Descarte o que não pode voar, depois roteie

Modelos de caminhão e drone, e uma rede só de drones

A pesquisa mais concorrida é a do caminhão mais o drone. No problema do caixeiro-viajante com drone, e na sua forma flying-sidekick, o caminhão visita clientes enquanto o drone sai do caminhão, atende um cliente e reencontra o caminhão. O caminhão é um depósito móvel. Ele reinicia o alcance. Espalhada por vários veículos terrestres, a mesma ideia chama-se problema de roteamento de veículos com drones. A formulação de Murray e Chu de 2015 é uma origem que artigos posteriores continuam citando. A referência aqui é em nível de citação. Este guia não refaz as equações. O que toma emprestado é a estrutura: a autonomia corta a surtida numa peça rígida.

Uma rede puramente de drones é um problema diferente. Depósitos e portos são fixos. A autonomia normalmente proíbe uma cadeia de muitos pousos, de modo que uma rota é uma surtida para uma parada, ou talvez duas. Há uma janela de tempo no cliente e outra na plataforma. A energia muda com o vento e a carga útil, e uma troca de bateria leva tempo. A capacidade do espaço aéreo não é a capacidade em quilogramas de um veículo. A otimização se parece menos com um percurso de quarenta paradas e mais com a atribuição e o agendamento de surtidas. Trabalhos sobre múltiplos drones no cenário flying-sidekick mostraram que a ordem de lançamentos e recuperações é um cronograma: ignore-a e a restrição de autonomia produz planos que não podem ser voados. A ordem não é um enfeite sobre a geometria.

Remova primeiro as restrições rígidas

O que você remove primeiro não é algo que se possa comprar para atravessar. Espaço aéreo regulamentar: volumes proibidos e restritos, superfícies de aeroportos, restrições temporárias de voo. Terreno e obstáculos: a linha reta num mapa não é uma trajetória com margem vertical. Meteorologia: um arco que viola os mínimos de vento, precipitação, visibilidade ou temperatura não existe, e não é um arco caro. Energia: um arco que não pode ser voado com reserva, e com o retorno ou o ninho alternativo, também não existe. Ocupação do porto: uma superfície aceita uma chegada ou uma partida por intervalo de manuseio. Codifique isso como penalidades altas e um solver sob pressão pagará para cruzar um volume proibido. Isso é um erro de modelagem. Apague o arco e só então enuncie o objetivo.

Os objetivos vêm em segundo lugar. Tempo, no relógio do cliente ou no relógio clínico. Energia, como custo e como vida útil da bateria. Risco: quem vive sob a trajetória e quão emaranhada é a contingência. Funda os três num único peso e a surpresa será uma rota rápida sobre uma escola. Mantenha os pesos como uma escolha visível. Uma pontuação que converte risco em minutos silenciosamente esconde o que foi sacrificado. Numa rede puramente de drones, ao contrário de um motorista de caminhão esperando no meio-fio, uma espera no ar gasta energia. Não deixe 'esperar' no modelo como folga barata. Uma espera só está disponível quando tanto a energia quanto a plataforma ainda têm espaço.

Conflito é um volume no tempo

Um conflito não é um ponto. Duas trajetórias podem se cruzar em planta e ainda assim ser seguras se seus tempos diferirem em mais do que a margem de separação. O inverso é um corredor compartilhado, ou um único porto, que no mapa só se encontra num ponto extremo e ainda assim conflita quando os tempos se sobrepõem. A separação é quadridimensional, margem incluída. A desconflição é uma tabela de quem está em um volume em um dado momento, não um desenho que afasta linhas umas das outras. Resolver a sobreposição pairando gasta a energia que a seção anterior lhe disse para não esconder. Uma espera que é barata num modelo de caminhão não é barata para um multirrotor.

Reserve o porto com a mesma rigidez do espaço aéreo. Uma chegada geometricamente limpa que encontra a superfície ocupada não existe como voo. Quando uma janela meteorológica se abre e muitas aeronaves se tornam legais ao mesmo tempo, o que congestiona é o slot, não o tamanho do céu. Resolva muitas aeronaves como caminhos mais curtos simultâneos e todas responderão com o mesmo porto no mesmo minuto. Separá-las depois é a ordem errada. Disponha os slots primeiro e mantenha apenas as surtidas que cabem. A demanda que não cabe não é uma falha do drone. É a capacidade honesta daquela hora.

As técnicas mais amplas para tratar rotas no espaço e no tempo e detectar conflitos estão expostas em planejar rotas no espaço e no tempo e detectar conflitos (Airffic Flight Institute).

A pesquisa sobre cobrir uma área sem lacunas está em Survey on Coverage Path Planning with Unmanned Aerial Vehicles, no guia de Inspeção.

Evitar conflitos no espaço e no tempo continua em guias sobre espaço aéreo, UTM e roteamento.

Instrução, não uma lei de controle

O que este capítulo fixa é a ordem das decisões: apagar os arcos que não podem ser voados, reservar porto e espaço aéreo no tempo e só então comparar tempo, energia e risco. Trata-se de um modelo didático. Não é um arquivo de missão para uma aeronave. Margens de separação e minutos de reserva não são apresentados aqui como números, porque pertencem à aeronave, à autorização e ao espaço aéreo daquele dia. Um ótimo num artigo é ótimo dentro das restrições que o artigo assumiu. Não é permissão para a sua cidade. Não confunda ter lido o registro bibliográfico com ter permissão para voar.

Não envie isto aos motores. Não alimente com isto o botão de executar de uma estação de solo. Usar esta prosa como justificativa de separação, onde não há procedimento aprovado, nem vigilância que de fato exista, nem sistema de operações capaz de rejeitar um plano, é inseguro. Duas aeronaves que se cruzam numa demonstração não são prova de que a desconflição da rede está em vigor. A pessoa que arma uma aeronave depois de ler este capítulo, e por nenhuma outra razão, não está pronta. Antes de armar, o que se exige é a regra mais recente daquele lugar, o manual de voo daquela aeronave e uma autoridade com poder de dizer não. O modelo ensina uma ordem de pensamento. Ele não carrega a responsabilidade pelo céu. Não carregue na aeronave um arco de livro didático.

Para verificar, em fase de projeto, se vários planos se sobrepõem em quatro dimensões, use triagem de sobreposição quadridimensional entre planos de voo (Airffic Architect). Ela também é consultiva: não protocola um plano nem comanda uma aeronave.