UAV Path Planning using Global and Local Map Information with Deep Reinforcement Learning

运动规划 强化学习 计算机科学 实时计算 路径(计算) 人工智能 全球地图 分布式计算 机器人 计算机网络
作者
Mirco Theile,Harald Bayerlein,Richard Nai,David Gesbert,Marco Caccamo
标识
DOI:10.1109/icar53236.2021.9659413
摘要

Path planning methods for autonomous unmanned aerial vehicles (UAVs) are typically designed for one specific type of mission. This work presents a method for autonomous UAV path planning based on deep reinforcement learning (DRL) that can be applied to a wide range of mission scenarios. Specifically, we compare coverage path planning (CPP), where the UAV's goal is to survey an area of interest to data harvesting (DH), where the UAV collects data from distributed Internet of Things (IoT) sensor devices. By exploiting structured map information of the environment, we train double deep Q-networks (DDQNs) with identical architectures on both distinctly different mission scenarios to make movement decisions that balance the respective mission goal with navigation constraints. By introducing a novel approach exploiting a compressed global map of the environment combined with a cropped but uncompressed local map showing the vicinity of the UAV agent, we demonstrate that the proposed method can efficiently scale to large environments. We also extend previous results for generalizing control policies that require no retraining when scenario parameters change and offer a detailed analysis of crucial map processing parameters' effects on path planning performance.
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