Estructuras de espacio aéreo optimizadas y método de secuenciación para droneport de logística urbana
Autores: Zheng, Yuan; Li, Die; Shen, Zhou; Li, Chenglong; Zhang, Zhaoxuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estructuras de espacio aéreo optimizadas y método de secuenciación para droneport de logística urbana
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Operación de entrega con drones
Entornos urbanos
Fases de despegue y aterrizaje
Tasas de accidentes
Diseños de droneports
Diseño del espacio aéreo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Como una industria estratégica emergente, la operación de entrega por drones ha demostrado un potencial significativo en entornos urbanos debido a su eficiencia y adaptabilidad a escenarios complejos. Sin embargo, persisten cuellos de botella críticos durante las fases de despegue y aterrizaje, donde las tasas de accidentes representan más del 52% de los riesgos totales de vuelo, limitando severamente la seguridad operativa y el rendimiento. Si bien los diseños de droneports existentes y las estrategias de secuenciación se inspiran en métodos de aviación tradicionales, no abordan adecuadamente la separación de los flujos de despegue/aterrizaje y carecen de soluciones personalizadas para las características únicas de los drones logísticos. Para superar estas limitaciones, este documento presenta un marco integrado que combina un diseño innovador del espacio aéreo con una optimización dinámica de la secuenciación. Primero, se propone una nueva estructura del espacio aéreo terminal para permitir operaciones simultáneas de múltiples drones a través de rutas espacialmente segregadas y zonas dedicadas, resolviendo fundamentalmente los riesgos de colisión entre drones en ascenso y descenso. En segundo lugar, se desarrolla un modelo de secuenciación en tiempo real basado en el algoritmo húngaro, incorporando factores específicos de los drones como niveles de batería y prioridades de tareas para formular una matriz de costos para la programación óptima. Los resultados experimentales demuestran que el diseño del espacio aéreo propuesto reduce el tiempo de despegue/aterrizaje en un 34.8% en comparación con configuraciones convencionales en forma de embudo. El algoritmo de secuenciación prioriza misiones de alto valor mientras reduce el tiempo de espera promedio para drones de baja batería en un 47.3%, aliviando efectivamente las presiones de resistencia. Notablemente, el algoritmo de secuenciación evita que los drones de baja batería se estrellen en los experimentos. En comparación, bajo la secuenciación del método de comparación, numerosos drones se estrellan debido a niveles bajos de batería.
Descripción
Como una industria estratégica emergente, la operación de entrega por drones ha demostrado un potencial significativo en entornos urbanos debido a su eficiencia y adaptabilidad a escenarios complejos. Sin embargo, persisten cuellos de botella críticos durante las fases de despegue y aterrizaje, donde las tasas de accidentes representan más del 52% de los riesgos totales de vuelo, limitando severamente la seguridad operativa y el rendimiento. Si bien los diseños de droneports existentes y las estrategias de secuenciación se inspiran en métodos de aviación tradicionales, no abordan adecuadamente la separación de los flujos de despegue/aterrizaje y carecen de soluciones personalizadas para las características únicas de los drones logísticos. Para superar estas limitaciones, este documento presenta un marco integrado que combina un diseño innovador del espacio aéreo con una optimización dinámica de la secuenciación. Primero, se propone una nueva estructura del espacio aéreo terminal para permitir operaciones simultáneas de múltiples drones a través de rutas espacialmente segregadas y zonas dedicadas, resolviendo fundamentalmente los riesgos de colisión entre drones en ascenso y descenso. En segundo lugar, se desarrolla un modelo de secuenciación en tiempo real basado en el algoritmo húngaro, incorporando factores específicos de los drones como niveles de batería y prioridades de tareas para formular una matriz de costos para la programación óptima. Los resultados experimentales demuestran que el diseño del espacio aéreo propuesto reduce el tiempo de despegue/aterrizaje en un 34.8% en comparación con configuraciones convencionales en forma de embudo. El algoritmo de secuenciación prioriza misiones de alto valor mientras reduce el tiempo de espera promedio para drones de baja batería en un 47.3%, aliviando efectivamente las presiones de resistencia. Notablemente, el algoritmo de secuenciación evita que los drones de baja batería se estrellen en los experimentos. En comparación, bajo la secuenciación del método de comparación, numerosos drones se estrellan debido a niveles bajos de batería.