Особенности построения сглаженной траектории при наличии большого числа точек траектории
- Авторы: Макаров М.И.1, Морозов Ю.В.1
-
Учреждения:
- ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
- Выпуск: № 114 (2025)
- Страницы: 291-306
- Раздел: Управление подвижными объектами и навигация
- URL: https://ogarev-online.ru/1819-2440/article/view/291944
- ID: 291944
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Представлен метод сглаживания траектории, полученной с использованием высокочастотных данных о движении мототехники по пересечённой местности, с целью повысить точность и плавность траекторий в условиях присутствия шума. Основное внимание уделено особенностям применению квинтических В-сплайнов, которые обеспечивают высокую степень гладкости при описании траектории и предварительной фильтрации данных. В статье последовательно описаны технические и математические сложности, возникающие при реализации алгоритма на реальных данных, а также предложены методы их преодоления. Один из таких методов — фильтрация выбросов для устранения резких отклонений исходной траектории с использованием цифрового фильтра Баттерворта. Рассмотрены и протестированы различные подходы для работы с большим количеством точек траектории, включая разбиение данных на отдельные перекрывающиеся окна с их последовательной сшивкой, что значительно улучшает производительность алгоритма. Для оптимизации вычислений также предложено использовать разреженные матрицы, эффективно работающие с большим объемом данных и занимающих существенно меньший объем памяти компьютера по сравнению с традиционными. Эффективность предложенного подхода подтверждена на примерах, где визуализированы сглаженные траектории, полученные из зашумленных данных.
Ключевые слова
Об авторах
Максим Игоревич Макаров
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: maxim.i.makarov@gmail.com
Москва
Юрий Викторович Морозов
ФГБУН Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Email: tot1983@ipu.ru
Москва
Список литературы
- ГИЛИМЬЯНОВ Р.Ф., ПЕСТЕРЕВ А.В., РАПОПОРТ Л.Б.Сглаживание кривизны траекторий, построенных по за-шумленным измерениям в задачах планирования пути дляколесных роботов // Известия РАН. Теория и системыуправления. – 2008. –№5. – С. 148–156.
- ГИЛИМЬЯНОВ Р.Ф., РАПОПОРТ Л.Б. Метод деформациипути в задачах планирования движения роботов при нали-чии препятствий // Проблемы управления. – 2012. – №1. –С. 70–76.
- МАКАРОВ М.И. Алгоритм локального планирования путидля объезда препятствий в путевых координатах // Про-блемы управления. – 2024. – №3. – С. 66–72.
- МОРОЗОВ Ю.В., КОРГИН Н.А. Особенности использова-ния ГНСС rtk и imu на электрическом снегоходе одноко-лейной компоновки при движении по не жесткой поверх-ности // Сборник материалов XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и за-дачи управления». – Таганрог: 2023. – С. 112–118.
- РОМАНЮК Ю.А. Основы цифровой обработки сигналов.Учебное пособие. Часть 1. – М., 2007г.
- FU-CHUNG W., SCHOFIELD S., WRIGHT P. A Real TimeQuintic Spline Interpolator for an Open Architecture MachineTool // ASME Int. Mechanical Engineering Congress andExposition. – 1996. – P. 291–298.
- GILIMYANOV R.F., RAPOPORT L.B. Path DeformationMethod for Robot Motion Planning Problems in the Presenceof Obstacles // Autom. Remote Control. – 2013. – Vol. 74,No. 12. – P. 70–76.
- LEICK A., RAPOPORT L., TATARNIKOV D. GPS SatelliteSurveying. – New York: John Wiley & Sons, 2015.
- JIN J., TANG L. Coverage path planning on three-dimensionalterrain for arable farming // J. F. Robot. – 2011. – Vol. 28,No. 3. – P. 424–440.
- MOROZOV Y. B-slines Trajectory Planning for QuadrotorFlight // V Int. Conf. on Optimization Methods andApplications OPTIMIZATION AND APPLICATIONS(OPTIMA-2014), Petrova, Montenegro, 2014. – P. 138–139.
- MOHAMED R., AHMED O., AMIRA Y.H. et al. Path planningalgorithms in the autonomous driving system: A comprehensivereview // Robotics and Autonomous Systems. – 2024. –Vol. 174. – P. 104630.
- PADOKHIN A.M., MYLNIKOVA A.A.,YASYUKEVICH YU.V. et al. Galileo E5 AltBOC Signals:Application for Single-Frequency Total Electron ContentEstimations // Remote Sensing. – 2021. – Vol. 13, Iss. 19. –P. 3973 (1–14).
- RAPOPORT L., MOGILNITSKY V., ASHJAEE J. Octopus:Four-antennae RTK System and New Attitude DeterminationTechnique // Proc. 14th Int. Technical Meeting of the SatelliteDivision of The Institute of Navigation (ION GPS 2001), SaltLake City, UT, September 2001. – P. 2972–2979.
- TORMAGOV T.A. Path Deformation Method with Constraintson Normal Curvature for Wheeled Robots in PrecisionAgriculture Based on Second-Order Cone Programming //Autom. Remote Control. – 2024. – Vol. 85. – P. 123–131.
- TORMAGOV T., RAPOPORT L. Coverage Path Planningfor 3D Terrain with Constraints on Trajectory CurvatureBased on Second-Order Cone Programming // In: Advancesin Optimization and Applications / Eds.: N.N. Olenev et al. –Cham: Springer International Publishing, 2021. – P. 258–272.
- TORMAGOV T.A., GENERALOV A.A., SHAVIN M.Y. et al.Motion Control of Autonomous Wheeled Robots in PrecisionAgriculture // Gyroscopy Navig. – 2022. – Vol. 13, No. 1. –P. 23–35.
- TORMAGOV T., RAPOPORT L. Coverage Path Planningfor 3D Terrain with Constraints on Trajectory CurvatureBased on Second-Order Cone Programming // In: Advancesin Optimization and Applications / Eds.: N.N. Olenev et al. –Cham: Springer International Publishing, 2021. – P. 258–272.
- HAMEED I.A., LA COUR-HARBO A., OSEN O.L. Side-to-side 3D coverage path planning approach for agriculturalrobots to minimize skip/overlap areas between swaths // Rob.Auton. Syst. Elsevier. – 2016. – Vol. 76. – P. 36–45.
- XIWEN G., ZHOU F., QUNJING W. et al. Smooth Planning forManipulator with Multi-dimensional Actuator based on QuinticB-spline // Electrotehnica, Electronica, Automatica. – 2022. –Vol. 70. – P. 20–29.
- YAN D., WU T., LIU Y. et al. An efficient sparse-dense matrixmultiplication on a multicore system // IEEE 17th Int. Conf. onCommunication Technology (ICCT), Chengdu, China, 2017. –P. 1880–1883.
Дополнительные файлы
