Exploiting unmanned aerial vehicles (UAVs) to execute tasks is gaining growing popularity recently. To solve the underlying task scheduling problem, the deep reinforcement learning (DRL) based methods demonstrate notable advantage over the conventional heuristics as they rely less on hand-engineered rules. However, their decision space will become prohibitively huge as the problem scales up, thus deteriorating the computation efficiency. To alleviate this issue, we propose a double-level deep reinforcement learning (DL-DRL) approach based on a divide and conquer framework (DCF), where we decompose the task scheduling of multi-UAV into task allocation and route planning. Particularly, we design an encoder-decoder structured policy network in our upper-level DRL model to allocate the tasks to different UAVs, and we exploit another attention based policy network in our lower-level DRL model to construct the route for each UAV, with the objective to maximize the number of executed tasks given the maximum flight distance of the UAV. To effectively train the two models, we design an interactive training strategy (ITS), which includes pre-training, intensive training and alternate training. Experimental results show that our DL-DRL performs favorably against the learning-based and conventional baselines including the OR-Tools, in terms of solution quality and computation efficiency. We also verify the generalization performance of our approach by applying it to larger sizes of up to 1000 tasks. Moreover, we also show via an ablation study that our ITS can help achieve a balance between the performance and training efficiency.


翻译:利用无人机执行任务近年来越发受到关注。为解决底层任务调度问题,基于深度强化学习的方法相较于传统启发式方法具有显著优势,因其较少依赖人工设计的规则。然而,随着问题规模扩大,其决策空间将急剧膨胀,导致计算效率恶化。为缓解该问题,本文提出一种基于分治框架的双层深度强化学习方法,将多无人机任务调度分解为任务分配与路径规划两个子问题。具体而言,我们在上层深度强化学习模型中设计了一个编码器-解码器结构的策略网络,用于将任务分配给不同无人机;同时在下层深度强化学习模型中利用另一个基于注意力机制的策略网络,为每架无人机构建飞行路径,其目标是在给定最大飞行距离约束下最大化可执行任务数量。为有效训练这两个模型,我们设计了一种交互式训练策略,包含预训练、强化训练和交替训练三个阶段。实验结果表明,我们的DL-DRL方法在解质量和计算效率方面均优于包括OR-Tools在内的基于学习的传统基线方法。我们还将该方法扩展应用于多达1000个任务的大规模场景,验证了其泛化性能。此外,消融实验表明,所提出的交互式训练策略有助于在性能与训练效率之间取得平衡。

0
下载
关闭预览

相关内容

不可错过!《机器学习100讲》课程,UBC Mark Schmidt讲授
专知会员服务
76+阅读 · 2022年6月28日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
15+阅读 · 2022年6月14日
VIP会员
最新内容
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
1+阅读 · 6月6日
《国防领域安全采用大语言模型的战略蓝图》
专知会员服务
4+阅读 · 6月6日
ICML 2026 | 演化选择的因果建模
专知会员服务
5+阅读 · 6月5日
综述|学习式3D表征最新进展与趋势
专知会员服务
5+阅读 · 6月5日
人工智能重塑威慑:算法优势的兴起
专知会员服务
7+阅读 · 6月5日
AgentOps综述:智能体系统运维框架
专知会员服务
16+阅读 · 6月4日
《美陆军最新条令:兵力防护》
专知会员服务
13+阅读 · 6月4日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
强化学习族谱
CreateAMind
26+阅读 · 2017年8月2日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员