Planificación de Rutas Óptimas para Aerostatos de Alta Altitud y Baja Velocidad Bajo Restricciones Complejas
Autores: Zhai, Jiaqi; Wu, Xiaolong; Zhang, Yongdong; Ye, Hu; Wang, Ziwei; Yin, Peng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Planificación de Rutas Óptimas para Aerostatos de Alta Altitud y Baja Velocidad Bajo Restricciones Complejas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Plataformas no tripuladas
Cobertura de comunicación
Método de planificación de rutas
Proceso de decisión de Markov
Modelo de campo de viento
Planificación de rutas global
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los aerostatos de baja velocidad y gran altitud son plataformas no tripuladas ideales para la cobertura de comunicación, la teledetección, el monitoreo ambiental, el apoyo a la aviación y otras aplicaciones. Para abordar necesidades operativas prácticas como el despliegue rápido en emergencias, este documento propone un método de planificación de rutas para aerostatos de baja velocidad basado en el proceso de decisión de Markov (MDP). El método está optimizado para minimizar el tiempo de despliegue, teniendo en cuenta las discrepancias entre los campos de viento pronosticados y reales. Se establece un modelo de campo de viento incierto para incorporar incertidumbres relacionadas con el viento en el marco del MDP, con parámetros clave, incluyendo el espacio de estados, el conjunto de acciones, la recompensa inmediata y la probabilidad de transición, diseñados en consecuencia. Se formula un modelo matemático para abordar el problema de planificación de rutas global bajo restricciones complejas, como la capacidad de resistencia al viento horizontal, la capacidad de control de altitud y los requisitos de tiempo de vuelo. Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto permite a los aerostatos lograr una planificación de rutas óptima en 2D y 3D bajo restricciones complejas. Además, se analiza cuantitativamente la alcanzabilidad regional, proporcionando apoyo técnico para el despliegue rápido de aerostatos en áreas objetivo en aplicaciones prácticas. Las innovaciones centrales de este trabajo radican en la integración de un modelo de incertidumbre del viento probabilístico con un marco MDP consciente de las restricciones, lo que permite una planificación óptima de rutas en 3D y un análisis cuantitativo de la alcanzabilidad para aerostatos de baja velocidad y gran altitud.
Descripción
Los aerostatos de baja velocidad y gran altitud son plataformas no tripuladas ideales para la cobertura de comunicación, la teledetección, el monitoreo ambiental, el apoyo a la aviación y otras aplicaciones. Para abordar necesidades operativas prácticas como el despliegue rápido en emergencias, este documento propone un método de planificación de rutas para aerostatos de baja velocidad basado en el proceso de decisión de Markov (MDP). El método está optimizado para minimizar el tiempo de despliegue, teniendo en cuenta las discrepancias entre los campos de viento pronosticados y reales. Se establece un modelo de campo de viento incierto para incorporar incertidumbres relacionadas con el viento en el marco del MDP, con parámetros clave, incluyendo el espacio de estados, el conjunto de acciones, la recompensa inmediata y la probabilidad de transición, diseñados en consecuencia. Se formula un modelo matemático para abordar el problema de planificación de rutas global bajo restricciones complejas, como la capacidad de resistencia al viento horizontal, la capacidad de control de altitud y los requisitos de tiempo de vuelo. Los resultados de simulación demuestran que el método propuesto permite a los aerostatos lograr una planificación de rutas óptima en 2D y 3D bajo restricciones complejas. Además, se analiza cuantitativamente la alcanzabilidad regional, proporcionando apoyo técnico para el despliegue rápido de aerostatos en áreas objetivo en aplicaciones prácticas. Las innovaciones centrales de este trabajo radican en la integración de un modelo de incertidumbre del viento probabilístico con un marco MDP consciente de las restricciones, lo que permite una planificación óptima de rutas en 3D y un análisis cuantitativo de la alcanzabilidad para aerostatos de baja velocidad y gran altitud.