Алгоритм планирования безопасного маршрута движения марсохода с учетом рельефа местности

Для успешного осуществления запланированной миссии полета на Марс необходимо решение проблемы планирования пути движения марсохода по поверхности планеты с учетом особенностей рельефа местности.

Традиционные алгоритмы поиска пути, такие как A*, а также улучшенный алгоритм A* — D* и Field D*, которые успешно применялись на планетоходах в состоявшихся экспедициях на Луну и Марс, имеют проблему поиска кратчайшего оптимального пути.

В то же время такие улучшенные алгоритмы A*, как Basic Theta*, Lazy Theta* позволяют планировать движение в любом направлении и искать более короткие маршруты движения.

В данной статье на основе проведенного сравнительного анализа существующих алгоритмов A*, Basic Theta*, Lazy Theta* предложена новая модификация алгоритма планирования движения в любом направлении Lazy AT, позволяющая сократить время вычисления и получить более короткий путь от исходной до конечной точки маршрута.

На основе анализа поверхностных особенностей рельефа планеты можно судить о показателе опасности ее рельефа. Основной опасностью при движении по поверхности Марса для колесного марсохода являются наклоны и препятствия. Исходя из требований устойчивости положения марсохода при его движении и способности преодоления препятствий были выбраны следующие топографические коэффициенты для описания показателя опасности: угол наклона местности, шероховатость поверхности, размах рельефа.

В новой модификации алгоритма Lazy AT для получения безопасной траектории движения марсохода предлагается использовать индикатор опасности местности (индикатор риска), который учитывается в модификации алгоритма Risk Lazy AT.

Сравнительный анализ результатов моделирования алгоритмов Risk Lazy AT и Lazy Theta* показал, что предложенный новый алгоритм Risk Lazy AT может обеспечить безопасное движение подвижного объекта по поверхности планеты.

Основываясь на реальных данных о рельефе поверхности Марса, была разработана цифровая карта поверхности планеты и проведено моделирование пространственного маршрута движения марсохода с помощью нового алгоритма Risk Lazy AT. 

1. Carsten J., Rankin A., Ferguson D., Stentz A. Global path planning on board the mars exploration rovers // Aerospace Conference. 2007. С. 1—11.

2. Тань Л., Фомичев А. Планирование пространственного маршрута полета беспилотного летательного аппарата с использованием методов частично целочисленного линейного программирования // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". 2016. № 2 (107).

3. Ferguson D., Stentz A. Using interpolation to improve path planning: The Field D* algorithm // Journal of Field Robotics. 2006. Vol. 23, N. 2. P. 79—101.

4. Фомичев А. В., Тань Л. Разработка алгоритма быстрой компенсации погрешностей комплексированной инерциально-спутникой системы навигации малогабаритных беспилотных летательных аппаратов в условиях сложной среды // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2015. № 10.

5. Фомичев А. В., Ван Г. Сравнительный анализ методов планирования маршрута движения для планетохода // Информационные системы и технологии. 2016.

6. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Эвристический_алгоритм (дата обращения 25.04.2018).

7. Nash A., Koenig S. Any-angle path planning // AI Magazine. 2013. Vol. 34, N. 4. P. 85—107.

8. Choi S., Lee J. Y., Yu W. Fast any-angle path planning on grid maps with non-collision pruning // Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2010 IEEE International Conference. 2010. P. 1051—1056.

9. Uras T., Koenig S. Speeding-Up Any-Angle Path-Planning on Grids // ICAPS. 2015. P. 234—238.

10. Nash A., Daniel K., Koenig S., Aelner A. Theta*: anyangle path planning on grids // AAAI. 2007. Vol. 7. P. 1177—1183. 11. Mendonca P., Goodwin S. C-Theta*: Cluster Based PathPlanning on Grids // Computational Science and Computational Intelligence (CSCI), 2015 International Conference. 2015. P. 605—608.

11. Nash A., Koenig S. and Tovey C. Lazy theta*: Any-angle path planning and path length analysis in 3d //Third Annual ymposium on Combinatorial Search. 2010.

12. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Spirit_(rover) (дата обращения 25.04.2018). 14. URL: https://astrogeology.usgs.gov/search/map/Phobos/MarsExpress/HRSC/Phobos_ME_HRSC_DEM_Global_2ppd (дата обращения 25.04.2018).