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UAV_Obstacle_Avoiding_DRL

UAV_Obstacle_Avoiding_DRL

深度强化学习驱动的无人机自主避障算法研究

本项目研究了深度强化学习在UAV自主避障中的应用，涵盖静态和动态环境。研究结合多智能体强化学习、人工势场法和扰动流场算法等创新技术，并与A*、RRT等传统路径规划方法进行对比。项目实现了MADDPG、TD3、PPO等多种算法，提供MATLAB和Python代码。仿真实验表明，深度强化学习方法在无人机障碍物避免任务中展现出优越性能，为自主导航技术发展提供了新思路。

UAV深度强化学习障碍物避障多智能体强化学习路径规划Github开源项目
GitHub论文

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说明

这是一个关于无人机深度强化学习自主避障算法的项目。整个项目包括静态环境和动态环境中的避障。在静态环境中，结合了多智能体强化学习和人工势场算法。在动态环境中，项目采用了干扰流场算法和单智能体强化学习算法的组合。

由于这是我的本科毕业设计，学术水平有限，当时我写了一篇会议论文。论文地址为：基于深度强化学习框架的自适应干扰流体动力学系统算法

静态环境

有四种解决方法：

  1. MADDPG
  2. 完全集中式DDPG
  3. 完全分散式DDPG
  4. 完全集中式TD3

第三和第四种方法表现比其他方法更好。

动态环境

有四种解决方法：

  1. PPO+GAE（多进程）
  2. TD3
  3. DDPG
  4. SAC

前三种方法表现基本相同。PPO收敛所需的回合数较少。TD3和DDPG收敛速度快。虽然Soft Actor-Critic是深度强化学习中的出色算法，但在我的环境中没有明显效果。

无人机路径规划的传统方法

用MATLAB编写了三种传统方法：

  1. A*搜索算法
  2. RRT算法
  3. 蚁群算法

C++：

  1. D星算法

实验表明，A*搜索算法比其他算法好得多，但效果不如强化学习路径规划。

人工势场算法

本项目提供了人工势场算法的MATLAB和Python实现。

Python实现：./APF/APFPy2.py ./APF/APFPy3.py ./APF/ApfAlgorithm.py（二维和三维）

Matlab实现：./APF/APF_matlab（二维）

IFDS和IIFDS算法

这是一种基于流场的避障规划算法。我用matlab实现了它。代码在IIFDS_and_IFDS文件夹中。

如何开始训练

例如，如果你想在动态环境中用TD3训练智能体，你只需运行main.py，然后运行test.py，最后打开matlab运行test.m来绘图。

如果你想在有4个障碍物的环境中测试模型，你只需运行Multi_obstacle_environment_test.py。

环境要求

numpy

torch

matplotlib

seaborn==0.11.1

文件说明

calGs.m：计算表示路线性能的指标Gs。

calLs.m：计算表示路线性能的指标Ls。

draw.py：该文件包含Painter类，可以绘制各种方法的奖励曲线。

config.py：该文件给出了算法训练过程中参数的设置，如MAX_EPISODE、batch_size等。

Method.py：该文件包含许多重要方法，如如何计算智能体的奖励。

static_obstacle_environment.py：该文件包含许多静态障碍环境的参数。

dynamic_obstacle_environment.py：该文件包含许多动态障碍环境的参数。

Multi_obstacle_environment_test.py：该文件在dynamic_obstacle_environment.py中的环境中测试动态模型。

data_csv：该文件保存一些数据，如无人机的轨迹和训练中的奖励。

AntColonybenchmark.m：MATLAB实现的蚁群算法。

Astarbenchmark.m：MATLAB实现的A*算法。

RRTbenchmark.m：MATLAB实现的RRT算法。

简单模拟示例

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