Diseño de trayectoria de UAV eficiente en energía y control de velocidad para la cobertura visual de regiones terrestres
Autores: Li, Hengchao; Jia, Riheng; Zheng, Zhonglong; Li, Minglu
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño de trayectoria de UAV eficiente en energía y control de velocidad para la cobertura visual de regiones terrestres
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Enfoque
Trayectoria
Velocidad
UAV
Eficiente en energía
Cobertura visual
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, desarrollamos un enfoque novedoso para diseñar la trayectoria y controlar la velocidad de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) para lograr una cobertura visual energéticamente eficiente de múltiples regiones terrestres. A diferencia de trabajos anteriores, nuestro enfoque propuesto permite al VANT cambiar de manera flexible tanto su velocidad como su altitud de vuelo durante su recorrido de tareas. Para minimizar el consumo total de energía de vuelo del VANT durante su recorrido de tareas, proponemos un nuevo enfoque de cuatro pasos. El primer paso elabora un algoritmo de búsqueda basado en recocido simulado (SA) para optimizar la altitud de fotografía del VANT para cada región, considerando varios requisitos de resolución de imagen y requisitos de seguridad en las regiones. Basado en las altitudes de fotografía identificadas de todas las regiones, el segundo paso formula un problema del vendedor viajero (TSP) y utiliza un método aproximado eficiente para determinar el orden de visita de cada región. El tercer paso genera todas las trayectorias candidatas intra-regionales utilizadas para la cobertura visual de cada región, de las cuales se decidirá la óptima junto con la trayectoria inter-regional utilizada para la transición entre regiones vecinas durante el cuarto paso. Finalmente, el cuarto paso emplea programación dinámica (DP) y geometría para determinar conjuntamente el control de velocidad del VANT y la trayectoria completa durante su recorrido de tareas. Experimentos extensos validan la efectividad y superioridad del enfoque propuesto, en comparación con varios métodos existentes.
Descripción
En este trabajo, desarrollamos un enfoque novedoso para diseñar la trayectoria y controlar la velocidad de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) para lograr una cobertura visual energéticamente eficiente de múltiples regiones terrestres. A diferencia de trabajos anteriores, nuestro enfoque propuesto permite al VANT cambiar de manera flexible tanto su velocidad como su altitud de vuelo durante su recorrido de tareas. Para minimizar el consumo total de energía de vuelo del VANT durante su recorrido de tareas, proponemos un nuevo enfoque de cuatro pasos. El primer paso elabora un algoritmo de búsqueda basado en recocido simulado (SA) para optimizar la altitud de fotografía del VANT para cada región, considerando varios requisitos de resolución de imagen y requisitos de seguridad en las regiones. Basado en las altitudes de fotografía identificadas de todas las regiones, el segundo paso formula un problema del vendedor viajero (TSP) y utiliza un método aproximado eficiente para determinar el orden de visita de cada región. El tercer paso genera todas las trayectorias candidatas intra-regionales utilizadas para la cobertura visual de cada región, de las cuales se decidirá la óptima junto con la trayectoria inter-regional utilizada para la transición entre regiones vecinas durante el cuarto paso. Finalmente, el cuarto paso emplea programación dinámica (DP) y geometría para determinar conjuntamente el control de velocidad del VANT y la trayectoria completa durante su recorrido de tareas. Experimentos extensos validan la efectividad y superioridad del enfoque propuesto, en comparación con varios métodos existentes.