Multi-UAV Adaptive Path Planning Using Deep Reinforcement Learning

强化学习 计算机科学 运动规划 稳健性(进化) 人工智能 工作区 地形 机器学习 反事实思维 钥匙(锁) 实时计算 机器人 分布式计算 生态学 生物化学 化学 哲学 计算机安全 认识论 生物 基因
作者
Jonas Westheider,Julius Rückin,Marija Popović
标识
DOI:10.1109/iros55552.2023.10342516
摘要

Efficient aerial data collection is important in many remote sensing applications. In large-scale monitoring scenarios, deploying a team of unmanned aerial vehicles (UAVs) offers improved spatial coverage and robustness against individual failures. However, a key challenge is cooperative path planning for the UAVs to efficiently achieve a joint mission goal. We propose a novel multi-agent informative path planning approach based on deep reinforcement learning for adaptive terrain monitoring scenarios using UAV teams. We introduce new network feature representations to effectively learn path planning in a 3D workspace. By leveraging a counterfactual baseline, our approach explicitly addresses credit assignment to learn cooperative behaviour. Our experimental evaluation shows improved planning performance, i.e. maps regions of interest more quickly, with respect to non-counterfactual variants. Results on synthetic and real-world data show that our approach has superior performance compared to state-of-the-art non-learning-based methods, while being transferable to varying team sizes and communication constraints.
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