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Multi-Agent Deep Reinforcement Learning Framework for Efficient Aerial Wildfire Fighting

Bardtke, Leonard und Naeem, Nabih und Kalliatakis, Nikolaos und Shiva Prakasha, Prajwal und Clemen, Thomas (2025) Multi-Agent Deep Reinforcement Learning Framework for Efficient Aerial Wildfire Fighting. In: 15th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space towards sustainability today and tomorrow. MDPI. 15th EASN International Conference, 2025-10-14 - 2025-10-17, Madrid, Spain. (eingereichter Beitrag)

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671kB

Kurzfassung

The increasing severity of global wildfires requires advanced suppression strategies to mitigate impacts on the environment and human life. This work investigates the applicability of Multi-Agent Reinforcement Learning (MARL) for aerial wildfire suppression using the SoSID Toolkit, an agent-based grid simulation grounded in cellular automata fire propagation. To enhance interpretability and support the reconstruction of learned tactics, this work introduces the Dual Decomposition Framework, providing a modular structure for both the reward function and the observation space. This design enables the contribution of individual components to be systematically evaluated, allowing the identification of elements most relevant for effective wildfire suppression. The learned MARL policy is compared against a heuristic strategy inspired by real-world firefighting practice. The reward analysis confirms that the Dual Decomposition Framework enhances transparency in agent behavior by analyzing the contribution of individual components. The experiments further show that the learned policy can outperform the heuristic approach in terms of burned-area reduction when fire spread sensitivity is low, demonstrating the potential of MARL for effective suppression strategies. However, performance declines as spread sensitivity increases, indicating limited generalization and signs of overfitting to training conditions. The findings suggest that approaches such as curriculum learning may improve robustness under faster-spreading fire dynamics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219955/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Multi-Agent Deep Reinforcement Learning Framework for Efficient Aerial Wildfire Fighting
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bardtke, LeonardLeonard.Bardtke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Naeem, NabihHussain.Naeem (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3144-3045NICHT SPEZIFIZIERT
Kalliatakis, NikolaosNikolaos.Kalliatakis (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3176-7592NICHT SPEZIFIZIERT
Shiva Prakasha, PrajwalPrajwal.Prakasha (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Clemen, Thomasthomas.clemen (at) haw-hamburg.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 November 2025
Erschienen in:15th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space towards sustainability today and tomorrow
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Verlag:MDPI
Name der Reihe:15th EASN International Conference on Innovation in Aviation & Space towards sustainability today and tomorrow
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Reinforcement Learning, Multi-Agent Reinforcement Learning, Multi-Agent Deep Reinforcement Learning, Wildfire Fighting, Agent-based Simulation, Explainable Reinforcement Learning, Reward Decomposition, Observation Decomposition
Veranstaltungstitel:15th EASN International Conference
Veranstaltungsort:Madrid, Spain
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Oktober 2025
Veranstaltungsende:17 Oktober 2025
Veranstalter :EASN
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Unbemannte Flugsysteme, D - Kurzstudien [KIZ], L - Digitale Technologien
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Systemarchitekturen in der Luftfahrt > Luftfahrt-System-Konzepte und Bewertung
Hinterlegt von: Bardtke, Leonard
Hinterlegt am:03 Dez 2025 12:41
Letzte Änderung:03 Dez 2025 12:41

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