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Deep reinforcement learning for optimal firebreak placement in forest fire prevention
Indexado
WoS WOS:001460515900001
Scopus SCOPUS_ID:105001298609
DOI 10.1016/J.ASOC.2025.113043
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



The increasing frequency and intensity of large wildfires have become a significant natural hazard, requiring the development of advanced decision-support tools for resilient landscape design. Existing methods, such as Mixed Integer Programming and Stochastic Optimization, while effective, are computationally demanding. In this study, we introduce a novel Deep Reinforcement Learning (DRL) methodology to optimize the strategic placement of firebreaks across diverse landscapes. We employ Deep Q-Learning, Double Deep Q-Learning, and Dueling Double Deep Q-Learning, integrated with the Cell2Fire fire spread simulator and Convolutional Neural Networks. Our DRL agent successfully learns optimal firebreak locations, demonstrating superior performance compared to heuristics, especially after incorporating a pre-training loop. This improvement ranges between 1.59%-1.7% with respect to the heuristic, depending on the size of the instance, and 4.79%-6.81% when compared to a random solution. Our results highlight the potential of DRL for fire prevention, showing convergence with favorable results in cases as large as 40 x 40 cells. This study represents a pioneering application of reinforcement learning to fire prevention and landscape management.

Revista



Revista ISSN
Applied Soft Computing 1568-4946

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Disciplinas de Investigación



WOS
Computer Science, Interdisciplinary Applications
Computer Science, Artificial Intelligence
Scopus
Software
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



Muestra la distribución de colaboración, tanto nacional como extranjera, generada en esta publicación.


Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Murray, Lucas - Universidad de Chile - Chile
2 Castillo, Tatiana - Universidad de Chile - Chile
3 de Diego, Isaac Martin - Rey Juan Carlos Univ - España
Universidad Rey Juan Carlos - España
4 Weber, Richard - Universidad de Chile - Chile
Instituto Sistemas Complejos de Ingeniería - Chile
5 Gonzalez-Olabarria, Jose Ramon - Ctr Ciencia i Tecnol Forestal Catalunya - España
6 Garcia-Gonzalo, Jordi - Ctr Ciencia i Tecnol Forestal Catalunya - España
7 WEINTRAUB-POHORILLE, ANDRES FELIX Hombre Universidad de Chile - Chile
Instituto Sistemas Complejos de Ingeniería - Chile
8 Carrasco-Barra, Jaime - Universidad Tecnológica Metropolitana - Chile
Instituto Sistemas Complejos de Ingeniería - Chile

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Financiamiento



Fuente
FONDECYT
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Universidad Tecnológica Metropolitana
European Union
H2020 Marie Skłodowska-Curie Actions
Horizon 2020
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo
ANID/FONDECYT Project
Competition for Research Regular Projects, Universidad Tecnologica Metropolitana
ANID PIA/PUENTE

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
Project supported by the Competition for Research Regular Projects, code LPR23-08, Universidad Tecnologica Metropolitana. This work was funded by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme through: (1) the project entitled "Innovation technologies & socio-ecologicaleconomic solutions for fire resilient territories in Europe-FIRE-RES" under grant agreement No 101037419, (2) under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 101007950, project DecisionES. The work was partially funded by ANID PIA/PUENTE AFB230002 and Fondecyt No 1220893. JC acknowledges the support of the ANID/Fondecyt project No 3210311.
Project supported by the Competition for Research Regular Projects, code LPR23-08, Universidad Tecnol\u00F3gica Metropolitana. This work was funded by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Programme through: (1) the project entitled \u201CInnovation technologies & socio-ecologicaleconomic solutions for fire resilient territories in Europe - FIRE-RES\u201D under grant agreement No 101037419, (2) under the Marie Sklodowska-Curie grant agreement No 101007950, project DecisionES. The work was partially funded by ANID PIA/PUENTE AFB230002 and Fondecyt No 1220893. JC acknowledges the support of the ANID/Fondecyt project No 3210311.

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