TEeVTOL: Balancing Energy and Time Efficiency in eVTOL Aircraft Path Planning Across City-Scale Wind Fields

比例(比率) 风力发电 路径(计算) 环境科学 航空航天工程 气象学 计算机科学 地理 工程类 地图学 电气工程 程序设计语言
作者
Songyang Liu,Shuai Li,Haochen Li,Weizi Li,Jindong Tan
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2403.14877
摘要

Electric vertical-takeoff and landing (eVTOL) aircraft, recognized for their maneuverability and flexibility, offer a promising alternative to our transportation system. However, the operational effectiveness of these aircraft faces many challenges, such as the delicate balance between energy and time efficiency, stemming from unpredictable environmental factors, including wind fields. Mathematical modeling-based approaches have been adopted to plan aircraft flight path in urban wind fields with the goal to save energy and time costs. While effective, they are limited in adapting to dynamic and complex environments. To optimize energy and time efficiency in eVTOL's flight through dynamic wind fields, we introduce a novel path planning method leveraging deep reinforcement learning. We assess our method with extensive experiments, comparing it to Dijkstra's algorithm -- the theoretically optimal approach for determining shortest paths in a weighted graph, where weights represent either energy or time cost. The results show that our method achieves a graceful balance between energy and time efficiency, closely resembling the theoretically optimal values for both objectives.

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