Розробка програмних засобів пошуку безпечних траєкторій на основі некласичних топологій

В.Г. Шерстюк, Р.М. Левківський, В.М. Гусєв, І.В. Сокол
2020 Вісник Херсонського національного технічного університету  
РОЗРОБКА ПРОГРАМНИХ ЗАСОБІВ ПОШУКУ БЕЗПЕЧНИХ ТРАЄКТОРІЙ НА ОСНОВІ НЕКЛАСИЧНИХ ТОПОЛОГІЙ У статті розглянуто питання розробки програмних засобів, заснованих на моделі м'яких багаторівневих доменів безпеки, для пошуку безпечних траєкторій в задачах реактивного планування спільного руху множини безпілотних апаратів. Представлена модель багаторівневих м'яких доменів безпеки базується на сферичній топології, яка дозволяє будувати несферичні домени безпеки шляхом визначення різних радіусів у
more » ... радіусів у секторах, розташованих за різними довготою та широтою. Запропонована для вирішення задачі пошуку безпечних траєкторій м'яка сферична топологія є нелінійною й може бути застосована для побудови евристик з метою подолання явищ передискретизації та надто широкого розподілу випадкових точок, характерних для методів пошуку траєкторій, заснованих на використанні швидких випадкових дерев. Запропоновано алгоритм пошуку безпечних траєкторій на основі м'якої топології, який засновано на суперпозиції багаторівневих систем конусів зіткнень, накладених на м'який топологічний простір. Програмна реалізація запропонованих моделі та алгоритму дозволяє ефективно планувати траєкторії безпечного руху в конфігураційному просторі та забезпечує продуктивність, достатню для застосування в системах управління безпілотними апаратами в умовах реального часу. Ключові слова: безпілотний апарат, домен безпеки, конус зіткнення, безпечна траєкторія, сферична топологія, м'яка наближена множина, програмна реалізація. В.Г. ШЕРСТЮК Херсонський національний технічний університет РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ПОИСКА БЕЗОПАСНЫХ ТРАЕКТОРИЙ НА ОСНОВЕ НЕКЛАССИЧЕСКОЙ ТОПОЛОГИЙ В статье рассмотрены вопросы разработки программных средств, основанных на модели мягких многоуровневых доменов безопасности, для поиска безопасных траекторий в задачах реактивного планирования совместного движения множества беспилотных аппаратов. Представленная модель многоуровневых мягких доменов безопасности базируется на сферической топологии, которая позволяет задавать несферические домены безопасности путем определения различных радиусов в секторах, расположенных по различным долготам и широтам. Предложенная для решения задачи поиска безопасных траекторий мягкая сферическая топология является нелинейной и может быть применена для построения эвристик с целью преодоления явлений передискретизации и слишком широкого распределения случайных точек, характерных для методов поиска траекторий, основанных на использовании быстрых случайных деревьев. Предложен алгоритм поиска безопасных ВІСНИК ХНТУ №4(75), 2020 р. ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ 83 траекторий на основе мягкой топологии, основанный на суперпозиции многоуровневых систем конусов столкновений, наложенных на мягкое топологическое пространство. Программная реализация предложенных модели и алгоритма позволяет эффективно планировать траектории безопасного движения в конфигурационном пространстве и обеспечивает производительность, достаточную для применения в системах управления беспилотными аппаратами в условиях реального времени. Ключевые слова: беспилотный аппарат, домен безопасности, конус столкновения, безопасная траектория, сферическая топология, мягкая приближена множество, программная реализация. This paper discusses the issues of the development of software tools based on a model of soft multilevel safety domains for finding safe trajectories in reactive planning of the joint movement of a multitude of unmanned vehicles. The presented model of multilevel soft safety domains is based on a defined spherical topology, which allows describing non-spherical safety domains by different radii in sectors having different longitudes and latitudes. The soft spherical topology proposed for finding safe trajectories is nonlinear and can be used to construct heuristics in order to overcome the phenomena of oversampling and too wide distribution of random points, which are specific to methods for finding trajectories based on the use of rapid random trees. A soft topology-based algorithm for finding safe trajectories that uses a superposition of multilevel systems of collision cones superimposed on a soft topological space, is proposed. The software implementation of the proposed model and algorithm makes it possible to effectively plan the trajectories of safe movement in the configuration space and provides performance enough for use in control systems of unmanned vehicles in real time.
doi:10.35546/kntu2078-4481.2020.4.10 fatcat:c673yjpqdbajffpldkugy2ezse