Schrap wat niet kan vliegen, en plan dan de route

Modellen met vrachtwagen en drone, en een zuiver dronenet

Het drukbezette onderzoek gaat over de vrachtwagen plus de drone. In het handelsreizigersprobleem met een drone, en in de flying-sidekick-variant ervan, bezoekt de vrachtwagen klanten terwijl de drone van de vrachtwagen vertrekt, één klant bedient en weer bij de vrachtwagen aansluit. De vrachtwagen is een rijdend depot. Hij zet de actieradius terug. Verspreid over meerdere grondvoertuigen heet hetzelfde idee een voertuigroutingprobleem met drones. De formulering van Murray en Chu uit 2015 is één oorsprong die latere artikelen blijven citeren. De verwijzing hier is op citatieniveau. Deze gids leidt de vergelijkingen niet opnieuw af. Wat hij leent is de structuur: uithoudingsvermogen knipt de sortie in een hard stuk.

Een zuiver dronenetwerk is een ander probleem. Depots en poorten liggen vast. Het uithoudingsvermogen verbiedt meestal een keten van veel landingen, dus een route is één sortie naar één halte, of misschien twee. Er is een tijdvenster bij de klant en een ander bij het pad. Energie verandert met wind en lading, en een accuwissel kost tijd. De capaciteit van het luchtruim is niet de capaciteit in kilogrammen van een voertuig. De optimalisatie lijkt minder op een ronde van veertig stops en meer op het toewijzen en inplannen van sorties. Onderzoek naar meerdere drones in de flying-sidekick-opzet heeft laten zien dat de volgorde van lanceringen en terugkeren een planning is: negeer je die, dan levert de beperking van het uithoudingsvermogen plannen op die niet gevlogen kunnen worden. Volgorde is geen versiering van de geometrie.

Verwijder eerst de harde beperkingen

Wat je als eerste verwijdert, is niet iets waar je doorheen kunt kopen. Gereguleerd luchtruim: verboden en beperkte volumes, luchthavenoppervlakken, tijdelijke vliegbeperkingen. Terrein en obstakels: de rechte lijn op een kaart is geen pad met verticale vrije ruimte. Weer: een boog die de minima voor wind, neerslag, zicht of temperatuur schendt, bestaat niet, en is geen dure boog. Energie: een boog die niet met reserve kan worden gevlogen, en met de terugvlucht of het alternatieve nest, bestaat evenmin. Bezetting van de poort: één oppervlak accepteert één aankomst of één vertrek per afhandelingsinterval. Codeer je deze als hoge straffen, dan zal een solver onder druk betalen om een verboden volume te doorkruisen. Dat is een modelleerfout. Verwijder de boog en formuleer dan het doel.

De doelen komen op de tweede plaats. Tijd, op de klok van de klant of de klinische klok. Energie, als kosten en als levensduur van de accu. Risico: wie onder het spoor woont en hoe verward het noodplan is. Smelt je de drie samen tot één gewicht, dan is de verrassing een snelle route over een school. Houd de gewichten als zichtbare keuze. Een score die risico stilzwijgend omzet in minuten verbergt wat is opgegeven. In een zuiver dronenetwerk kost wachten in de lucht energie, anders dan bij een vrachtwagenchauffeur die aan de stoeprand wacht. Laat 'wachten' in het model niet staan als goedkope speling. Wachten kan alleen als zowel de energie als het pad nog ruimte hebben.

Conflict is een volume in de tijd

Een conflict is geen punt. Twee sporen kunnen elkaar op de plattegrond kruisen en toch veilig zijn als hun tijden meer dan de separatiebuffer uiteenliggen. Het omgekeerde is een gedeelde corridor, of één enkele poort, die op de kaart alleen in een eindpunt samenkomt en toch conflicteert als de tijden overlappen. Separatie is vierdimensionaal, buffer inbegrepen. Deconflictie is een tabel van wie op welk moment in een volume zit, geen tekening die lijnen uit elkaar duwt. De overlap oplossen door te zweven kost de energie waarvan de vorige paragraaf zei dat je die niet moest verbergen. Een wachttijd die in een vrachtwagenmodel goedkoop is, is dat niet voor een multicopter.

Reserveer de poort met dezelfde hardheid als het luchtruim. Een geometrisch nette aankomst die het oppervlak bezet vindt, bestaat niet als vlucht. Wanneer een weervenster opengaat en veel vliegtuigen tegelijk toegestaan worden, loopt het slot vast, niet de grootte van de hemel. Los je veel vliegtuigen op als gelijktijdige kortste paden, dan antwoorden ze allemaal met dezelfde poort op dezelfde minuut. Ze daarna scheiden is de verkeerde volgorde. Leg eerst de slots neer en houd alleen de sorties over die passen. Vraag die niet past is geen drone-falen. Het is de eerlijke capaciteit van dat uur.

De bredere technieken voor het behandelen van routes in ruimte en tijd en het detecteren van conflicten staan in routes plannen in ruimte en tijd en conflicten detecteren (Airffic Flight Institute).

Onderzoek naar het zonder gaten bedekken van een gebied is Survey on Coverage Path Planning with Unmanned Aerial Vehicles in de Inspection-gids.

Het vermijden van conflicten in ruimte en tijd gaat verder in gidsen over luchtruim, UTM en routeplanning.

Onderwijs, geen regelwet

Wat dit hoofdstuk vastlegt is de volgorde van beslissingen: schrap bogen die niet gevlogen kunnen worden, reserveer poort en luchtruim in de tijd, en vergelijk pas daarna tijd, energie en risico. Dat is een didactisch model. Het is geen missiebestand voor een vliegtuig. Separatiebuffers en reserveminuten staan hier niet als getallen, omdat ze bij het vliegtuig, de goedkeuring en het luchtruim van die dag horen. Een optimum in een artikel is optimaal binnen de beperkingen die het artikel veronderstelde. Het is geen toestemming voor jouw stad. Verwar het hebben gelezen van de bibliografische beschrijving niet met toestemming om te vliegen.

De routes in dit hoofdstuk zijn voorbeelden voor onderwijs. Stuur ze niet naar een vliegtuig en laad ze niet in een grondstation om ze uit te voeren. Ze bewijzen niet dat vliegtuigen veilig gescheiden blijven. Daarvoor zijn een goedgekeurde procedure, werkend toezicht en een operatiesysteem dat een onveilig plan kan afwijzen nodig. Een demonstratie waarin twee vliegtuigen elkaar passeren, laat niet zien dat deze waarborgen aanwezig zijn. Alleen dit hoofdstuk lezen bereidt niemand voor om een vliegtuig in te schakelen. Raadpleeg daarvoor eerst de actuele lokale regels en het vlieghandboek van het vliegtuig, en bevestig wie de bevoegdheid heeft om de operatie te stoppen. Het model legt uit hoe je over een route nadenkt. Het is geen operationeel vliegplan.

Om in de ontwerpfase te controleren of meerdere plannen in vier dimensies overlappen, gebruik je vierdimensionale overlap tussen vliegplannen screenen (Airffic Architect). Ook dit is adviserend: het dient geen plan in en stuurt geen vliegtuig aan.