Optimización del Acoplamiento Energía-Información-Decisión para Operaciones Cooperativas de Sistemas Marítimos No Tripulados Heterogéneos
Autores: Feng, Dongying; Liao, Xin; Zhang, Liuhua; Yang, Jingfeng; Shen, Weilong; Wang, Li; Yang, Chenguang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Optimización del Acoplamiento Energía-Información-Decisión para Operaciones Cooperativas de Sistemas Marítimos No Tripulados Heterogéneos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Aplicaciones
Sistemas marítimos no tripulados
Cooperación
Energía
Optimización
Comunicación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Con las crecientes aplicaciones de sistemas marítimos no tripulados en el monitoreo ambiental, la patrulla oceánica y la respuesta a emergencias, lograr una cooperación eficiente entre múltiples plataformas en entornos marinos complejos y dinámicos sigue siendo un desafío crítico. Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) ofrecen capacidades de detección flexibles y de alta cobertura, pero están limitados por una capacidad energética restringida, mientras que los Vehículos Superficiales No Tripulados (VSNT) ofrecen una larga resistencia y pueden servir como plataformas móviles y nodos de suministro de energía. Los estudios existentes se centran principalmente en la optimización de un solo factor, careciendo de un análisis sistemático de las relaciones acopladas entre energía, información (comunicación y posicionamiento) y toma de decisiones de tareas. Para abordar este problema, este artículo propone un Método de Optimización de Acoplamiento de Energía-Información-Decisión para Sistemas Marítimos No Tripulados Cooperativos. Se establece un modelo de acoplamiento unificado para integrar la finalización de tareas, el consumo de energía, el retraso en la comunicación y la programación de reabastecimiento en un marco de optimización multiobjetivo. Se diseña un algoritmo de optimización de dos niveles: la capa superior optimiza las trayectorias de los VSNT y las estrategias de suministro de energía, mientras que la capa inferior optimiza la planificación de rutas de los VANT y la asignación de tareas. Se incorpora un mecanismo adaptativo de bucle cerrado para lograr una cooperación óptima bajo tareas dinámicas y restricciones energéticas. Se realizan extensas simulaciones combinadas con datos experimentales del mundo real para evaluar el método en términos de eficiencia de misión, balance energético, latencia de comunicación y robustez del sistema, con estudios de ablación que cuantifican la contribución del módulo de acoplamiento. Los resultados demuestran que el método propuesto supera significativamente a las estrategias de optimización no acopladas o de un solo factor en múltiples métricas de rendimiento: logra una tasa de finalización de tareas que supera el 93%, reduce el consumo total de energía en aproximadamente un 6% y reabastece la latencia de espera en más del 28% en comparación con el método de referencia desacoplado. Esto mejora efectivamente la eficiencia cooperativa y la robustez de los sistemas marítimos no tripulados, y proporciona orientación teórica y metodológica para misiones oceánicas complejas y a gran escala.
Descripción
Con las crecientes aplicaciones de sistemas marítimos no tripulados en el monitoreo ambiental, la patrulla oceánica y la respuesta a emergencias, lograr una cooperación eficiente entre múltiples plataformas en entornos marinos complejos y dinámicos sigue siendo un desafío crítico. Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) ofrecen capacidades de detección flexibles y de alta cobertura, pero están limitados por una capacidad energética restringida, mientras que los Vehículos Superficiales No Tripulados (VSNT) ofrecen una larga resistencia y pueden servir como plataformas móviles y nodos de suministro de energía. Los estudios existentes se centran principalmente en la optimización de un solo factor, careciendo de un análisis sistemático de las relaciones acopladas entre energía, información (comunicación y posicionamiento) y toma de decisiones de tareas. Para abordar este problema, este artículo propone un Método de Optimización de Acoplamiento de Energía-Información-Decisión para Sistemas Marítimos No Tripulados Cooperativos. Se establece un modelo de acoplamiento unificado para integrar la finalización de tareas, el consumo de energía, el retraso en la comunicación y la programación de reabastecimiento en un marco de optimización multiobjetivo. Se diseña un algoritmo de optimización de dos niveles: la capa superior optimiza las trayectorias de los VSNT y las estrategias de suministro de energía, mientras que la capa inferior optimiza la planificación de rutas de los VANT y la asignación de tareas. Se incorpora un mecanismo adaptativo de bucle cerrado para lograr una cooperación óptima bajo tareas dinámicas y restricciones energéticas. Se realizan extensas simulaciones combinadas con datos experimentales del mundo real para evaluar el método en términos de eficiencia de misión, balance energético, latencia de comunicación y robustez del sistema, con estudios de ablación que cuantifican la contribución del módulo de acoplamiento. Los resultados demuestran que el método propuesto supera significativamente a las estrategias de optimización no acopladas o de un solo factor en múltiples métricas de rendimiento: logra una tasa de finalización de tareas que supera el 93%, reduce el consumo total de energía en aproximadamente un 6% y reabastece la latencia de espera en más del 28% en comparación con el método de referencia desacoplado. Esto mejora efectivamente la eficiencia cooperativa y la robustez de los sistemas marítimos no tripulados, y proporciona orientación teórica y metodológica para misiones oceánicas complejas y a gran escala.