Distributed Multi-UAV 3D Trajectory Planning Based on Multi-Agent Deep Reinforcement Learning

强化学习 计算机科学 马尔可夫决策过程 弹道 运动规划 轨迹优化 能源消耗 最优化问题 分布式计算 资源配置 遗传算法 马尔可夫过程 实时计算 资源管理(计算) 离线学习 过程(计算) 人工智能 资源(消歧) 避碰 马尔可夫链 部分可观测马尔可夫决策过程 贪婪算法 增强学习 数学优化 全局优化 智能交通系统 互联网 基线(sea) 自适应优化 高效能源利用 深度学习
作者
Junnan Pan,Yun Li,Rong Chai,Shichao Xia,Linli Zuo
出处
期刊:IEEE Transactions on Cognitive Communications and Networking [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12: 4577-4592 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tccn.2025.3635105
摘要

With the widespread application of unmanned aerial vehicles (UAVs) in smart city scenarios under the Internet of Everything, multi-UAV collaborative trajectory planning faces multiple challenges including cost constraints, collision risks, and complex action spaces. To address these issues, a distributed multi-UAV 3D trajectory planning collaborative optimization method is proposed, which enhances system efficiency through joint optimization of UAVs energy consumption and Age of Information (AoI). Firstly, an improved genetic algorithm-based optimization mechanism is designed to determine the number of UAVs by introducing threat factors and composite reward factors. Then, a multi-agent deep reinforcement learning (MADRL)-enabled collaborative planning framework is established, modeling the trajectory planning problem as a multi-objective Markov decision process (MDP) to achieve autonomous trajectory optimization in complex urban environments through distributed policy networks. Finally, the system implements adaptive speed adjustment for UAVs using a greedy algorithm to improve resource utilization. Simulation results demonstrate that compared with baseline algorithms, the proposed method achieves superior performance in reducing energy consumption, enhancing AoI, and optimizing trajectory planning strategies, validating its effectiveness in intelligent urban air mobility systems.
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