PathBench|路径规划数据集|算法评估数据集

PathBench是由帝国理工学院和Ryerson大学合作开发的一个用于评估和比较经典及学习型路径规划算法的平台。该数据集支持2D和3D环境下的算法开发、可视化、训练和测试，并提供对机器人操作系统（ROS）的支持。PathBench包含多种内置地图和外部环境，如视频游戏和现实世界数据库，用于评估算法的性能指标，如路径长度、成功率、计算时间和路径偏差。此外，PathBench还提供了一个ROS实时扩展，以便与真实世界的机器人进行交互，旨在解决路径规划领域的算法比较和性能评估问题。

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数据集介绍

构建方式

PathBench 数据集的构建方式旨在为路径规划算法提供一个统一和全面的发展、评估、比较和可视化平台。它通过整合经典的和基于学习的路径规划算法，并提供一个结构化的环境，以促进新算法的开发和集成。PathBench 支持二维和三维环境，并内置了多种地图类型，包括均匀随机填充图、块图、房屋图和点云图。此外，它还支持从外部数据集导入地图，以及与 Robot Operating System (ROS) 进行实时交互，以支持与真实世界机器人的交互。

特点

PathBench 数据集的特点包括：1) 支持二维和三维经典和基于学习的路径规划算法；2) 提供标准化的评估指标和环境，以方便快速比较算法性能；3) 具有易于使用的 API 接口，便于算法移植到其他标准化库；4) 提供与 ROS 的实时扩展，支持与真实世界机器人的交互；5) 支持生成和标记用于训练机器学习模型的数据集；6) 提供训练管道，用于训练和评估机器学习模型。

使用方法

使用 PathBench 数据集的方法包括：1) 在 Simulator 组件中开发、测试和可视化路径规划算法；2) 使用 Generator 组件生成和标记训练数据集；3) 使用 Trainer 组件训练机器学习模型；4) 使用 Analyzer 组件评估和比较算法性能；5) 使用 ROS 实时扩展与真实世界机器人进行交互。PathBench 提供了详细的文档和教程，以帮助用户快速上手。

背景与挑战

背景概述

路径规划是移动机器人中的关键组成部分。目前存在大量的路径规划算法，但很少有尝试对算法进行全面的基准测试或统一接口。此外，随着深度神经网络技术的最新进展，迫切需要促进基于学习的规划算法的开发和基准测试。本文提出了PathBench，这是一个用于开发、可视化、训练、测试和基准测试现有和未来的经典和基于学习的2D和3D路径规划算法的平台，同时提供对机器人操作系统（ROS）的支持。许多现有的路径规划算法都得到了支持，例如A*、波前、快速探索随机树、值迭代网络和门控路径规划网络，并且集成新算法非常容易且明确指定。我们通过比较实现的经典和基于学习的算法的指标，如路径长度、成功率、计算时间和路径偏差，展示了PathBench的基准测试能力。这些评估是在内置的PathBench地图和来自视频游戏和现实世界数据库的外部路径规划环境中进行的。PathBench是开源的。

当前挑战

PathBench平台面临的挑战主要包括：1) 随着机器学习（ML）算法的不断发展，如何有效地基准测试和比较这些算法；2) 如何提供一个统一的框架，以便于开发者和研究人员可以轻松地开发和集成新的经典和基于学习的路径规划算法；3) 如何支持不同类型的地图和环境，以便于评估算法在不同场景下的性能；4) 如何提供一个简单的API接口，以便于算法可以在其他标准库之间移植；5) 如何提供一个ROS实时扩展，以便于与真实世界的机器人进行实时交互。

常用场景

经典使用场景

PathBench数据集主要用于路径规划算法的评估、比较、可视化和开发。它支持2D和3D环境下的经典和基于学习的路径规划算法，并提供了与Robot Operating System (ROS)的接口。PathBench允许用户轻松地集成和测试新的路径规划算法，同时也支持与真实世界的机器人进行实时交互。

衍生相关工作

PathBench数据集的发布促进了路径规划领域的研究，许多研究人员利用PathBench进行了算法的改进和评估。例如，一些研究利用PathBench对基于学习的路径规划算法进行了优化，提高了算法在复杂环境中的性能。此外，PathBench还启发了其他研究人员开发新的路径规划算法，并利用PathBench进行算法的评估和比较。

数据集最近研究

最新研究方向

PathBench数据集在路径规划算法领域的前沿研究方向主要体现在对传统路径规划算法和基于机器学习的路径规划算法的全面评估和比较。PathBench平台支持2D和3D环境的经典和机器学习算法的开发、可视化、训练、测试和基准测试，为路径规划算法的研究提供了强有力的工具。该数据集的研究方向与自动驾驶、机器人导航等实际应用紧密相关，旨在通过标准化和自动化的测试流程，帮助研究人员更有效地评估和优化路径规划算法。PathBench平台的开放性和可扩展性使得研究人员可以轻松地集成和测试新的算法，从而推动路径规划算法的不断进步和创新。

相关研究论文

• PathBench: A Benchmarking Platform for Classical and Learned Path Planning Algorithms

  帝国理工学院 · 2021年