Präsentation Autonomous Underwater Vehicles

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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

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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)

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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?

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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

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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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