Multi-agent systems play a central role in area coverage tasks across search-and-rescue, environmental monitoring, and precision agriculture. Achieving non-uniform coverage, where spatial priorities vary across the domain, requires coordinating agents while respecting dynamic and communication constraints. Density-driven approaches can distribute agents according to a prescribed reference density, but existing methods do not ensure connectivity. This limitation often leads to communication loss, reduced coordination, and degraded coverage performance. This letter introduces a connectivity-preserving extension of the Density-Driven Optimal Control (D2OC) framework. The coverage objective, defined using the Wasserstein distance between the agent distribution and the reference density, admits a convex quadratic program formulation. Communication constraints are incorporated through a smooth connectivity penalty, which maintains strict convexity, supports distributed implementation, and preserves inter-agent communication without imposing rigid formations. Simulation studies show that the proposed method consistently maintains connectivity, improves convergence speed, and enhances non-uniform coverage quality compared with density-driven schemes that do not incorporate explicit connectivity considerations.


翻译:多智能体系统在搜救、环境监测和精准农业等区域覆盖任务中发挥着核心作用。为实现非均匀覆盖——即空间优先级在区域内变化——需要在满足动态和通信约束的同时协调智能体。密度驱动方法可根据预设参考密度分布智能体,但现有方法无法确保连通性。这一局限常导致通信中断、协调性下降和覆盖性能退化。本文提出一种保持连通性的密度驱动最优控制(D2OC)框架扩展。覆盖目标通过智能体分布与参考密度之间的Wasserstein距离定义,可转化为凸二次规划形式。通信约束通过平滑连通性惩罚项融入,该设计保持严格凸性、支持分布式实现,并在不强制刚性编队的前提下维持智能体间通信。仿真研究表明,与未显式考虑连通性的密度驱动方案相比,所提方法能持续保持连通性、提升收敛速度,并改善非均匀覆盖质量。

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