Redes de Comunicación de Enjambres de UAV Cooperativos para la Evaluación Rápida de Desastres en Entornos sin GPS
Autores: Wang, Pinglu; Li, Jiahao; Wei, Jiahua; Shi, Lei; Hou, Bei; Xie, Fei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Redes de Comunicación de Enjambres de UAV Cooperativos para la Evaluación Rápida de Desastres en Entornos sin GPS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Gestión de desastres
Vehículo aéreo no tripulado
Cohesión de enjambre
Localización
Entornos sin GPS
Estudios de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La conciencia situacional oportuna es esencial en la gestión de desastres, pero el vuelo normal de vehículos aéreos no tripulados (UAV) no puede llevarse a cabo cuando las señales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) están bloqueadas o interferidas. Este documento aborda el problema de la cohesión y localización de enjambres en estas condiciones hostiles. Presentamos una Red de Enjambre Cooperativa (CSMN), una estructura híbrida que puede alternar entre un Modo Silencioso implícito y un modo explícito de Líder-Seguidores basado en Filtros de Kalman Extendidos distribuidos (DEKFs) ante fallos de comunicación. El sistema aprovecha la descomposición de polígonos convexos para optimizar la cobertura en el área. El uso de estudios de simulación con NS-3 y ROS ha demostrado que el marco propuesto puede mantener un error de localización de submetro (RMSE < 0.9 m) en entornos sin GPS y proporcionar un 92% de cobertura del área, lo que es un 35% más alto que la cobertura con otros enfoques de referencia. Dentro de las condiciones simuladas evaluadas utilizando Gazebo/NS-3, la deriva del sensor y la vulnerabilidad de la red son abordadas de manera efectiva por el marco CSMN. Estos resultados basados en simulaciones ofrecen un prometedor plan para la evaluación autónoma de desastres, a la espera de validación en hardware y en campo. La validación se lleva a cabo en dos entornos simulados cualitativamente distintos: escombros urbanos densos y un campo abierto escaso. Las ventajas de rendimiento se generalizan más allá de una única configuración de prueba, con un RMSE medio de localización que se mantiene por debajo de 0.85 m en ambos escenarios.
Descripción
La conciencia situacional oportuna es esencial en la gestión de desastres, pero el vuelo normal de vehículos aéreos no tripulados (UAV) no puede llevarse a cabo cuando las señales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) están bloqueadas o interferidas. Este documento aborda el problema de la cohesión y localización de enjambres en estas condiciones hostiles. Presentamos una Red de Enjambre Cooperativa (CSMN), una estructura híbrida que puede alternar entre un Modo Silencioso implícito y un modo explícito de Líder-Seguidores basado en Filtros de Kalman Extendidos distribuidos (DEKFs) ante fallos de comunicación. El sistema aprovecha la descomposición de polígonos convexos para optimizar la cobertura en el área. El uso de estudios de simulación con NS-3 y ROS ha demostrado que el marco propuesto puede mantener un error de localización de submetro (RMSE < 0.9 m) en entornos sin GPS y proporcionar un 92% de cobertura del área, lo que es un 35% más alto que la cobertura con otros enfoques de referencia. Dentro de las condiciones simuladas evaluadas utilizando Gazebo/NS-3, la deriva del sensor y la vulnerabilidad de la red son abordadas de manera efectiva por el marco CSMN. Estos resultados basados en simulaciones ofrecen un prometedor plan para la evaluación autónoma de desastres, a la espera de validación en hardware y en campo. La validación se lleva a cabo en dos entornos simulados cualitativamente distintos: escombros urbanos densos y un campo abierto escaso. Las ventajas de rendimiento se generalizan más allá de una única configuración de prueba, con un RMSE medio de localización que se mantiene por debajo de 0.85 m en ambos escenarios.