high dimensional unknown environments (

Tan


et al.

,

2004



). In addition, the artificial potential field method (

Khatib


,

1986


) and fuzzy logic algorithm (

Cordón et al.

,

1996


) can use airborne

sensors to sense the surrounding environmental information in real-

time and deal with unknown static or dynamic obstacles. In recent

years, based on the development in deep neural network, some self-

learning methods like neural network (

Hansen and Salamon

,

1990


)

and reinforcement learning (

Sutton and Barto

,

1998



) were introduced

into the local path planning of AUV. Deep reinforcement learning

(

Mnih et al.



,

2015


), a combination of deep neural network and rein-

forcement learning, has also been proposed and applied in AUV local

path planning. These self-learning methods does not require any priori

knowledge of the environments and can deal with the problem of real-

time dynamic path planning. In addition, their planning time can be

greatly reduced after training.

Because of recent advances in technology and new breakthroughs

in the field of path planning for AUV, it is necessary to make a

comprehensive survey on it though several surveys already exist (

Zeng


et al.

,

2015



;

Li et al.

,

2018


). A most recent survey by

Okereke et al.

(

2020


) only focused on machine learning path planning methods for

AUV in terms of Underwater Internet of Things (UIOT). The objective of

this survey is to give an overview of work on path planning for AUV and

technical details of some representative algorithms, and also to discuss

some open problems to be solved in this area. The focus of this article

is put on these path planning algorithms that deal with constraints and

characteristics of AUV and the influence of marine environments. It also

provides an in-depth discussion and comparison between different path

planning algorithms.

The rest of this article starts with an introduction of the kinematic

and dynamic model of AUV in Section

2

, and an analysis of chal-



lenges and differences of path planning for AUV compared to other

mobile robots is also provided. Section

3

surveys and discusses global



path planning algorithms in environments with known static obstacles.

Section


4

describes and discusses local path planning methods with un-

known and dynamic obstacles. In Section

5

, we propose some potential



future research directions that are worthy to investigate in this field.

Finally, Section

6

concludes.




Download 1,78 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   24




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©hozir.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling

kiriting | ro'yxatdan o'tish
    Bosh sahifa
юртда тантана
Боғда битган
Бугун юртда
Эшитганлар жилманглар
Эшитмадим деманглар
битган бодомлар
Yangiariq tumani
qitish marakazi
Raqamli texnologiyalar
ilishida muhokamadan
tasdiqqa tavsiya
tavsiya etilgan
iqtisodiyot kafedrasi
steiermarkischen landesregierung
asarlaringizni yuboring
o'zingizning asarlaringizni
Iltimos faqat
faqat o'zingizning
steierm rkischen
landesregierung fachabteilung
rkischen landesregierung
hamshira loyihasi
loyihasi mavsum
faolyatining oqibatlari
asosiy adabiyotlar
fakulteti ahborot
ahborot havfsizligi
havfsizligi kafedrasi
fanidan bo’yicha
fakulteti iqtisodiyot
boshqaruv fakulteti
chiqarishda boshqaruv
ishlab chiqarishda
iqtisodiyot fakultet
multiservis tarmoqlari
fanidan asosiy
Uzbek fanidan
mavzulari potok
asosidagi multiservis
'aliyyil a'ziym
billahil 'aliyyil
illaa billahil
quvvata illaa
falah' deganida
Kompyuter savodxonligi
bo’yicha mustaqil
'alal falah'
Hayya 'alal
'alas soloh
Hayya 'alas
mavsum boyicha


yuklab olish