Tóm tắt
Bài báo trình bày FSM-MP (Finite-State Mission Planning), một khung lập kế hoạch nhiệm vụ định hướng triển khai cho hệ xuồng không người lái bầy đàn (Swarm-USV) phục vụ thành lập bản đồ địa hình dưới nước tỷ lệ lớn. Khác với các nghiên cứu tập trung vào điều khiển đội hình hoặc tối ưu đường đi cục bộ, FSM-MP được đặt tại lớp lập kế hoạch nhiệm vụ, nơi yêu cầu bản đồ được chuyển thành tuyến đo, tác vụ tuyến, phân công cho từng USV và gói nhiệm vụ sẵn sàng nạp xuống phương tiện. Đầu vào của khung gồm vùng khảo sát, tỷ lệ bản đồ, khoảng cách tuyến, hướng tuyến, vùng cấm, điểm hạ thủy, năng lực USV và yêu cầu tuyến kiểm tra. Đầu ra là mission package theo USV ID, gồm waypoint, chiều dài tuyến, thời gian dự kiến, metadata và hồ sơ phục vụ kiểm tra sau đo. Thực nghiệm với hệ 03 USV cho thấy phương án Swarm-USV thực hiện 36,82 km tuyến trong 257,9 phút, trong khi phương án 01 USV thực hiện 37,79 km trong 482,3 phút, tương đương giảm 46,5% thời gian hiện trường và tăng năng suất tuyến tổng hợp từ 4,70 lên 8,57 km/giờ. Bộ giao kiểm 159 vị trí cắt ngang/gần giao nhau đạt |Δh|tb = 0,026 m, RMSh = 0,028 m và |Δh|max = 0,040 m, cho thấy dữ liệu có nền ổn định để chuyển sang mô hình hóa DEM/đường bình độ. Đóng góp chính của bài báo nằm ở quy trình chuyển đổi yêu cầu bản đồ thành mission có thể thực thi cho nhiều USV, thay vì đề xuất một bộ tối ưu hóa phổ quát mới.
Từ khóa: FSM-MP; Swarm-USV; lập kế hoạch nhiệm vụ; bản đồ địa hình dưới nước; đo sâu hồi âm; phân chia tuyến đo.
Abstract
This paper presents FSM-MP (Finite-State Mission Planning), a deployment-oriented mission-planning framework for swarm-based unmanned surface vehicles (Swarm-USV) in large-scale underwater topographic mapping. The framework is positioned at the mission-planning layer rather than at the low-level formation-control layer. It transforms map-production requirements into survey tracklines, decomposes them into schedulable tasks, allocates tasks according to USV capabilities, and exports deployment-ready mission packages. Field validation using a three-USV system indicates that the proposed mission organization reduces field time by 46.5% compared with a single-USV scenario of comparable trackline length, while maintaining a QA/QC basis for map-ready bathymetric data. The contribution of FSM-MP is therefore the integration of survey specification, trackline-task decomposition, capability-aware workload allocation, and mission packaging for practical Swarm-USV mapping.
Keywords: FSM-MP; Swarm-USV; mission planning; underwater topographic mapping; hydrographic survey; trackline allocation.
Tài liệu tham khảo
[1] International Hydrographic Organization (2024). IHO Standards for Hydrographic Surveys, S-44, Edition 6.2.0.
[2] NOAA Office of Coast Survey (2025). Hydrographic Surveys Specifications and Deliverables, Version 2025.0.00.
[3] Wajs, J., et al. (2021). Development of low-cost Unmanned Surface Vehicle system for bathymetric measurements. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 684, 012033.
[4] Specht, M., et al. (2020). The use of USV to develop navigational and bathymetric models of yacht ports on the example of National Sailing Centre in Gdańsk. Remote Sensing, 12(16), 2585.
[5] Choset, H. (2000). Coverage of known spaces: The boustrophedon cellular decomposition. Autonomous Robots, 9, 247-253.
[6] Galceran, E., & Carreras, M. (2013). A survey on coverage path planning for robotics. Robotics and Autonomous Systems, 61(12), 1258-1276.
[7] Gerkey, B. P., & Mataric, M. J. (2004). A formal analysis and taxonomy of task allocation in multi-robot systems. The International Journal of Robotics Research, 23(9), 939-954.
[8] Korsah, G. A., Stentz, A., & Dias, M. B. (2013). A comprehensive taxonomy for multi-robot task allocation. The International Journal of Robotics Research, 32(12), 1495-1512.
[9] Baswantara, A., Hakim, M. R., Firdaus, A. N., et al. (2025). Study on design and construction of unmanned surface vehicle (USV) as a marine survey vehicle. BIO Web of Conferences, 168, 05010.
[10] Hà Thị Hằng, Bùi Duy Quỳnh, Trần Đình Trọng, Lương Ngọc Dũng, Hà Trung Khiên (2019). Khảo sát khả năng thành lập bình đồ đáy hồ bằng tàu không người lái (USV) tại khu vực hồ Đền Lừ, thành phố Hà Nội. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất, 60(4).
[11] Van, D. H., et al. (2022). Improved Hydrographic Surveying Accuracy with the Use of Unmanned Surface Vehicles. Journal of Science and Technology.
[12] Lưu Hải Âu, Ngô Thị Liên và cs. (2026). Hồ sơ thực nghiệm hệ Swarm-USV phục vụ thành lập bản đồ địa hình dưới nước tỷ lệ lớn, đề tài TNMT.2024.03.01.
