Multi-robot routing for monitoring areas with different importance considering failure-prone agents

Abstract

O monitoramento de áreas é uma tarefa importante em diversas atividades, como em missões de busca e salvamento e no monitoramento ambiental e agrícola. Neste trabalho, estamos interessados no monitoramento de áreas com regiões com diferentes importâncias de inspeção, realizado por uma equipe de agentes heterogêneos propensos à falha. Modelamos o problema como uma instância do Correlated Orienteering Problem (CTOP) e o abordamos em duas fases: planejamento e execução da missão. Propomos um método de planejamento de rotas que se difere dos existentes na literatura principalmente por considerar que os agentes estão propensos à falha durante a execução da missão. Para tratar os casos de falha de agentes que os impedem de seguir o plano, propomos uma heurística que adapta as rotas dos agentes ativos durante o progresso da missão e busca recuperar parte da recompensa que seria perdida pela falha de um colega de equipe. Os resultados mostram que nosso método de planejamento produz rotas pouco menos lucrativas que os métodos da literatura. Porém, nos cenários de falha dos agentes, os planos gerados pelo nosso método garantem uma menor perda de recompensa. Com relação à rotina de adaptação proposta, os resultados mostram que é vantajoso utilizá-la para recuper parte da recompensa que seria perdida pela equipe devido à falha de agentes, independente do método utilizado para gerar os planos iniciais.

Analisamos também o impacto de equipes heterogêneas no CTOP quando os agentes estão propensos à falha. Verificou-se que priorizar os agentes com recursos inferiores na fase de planejamento é mais benéfico para a equipe. Caso um desses agentes falhe, o restante dos membros da equipe possuem recursos superiores e irão adaptar suas rotas para recuperar a recompensa perdia. Porém, se esses agentes não falharem, a cobertura das regiões mais importantes de serem inspecionadas está garantida por eles. A partir dos resultados concluímos que o método de planejamento proposto em conjunto com a rotina de adaptação de rotas são grandes colaborações para o desenvolvimento de metodologias que tratam o monitoramento de áreas no cenário de falhas dos agentes. Além disso, ao tratar de equipes heterogêneas é necessário considerar a heterogeneidade dos agentes na fase de planejamento para melhor distribuí-los no ambiente. Dessa forma, atenuamos a perda de recompensa da equipe e damos melhores condições para os agentes ativos na missão adaptarem suas rotas.