Effective Underwater Glider Path Planning in Dynamic 3D Environments Using Multi-Point Potential Fields

水下滑翔机（UGs）已成为海洋探测的高效无人驾驶工具，但是它们在动态和复杂的水下环境中的操作需要具有强大的路径规划策略。以往的研究主要集中在已探测过的环境中全局能量或时间效率的路径规划上，忽略了在峡湾和近海水域等变化和动态区域中不可预测的流场条件和未知障碍物所带来的挑战。本文介绍并改进了一种实时路径规划方法，即多点势场（MPPF），专门针对UGs在三维空间中的操作，因为它们受到浮力推进和内部驱动的限制。所提出的MPPF方法解决了障碍物、流场和局部极小值问题，提高了UG路径规划的效率和鲁棒性。一个低成本的原型机，研究导向的用于实践工程探究的水下滑翔机（ROUGHIE），被用于验证。通过案例研究和模拟，证明了增强的MPPF方法的有效性，突出了它在水下探测的实际应用潜力。

本论文旨在提出一种针对三维空间内运行的水下滑翔机的实时路径规划方法，以应对未知障碍物和动态流场等挑战，提高水下滑翔机路径规划的效率和鲁棒性。

论文提出了一种多点势场（MPPF）方法，针对水下滑翔机的特殊运动方式和复杂环境，考虑了障碍物、流场和局部最小值等因素，提高了路径规划的效率和鲁棒性。

论文使用了低成本的原型机ROUGHIE进行了实验验证，并通过案例研究和仿真展示了改进后的MPPF方法的有效性。此外，论文还提出了一种基于概率的动态障碍物避障方法，值得进一步研究。

近期的相关研究包括：1. 'Path planning for autonomous underwater gliders in time-varying ocean currents using mixed-integer linear programming'；2. 'A survey of autonomous underwater vehicle motion planning and control'；3. 'Dynamic obstacle avoidance for autonomous underwater vehicles using a probabilistic framework'。