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水中ロボット/VLM/ナビゲーションarXiv:2603.14786

CORAL: 水中モニタリングのための階層型VLMフレームワークにおける文脈推論と局所計画

CORAL: COntextual Reasoning And Local Planning in A Hierarchical VLM Framework for Underwater Monitoring

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水中環境でのオイスターリーフ監視を目的に、高次意味推論を担うVLMと低次衝突回避を担う動力学ベースプランナーを分離した階層型フレームワークCORALを提案し、探索範囲の向上と衝突削減を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 目的: 水中モニタリングのための階層型VLMフレームワークCORALの提案。 - 対象: Oyster reefsの回復に必要な水中モニタリングをAUVで自律化。 - 構成: 高レベルVLMによるwaypoint選択と低レベル動力学プランナを分離。 - 特徴: 幾何検証モジュールでwaypointを検証し再計画をトリガ。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来: 幾何ベース航法はシーン意味を解釈できず、VLM駆動のend-to-endは推論待ち・衝突・誤差蓄積が問題。 - 改善: 意味推論と反応制御を分離し、VLM呼び出しを57%削減。 - 性能: カバレッジ14.28ポイント(相対17.85%)向上、衝突100%削減。

3. 技術・手法の肝は?

- 階層化: VLMが高レベル探索ガイダンス(waypoint選択)を担当。 - 低レベル: 動力学ベースプランナが衝突回避実行を担当。 - 検証: 幾何検証モジュールがwaypointを検証し、必要時に再計画。 - 分離: 高レベル意味推論と低レベル反応制御を分離。

4. どうやって有効だと検証した?

- 比較: 前state-of-the-artと比較。 - 指標: カバレッジ、衝突回数、VLM呼び出し回数で評価。 - 結果: カバレッジ14.28ポイント向上、衝突100%削減、VLM呼び出し57%削減。

5. 議論はある?

- 制限: 既存VLM駆動end-to-endの3問題(推論待ち・動力学無視・自己修正不足)を指摘。 - 解決: 分離アーキテクチャで対処。 - 議論: 具体的な限界や失敗ケースは要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 比較対象: 前state-of-the-artのVLM駆動end-to-endシステム。 - 関連: 幾何ベース航法、vision-language models (VLMs)、autonomous underwater vehicles (AUVs)。 - 同分野: 水中モニタリング、oyster reefs回復。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Zhenqi Wu, Yuanjie Lu, Xuesu Xiao, Xiaomin Lin

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Oyster reefs are critical ecosystem species that sustain biodiversity, filter water, and protect coastlines, yet they continue to decline globally. Restoring these ecosystems requires regular underwater monitoring to assess reef health, a task that remains costly, hazardous, and limited when performed by human divers. Autonomous underwater vehicles (AUVs) offer a promising alternative, but existing AUVs rely on geometry-based navigation that cannot interpret scene semantics. Recent vision-language models (VLMs) enable semantic reasoning for intelligent exploration, but existing VLM-driven systems adopt an end-to-end paradigm, introducing three key limitations. First, these systems require the VLM to generate every navigation decision, forcing frequent waits for inference. Second, VLMs cannot model robot dynamics, causing collisions in cluttered environments. Third, limited self-correction allows small deviations to accumulate into large path errors. To address these limitations, we propose CORAL, a framework that decouples high-level semantic reasoning from low-level reactive control. The VLM provides high-level exploration guidance by selecting waypoints, while a dynamics-based planner handles low-level collision-free execution. A geometric verification module validates waypoints and triggers replanning when needed. Compared with the previous state-of-the-art, CORAL improves coverage by 14.28% percentage points, or 17.85% relatively, reduces collisions by 100%, and requires 57% fewer VLM calls.

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