Searches are conducted to find missing persons and/or objects given uncertain information, imperfect observers and large search areas in Search and Rescue (SAR). In many scenarios, such as Maritime SAR, expected survival times are short and optimal search could increase the likelihood of success. This optimization problem is complex for nontrivial problems given its probabilistic nature. Stochastic optimization methods search large problems by nondeterministically sampling the space to reduce the effective size of the problem. This has been used in SAR planning to search otherwise intractably large problems but the stochastic nature provides no formal guarantees on the quality of solutions found in finite time. This paper instead presents $\rm{A}^{\rm{SAR}}$, an $\varepsilon$-optimal search algorithm for SAR planning. It calculates a heuristic to bound the search space and uses graph-search methods to find solutions that are formally guaranteed to be within a user-specified factor, $\varepsilon$, of the optimal solution. It finds better solutions faster than existing optimization approaches in operational simulations. It is also demonstrated with a real-world field trial on Lake Ontario, Canada, where it was used to locate a drifting manikin in only 150s.


翻译:搜救行动旨在基于不确定信息、不完美观察者及广阔搜索区域寻找失踪人员或物体。在许多场景中(如海上搜救),预期生存时间较短,优化搜索可提高成功概率。由于该优化问题的概率特性,对于非平凡问题而言其复杂度较高。随机优化方法通过非确定性采样空间来缩减问题的有效规模,从而处理大规模问题。该方法已应用于搜救规划中以应对原本难以处理的大规模问题,但其随机性无法为有限时间内所得解的质量提供形式化保证。本文提出$\rm{A}^{\rm{SAR}}$——一种用于搜救规划的$\varepsilon$最优搜索算法。该算法通过计算启发式函数以界定搜索空间,并利用图搜索方法寻找形式化保证在用户指定因子$\varepsilon$范围内接近最优解的方案。在操作模拟中,该算法以更快速度找到优于现有优化方法的解。此外,通过在加拿大安大略湖开展的实地试验验证了其有效性:算法仅用150秒便成功定位了漂流的人体模型。

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