Path planning over spatiotemporal models can be applied to a variety of applications such as UAVs searching for spreading wildfire in mountains or network of balloons in time-varying atmosphere deployed for inexpensive internet service. A notable aspect in such applications is the dynamically changing environment. However, path planning algorithms often assume static environments and only consider the vehicle's dynamics exploring the environment. We present a spatiotemporal model that uses a cross-correlation operator to consider spatiotemporal dependence. Also, we present an adaptive state estimation for path planning. Since the state estimation depends on the vehicle's path, the path planning needs to consider the trade-off between exploration and exploitation. We use a high-level decision-maker to choose an explorative path or an exploitative path. The overall proposed framework consists of an adaptive state estimator, a short-term path planner, and a high-level decision-maker. We tested the framework with a spatiotemporal model simulation where the state of each grid transits from normal, latent, and fire state. For the mission objective of visiting the grids with fire, the proposed framework outperformed the random walk (baseline) and the single-minded exploitation (or exploration) path.


翻译:在时空模型上规划路径可适用于各种应用,例如无人驾驶航空器在山区寻找野火蔓延,或在时间变化的大气中寻找热气球网络,用于廉价互联网服务。这种应用的一个显著方面是动态变化环境。然而,路径规划算法往往假设静态环境,只考虑车辆探索环境的动态。我们展示了一个使用交叉交错操作器来考虑时空依赖性。我们提出了道路规划的适应性国家估计。由于国家估计取决于车辆的路径,因此路径规划需要考虑勘探与开发之间的权衡。我们使用一个高级决策者来选择探索路径或剥削路径。总体拟议框架包括一个适应性国家测算器、一个短期路径规划器和一个高级决策器。我们用一个波浪花模型模拟了框架,每个电网的状态都从正常、隐蔽和火灾状态过境。访问电网的飞行任务目标(行进式)是利用一号勘探基准(行距)和一号勘探基准(行距)。

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