We address the problem of routing a team of drones and trucks over large-scale urban road networks. To conserve their limited flight energy, drones can use trucks as temporary modes of transit en route to their own destinations. Such coordination can yield significant savings in total vehicle distance traveled, i.e., truck travel distance and drone flight distance, compared to operating drones and trucks independently. But it comes at the potentially prohibitive computational cost of deciding which trucks and drones should coordinate and when and where it is most beneficial to do so. We tackle this fundamental trade-off by decoupling our overall intractable problem into tractable sub-problems that we solve stage-wise. The first stage solves only for trucks, by computing paths that make them more likely to be useful transit options for drones. The second stage solves only for drones, by routing them over a composite of the road network and the transit network defined by truck paths from the first stage. We design a comprehensive algorithmic framework that frames each stage as a multi-agent path-finding problem and implement two distinct methods for solving them. We evaluate our approach on extensive simulations with up to $100$ agents on the real-world Manhattan road network containing nearly $4500$ vertices and $10000$ edges. Our framework saves on more than $50\%$ of vehicle distance traveled compared to independently solving for trucks and drones, and computes solutions for all settings within $5$ minutes on commodity hardware.


翻译:我们处理无人驾驶飞机和卡车在大型城市道路网络中行驶的问题。为了保护有限的飞行能源,无人驾驶飞机可以使用卡车作为前往自己目的地的临时过境方式。这种协调可以节省车辆总行驶距离,即卡车旅行距离和无人驾驶飞机飞行距离,而与独立操作无人驾驶飞机和卡车相比,这种协调可以节省大量费用。但是,在决定哪些卡车和无人驾驶飞机应该协调以及何时和在什么地方这样做最有利时何方时决定的计算成本可能令人望而却步。我们通过将我们的总体棘手问题分解成可伸缩的子问题来解决这一根本交易。第一阶段只能解决卡车问题,办法是计算出可能更有利于无人驾驶飞机的行驶路线。第二阶段只能解决无人驾驶飞机问题,办法是确定公路网络和卡车路线的组合。我们设计一个全面的算法框架,将每个阶段都标为多机构路径调查问题,并采用两种截然不同的方法来解决这些问题。我们用大量货币的卡车的设置来解决卡车问题,而不是我们从100美元到100美元不等的行距的行距网络,我们用大量货币来独立地模拟,比100美元和100美元的行距的行距的行距的行距网络上,我们用的卡车的行距的行距要比较。

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