Post on 20-Jun-2015
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Pfadplanung mit Autonomen Unterwasser-Fahrzeugen (AUVs)
Marc SimonUlf Windpfennig
Gliederung
1. Einleitung2. Was ist ein AUV?3. Problem: Pfadfindung
1. Evolutionäre Pfadplanung2. Echtzeitpfadplanung
4. Zusammenfassung
2HT2009 - Marc Simon & Ulf Windpfennig
Was ist ein AUV?(Autonomous Underwater Vehicle)
• „Ein AUV ist ein Uboot, das in der Lage ist, eine vorgegebene Mission ohne Eingriffe von außen zu erledigen“ (Prof. Dr. Slomka, Universität Ulm)
• „AUVs gehören zur Kategorie der unbemannten Unterwasserfahrzeuge und führen autonom Aufgaben im Meer aus“ (Wikipedia 2009)
3HT2009 - Marc Simon & Ulf Windpfennig
Was ist ein AUV?(Beispiel: DeepC-Projekt)
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Was ist ein AUV?(Beispiel: DepthX-Projekt)
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• Gesamte benötigte Energie muss mitgeführt werden
• Anspruchsvolle Steuersoftware• Keine Kommunikation mit AUV während
der Mission
Was ist ein AUV?(technische Herausforderung)
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Verwendung:• Offshore Öl-/Gasindustrie• Kabel- und Pipelineinspektion• Ozeanographische Forschung• Militärisch: Seeminenerkennung/-
bekämpfung
Was ist ein AUV?(Autonomous Underwater Vehicle)
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• Für autonome Entscheidungen wird anspruchsvolle Software benötigt
regelbasiertes Expertensystem
Was ist ein AUV?
8HT2009 - Marc Simon & Ulf Windpfennig
Was ist ein AUV?(Autonomous Underwater Vehicle)
Komponenten des regelbasierten Expertensystems
Ablauf der Inferenz 9
• Einen Weg von Punkt A nach Punkt B finden
• Hindernissen ausweichen• Mittels verschiedener Heuristiken oder
Algorithmen• Ggf. zusätzliche Parameter als
Kriterium
Problem: PfadfindungAllgemeines
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• Auf nicht analytisch lösbare Probleme anwendbar
• Anlehnung an Evolution in der Biologie• Zufälliges Finden von Lösungen• Weiterentwickeln der besten Ansätze
Problem: Pfadfindunggenetischer Algorithmus
11HT2009 - Marc Simon & Ulf Windpfennig
Problem: PfadfindungEvolutionäre Pfadplanung
Verwendung von GenetischenAlgorithmen:• Startknoten S, Zielknoten D und
dazwischenliegende benachbarte Knoten Xi, Xi+1 bilden einen Pfad Γ
• Konstante Geschwindigkeit c, Hindernisse
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Problem: PfadfindungBerechnung der Energiekosten
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Problem: PfadfindungBerücksichtigung Energiekosten
Sparsamster Weg von Links nach Rechts (Quelle: IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, VOL. 29, NO. 2, APRIL 2004, PAGE 420)
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Algorithmen führen nicht immer in definierter Zeit zum Ziel
Große Probleme, NGS (Navigation and Guidance System) in Echtzeit zu realisieren
Problem: PfadfindungEchtzeit-Pfadplanung
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Voraussetzungen und Herausforderungen:• Passende, konstante Geschwindigkeit der
Vehikels• Bewegung muss auf Durchführbarkeit geprüft
werden• System muss mit wenigen bekannten
Parameter auskommen (kennt z.B. Bodenbeschaffenheit nicht)
• Meeresströmung muss gegengesteuert werden
Problem: PfadfindungEchtzeit-Pfadplanung
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Problem: PfadfindungEchtzeit-Pfadplanung: Hauptsystem
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Problem: PfadfindungSteuerungsebenen
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Problem: PfadfindungHinderniserkennung und -umfahrung
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Problem: PfadfindungHinderniserkennung und -umfahrung
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Problem: PfadfindungSimultan-parallele Steuerung
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Zusammenfassung
Probleme sind bekannt, theoretisch auch lösbar.
ABER:• Umwelteinflüsse• Zeitfaktor• Ressourcen • Restrisiko Fehlverhalten
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