Underwater glider robots have become indispensable for ocean sampling, yet fully autonomous long-term operation remains rare in practice. Although stakeholders are calling for tools to manage increasingly large fleets of gliders, existing methods have seen limited adoption due to their inability to account for environmental uncertainty and operational constraints. In this work, we demonstrate that uncertainty-aware online navigation planning can be deployed in real-world glider missions at scale. We formulate the problem as a stochastic shortest-path Markov Decision Process and propose a sample-based online planner based on Monte Carlo Tree Search. Samples are generated by a physics-informed simulator calibrated on real-world glider data that captures uncertain execution of controls and ocean current forecasts while remaining computationally tractable. Our methodology is integrated into an autonomous system for Slocum gliders that performs closed-loop replanning at each surfacing. The system was validated in two North Sea deployments totalling approximately 3 months and 1000 km, representing the longest fully autonomous glider campaigns in the literature to date. Results demonstrate improvements of up to 9.88% in dive duration and 16.51% in path length compared to standard straight-to-goal navigation, including a statistically significant path length reduction of 9.55% in a field deployment.


翻译:水下滑翔机器人已成为海洋采样的重要工具,但其完全自主的长期运行在实践中仍较为罕见。尽管利益相关者呼吁开发工具来管理日益庞大的滑翔器集群,现有方法因无法应对环境不确定性和操作约束而应用有限。本文证明,考虑不确定性的在线导航规划可在大规模实际滑翔任务中部署。我们将问题形式化为随机最短路径马尔可夫决策过程,并提出基于蒙特卡洛树搜索的样本驱动在线规划器。样本由物理信息仿真器生成,该仿真器基于真实滑翔数据校准,既能捕捉控制执行与海流预测的不确定性,又保持计算可行性。该方法集成至Slocum滑翔器的自主系统中,可在每次浮出水面时执行闭环重规划。系统在北海南部两次部署中完成验证,累计约3个月、1000公里,是文献中迄今最长的全自主滑翔器任务。结果表明,与标准直线导航相比,下潜持续时间提升达9.88%,路径长度缩短达16.51%,其中实地部署中路径长度统计显著减少9.55%。

0
下载
关闭预览

相关内容

《无人潜航器后勤路线的在线优化》最新60页
专知会员服务
35+阅读 · 2024年5月17日
自主水下航行器集群组网技术发展与展望
专知会员服务
39+阅读 · 2024年4月26日
自主水下航行器路径规划技术综述及展望
专知会员服务
58+阅读 · 2023年7月6日
《反潜战中波浪滑翔机的最佳位置》2023最新85页论文
专知会员服务
45+阅读 · 2023年5月7日
前沿:水下机器人及其导航系统
科学出版社
11+阅读 · 2019年6月22日
【学科发展报告】无人船
中国自动化学会
29+阅读 · 2019年1月8日
国外无人水下航行器装备与技术现状及展望
无人机
14+阅读 · 2018年1月11日
水下无人系统发展现状及关键技术
无人机
21+阅读 · 2018年1月5日
无人艇的发展趋势
无人机
14+阅读 · 2017年11月6日
盘点现代水面无人艇技术
无人机
30+阅读 · 2017年10月16日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
52+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
驱动军事决策变革的顶尖人工智能指挥系统
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:50
非对称防御中的自组织临界性:俄乌战争
专知会员服务
9+阅读 · 8月10日
《战争中的大语言模型监管》
专知会员服务
11+阅读 · 8月10日
《边缘计算关键技术分析及美军作战实践应用》
边缘计算的军事应用
专知会员服务
11+阅读 · 8月9日
一种考虑资源机动性的武器目标分配混合算法
专知会员服务
13+阅读 · 8月8日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
52+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
8+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员