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Enregistrement W4391640441 · doi:10.1109/tase.2024.3358894

DL-DRL: A Double-Level Deep Reinforcement Learning Approach for Large-Scale Task Scheduling of Multi-UAV

2024· article· en· W4391640441 sur OpenAlexaff
Xiao Mao, Guohua Wu, Mingfeng Fan, Zhiguang Cao, Witold Pedrycz

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2024
Typearticle
Langueen
DomaineComputer Science
ThématiqueAdvanced Neural Network Applications
Établissements canadiensUniversity of Alberta
Organismes subventionnairesFundamental Research Funds for Central Universities of the Central South UniversityCentral South UniversityNational Natural Science Foundation of China
Mots-clésReinforcement learningComputer scienceScheduling (production processes)Artificial intelligenceComputationHeuristicExploitDistributed computingMachine learningMathematical optimizationAlgorithm

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Exploiting unmanned aerial vehicles (UAVs) to execute tasks is gaining growing popularity recently. To address the underlying task scheduling problem, conventional exact and heuristic algorithms encounter challenges such as rapidly increasing computation time and heavy reliance on domain knowledge, particularly when dealing with large-scale problems. The deep reinforcement learning (DRL) based methods that learn useful patterns from massive data demonstrate notable advantages. 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 total value 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 1500 tasks and to different flight distances of UAVs. Moreover, we also show via an ablation study that our ITS can help achieve a balance between the performance and training efficiency. Our code is publicly available at https://faculty.csu.edu.cn/guohuawu/zh_CN/zdylm/193832/list/ index.htm.Note to Practitioners—Unmanned aerial vehicles (UAVs) are of great practical usage, as they have many real world applications. When a group of UAVs are employed to execute large-scale tasks, a core question is how to scheduling the UAVs, so that they could complete the tasks efficiently. However, it is a computationally hard problem due to the exponentially increasing search space. To solve this problem, we propose a double-level deep reinforcement learning (DL-DRL) approach within a divide-and-conquer framework (DCF), where the upper-level DRL model is responsible for the task allocation, and the lower-level DRL model is responsible for the UAV route planning. To better train the two DRL models who have interplay with each other, we propose a simple yet efficient training strategy, termed interactive training strategy (ITS), which includes pre-training, intensive training and alternate training. The experimental results based on instances of various scales show that our DL-DRL approach outperformed learning-based and conventional baselines, and the designed ITS could strike a good balance between performance and training efficiency. In light of those verified advantages, we believe that our DL-DRL approach has favorable potential to solve the practical task scheduling problem of multi-UAV in real world.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,023

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0020,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,032
Tête enseignante GPT0,276
Écart entre enseignants0,244 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations80
Publié2024
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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