We study the problem of long-term (multiple days) mapping of a river plume using multiple autonomous underwater vehicles (AUVs), focusing on the Douro river representative use-case. We propose an energy - and communication - efficient multi-agent reinforcement learning approach in which a central coordinator intermittently communicates with the AUVs, collecting measurements and issuing commands. Our approach integrates spatiotemporal Gaussian process regression (GPR) with a multi-head Q-network controller that regulates direction and speed for each AUV. Simulations using the Delft3D ocean model demonstrate that our method consistently outperforms both single- and multi-agent benchmarks, with scaling the number of agents both improving mean squared error (MSE) and operational endurance. In some instances, our algorithm demonstrates that doubling the number of AUVs can more than double endurance while maintaining or improving accuracy, underscoring the benefits of multi-agent coordination. Our learned policies generalize across unseen seasonal regimes over different months and years, demonstrating promise for future developments of data-driven long-term monitoring of dynamic plume environments.


翻译:我们研究了使用多台自主水下航行器(AUV)对河流羽流进行长期(多日)映射的问题,重点聚焦于杜罗河的代表性应用场景。我们提出了一种节能且通信高效的多智能体强化学习方法,中央协调器间歇性地与AUV通信,收集测量数据并下达指令。该方法将时空高斯过程回归(GPR)与多头Q网络控制器相结合,用于调控每台AUV的航行方向与速度。基于Delft3D海洋模型的仿真表明,我们的方法在性能上持续优于单智能体和多智能体基准方法,而增加智能体数量不仅能降低均方误差(MSE),还能提升作业续航能力。在某些案例中,我们的算法表明,将AUV数量加倍时,续航能力可提升一倍以上,同时保持或提高测量精度,这凸显了多智能体协调的优势。所学策略可泛化至不同月份和年份中未见过的季节性场景,为未来开发动态羽流环境数据驱动的长期监测技术展现了应用前景。

0
下载
关闭预览

相关内容

多智能体强化学习中的稳健且高效的通信
专知会员服务
26+阅读 · 2025年11月17日
面向关系建模的合作多智能体深度强化学习综述
专知会员服务
42+阅读 · 2025年4月18日
多智能体强化学习控制与决策研究综述
专知会员服务
50+阅读 · 2024年11月23日
多智能体深度强化学习研究进展
专知会员服务
76+阅读 · 2024年7月17日
基于学习机制的多智能体强化学习综述
专知会员服务
64+阅读 · 2024年4月16日
专知会员服务
172+阅读 · 2021年8月3日
「基于通信的多智能体强化学习」 进展综述
【综述】多智能体强化学习算法理论研究
深度强化学习实验室
16+阅读 · 2020年9月9日
多智能体强化学习(MARL)近年研究概览
PaperWeekly
38+阅读 · 2020年3月15日
DeepMind:用PopArt进行多任务深度强化学习
论智
30+阅读 · 2018年9月14日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
VIP会员
最新内容
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
10+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
5+阅读 · 7月20日
美空军AI完成F-16战斗机自主空战历史性试飞
专知会员服务
6+阅读 · 7月20日
深入Project Maven:为何人工智能在战场上依然失灵
锻造未来士兵:外骨骼、基因工程与赛博格
专知会员服务
8+阅读 · 7月19日
相关VIP内容
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
43+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
5+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
17+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员