Optimización de trayectoria de UAV consciente del riesgo utilizando datos GIS urbanos abiertos y restricciones de nivel de seguridad objetivo
Autores: Braßel, Hannes; Zeh, Thomas; Lindner, Martin; Fricke, Hartmut
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización de trayectoria de UAV consciente del riesgo utilizando datos GIS urbanos abiertos y restricciones de nivel de seguridad objetivo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Espacio aéreo urbano
Optimización de trayectorias
Enfoque consciente del riesgo
Marcos regulatorios
Riesgo en tierra
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Integrar vehículos aéreos no tripulados (VANT) en el espacio aéreo urbano requiere un enfoque consciente del riesgo para la planificación estratégica de vuelos y la optimización de trayectorias, particularmente para operaciones más allá de la línea de visión. Los marcos regulatorios existentes imponen restricciones estrictas y carecen de evaluaciones de riesgo dinámicas basadas en trayectorias. Este estudio presenta una metodología para calcular rutas de vuelo eficientes de VANT que cumplan con un nivel de seguridad objetivo (TLS) predefinido para el riesgo en tierra. Un algoritmo A* con una función de costo adaptativa y ponderada por riesgo optimiza las trayectorias al equilibrar la eficiencia del vuelo y la exposición al riesgo en tierra. El modelo de riesgo incorpora factores urbanos clave, incluyendo la exposición de la población, la densidad y el flujo del tráfico rodado, los efectos de refugio, parámetros específicos de VANT y las condiciones del viento. El enfoque se valida a través de un estudio de simulación a gran escala utilizando entornos urbanos sintéticos, analizando sistemáticamente el cumplimiento de TLS y el impacto de los parámetros de VANT en las trayectorias óptimas. En un estudio de caso del mundo real utilizando datos GIS urbanos abiertos, el método logró una reducción del 72.2% en el riesgo en tierra inducido en comparación con la ruta directa, mientras que el factor de desvío solo aumentó a 1.06 y se mantuvo el cumplimiento total de TLS, demostrando su relevancia práctica para la planificación de vuelos de VANT estratégicos y conscientes del riesgo.
Descripción
Integrar vehículos aéreos no tripulados (VANT) en el espacio aéreo urbano requiere un enfoque consciente del riesgo para la planificación estratégica de vuelos y la optimización de trayectorias, particularmente para operaciones más allá de la línea de visión. Los marcos regulatorios existentes imponen restricciones estrictas y carecen de evaluaciones de riesgo dinámicas basadas en trayectorias. Este estudio presenta una metodología para calcular rutas de vuelo eficientes de VANT que cumplan con un nivel de seguridad objetivo (TLS) predefinido para el riesgo en tierra. Un algoritmo A* con una función de costo adaptativa y ponderada por riesgo optimiza las trayectorias al equilibrar la eficiencia del vuelo y la exposición al riesgo en tierra. El modelo de riesgo incorpora factores urbanos clave, incluyendo la exposición de la población, la densidad y el flujo del tráfico rodado, los efectos de refugio, parámetros específicos de VANT y las condiciones del viento. El enfoque se valida a través de un estudio de simulación a gran escala utilizando entornos urbanos sintéticos, analizando sistemáticamente el cumplimiento de TLS y el impacto de los parámetros de VANT en las trayectorias óptimas. En un estudio de caso del mundo real utilizando datos GIS urbanos abiertos, el método logró una reducción del 72.2% en el riesgo en tierra inducido en comparación con la ruta directa, mientras que el factor de desvío solo aumentó a 1.06 y se mantuvo el cumplimiento total de TLS, demostrando su relevancia práctica para la planificación de vuelos de VANT estratégicos y conscientes del riesgo.