Fast and Robust Optimization of Unmanned Aerial Vehicle Locations Considering Restricted Areas

Abstrakt

Unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) ermöglichen eine schnelle und autonome Reaktion auf dringende Erfordernisse, wie Such- und Rettungseinsätze oder Materiallieferungen. Gleichzeitig werden Luftraumbeschränkungen eingeführt, um das externe Risiko des UAV-Betriebs unter Berücksichtigung des Luft- und Bodenrisikos zu verringern, was in Kombination mit der begrenzten Batteriekapazität die effiziente Nutzung von UAVs behindern kann. In dieser Studie stellen wir ein robustes Optimierungsmodell für ein Standortproblem von UAV-Hangars vor, das Nachfrage-Hotspots, eingeschränkte Gebiete, eine Standardmission zur Erfüllung von Batteriekapazitätsbeschränkungen und die Auswirkungen von Windszenarien am Beispiel von Wasserrettungsmissionen berücksichtigt. Wir verwenden Open-Source-GIS-Daten, um positive und negative Standortfaktoren für UAV-Hangars und Gebiete mit erhöhtem Ertrinkungsrisiko als Bedarfspunkte abzuleiten. Die Pfadfindung für den UAV-Einsatz verwendet einen A*-Algorithmus, um die kürzesten Einsatztrajektorien in fünf verschiedenen Restriktionsszenarien zu finden. Zusätzlich identifizieren binäre Belegungsraster und Bildverarbeitungsalgorithmen einschränkungsfreie Verbindungen für schnellere Berechnungen. Für die optimalen UAV-Hangar-Standorte maximieren wir die Erreichbarkeit und minimieren gleichzeitig die Servicezeit zu den Bedarfspunkten. Dies führt zu einer Verbesserung der durchschnittlichen Servicezeit von 624,20 s für alle Anlagenkandidaten auf 401,69 s für eine bzw. 315,38 s für zwei optimale Anlagen.

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Autoren

Hannes Braßel, Thomas Zeh, Hartmut Fricke

Empfohlene Zitierweise

Braßel, H.; Zeh, T.; Fricke, H. (2023): Fast and Robust Optimization of Unmanned Aerial Vehicle Locations Considering Restricted Areas. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt – Lilienthal-Oberth e.V.

Die Lausitz wird zum Praxislabor für Lebensretter

Abstrakt

Im Lausitz Magazin wird über das Projekt RescueFly berichtet.

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Empfohlene Zitierweise

Lausitz Magazin (2023): Die Lausitz wird zum Praxislabor für Lebensretter, Ausgabe 25, Frühjahr 2023, S. 12.

Optimal UAV Hangar Locations for Emergency Services Considering Restricted Areas

Abstrakt

Mit unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) kann schnell auf dringende Bedürfnisse (wie Such- und Rettungseinsätze oder medizinische Lieferungen) reagiert werden. Gleichzeitig legt der Gesetzgeber so genannte geografische Zonen fest, die den Betrieb von UAVs einschränken, um die Risiken für Dritte in der Luft und am Boden zu verringern. Diese geografischen Zonen dienen bestimmten Sicherheitsinteressen, können aber auch den effizienten Einsatz von UAVs bei zeitkritischen Missionen mit reichweitenbegrenzenden Batteriekapazitäten behindern. In dieser Studie behandeln wir ein Standortproblem für bis zu zwei UAV-Hangars und kombinieren es mit einem Routing-Problem einer Standard-UAV-Mission, um geografische Zonen als Sperrgebiete, Batteriebeschränkungen und den Einfluss von Wind zu berücksichtigen und die Robustheit der Lösung zu erhöhen. Dazu werden exemplarisch Wasserrettungseinsätze herangezogen, für die positive und negative Standortfaktoren für UAV-Hangars und Gebiete mit erhöhtem Ertrinkungsrisiko als Bedarfspunkte aus georeferenzierten Open-Source-Daten abgeleitet werden. Optimale UAV-Einsatztrajektorien werden mit einem A*-Algorithmus unter Berücksichtigung von fünf verschiedenen Restriktionsszenarien berechnet. Da diese Pfadfindung sehr zeitaufwändig ist, beschleunigen binäre Belegungsraster und Bildverarbeitungsalgorithmen die Berechnung, indem sie entweder völlig unzugängliche oder einschränkungsfreie Verbindungen im Voraus identifizieren. Für die optimalen UAV-Hangar-Standorte maximieren wir die Zugänglichkeit und minimieren gleichzeitig die Servicezeiten zu den Hotspots, was zu einer Verringerung der durchschnittlichen Servicezeit von 570,4 s für alle Kandidaten auf 351,1 s für einen und 287,2 s für zwei optimale UAV-Hangar-Standorte führt.

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Autoren

Hannes Braßel, Thomas Zeh, Hartmut Fricke, Anette Eltner

Empfohlene Zitierweise

Braßel, H.; Zeh, T.; Fricke, H.; Eltner, A. (2023): Optimal UAV Hangar Locations for Emergency Services Considering Restricted Areas, Drones 2023, 7, 203, https://doi.org/10.3390/drones7030203.

Drohnenflug über den Wellen

Abstrakt

Automatisierte Drohnen sollen in Zukunft die Arbeit von Einsatzkräften in der Wasserrettung erleichtern. Dazu wurde nun das Projekt „RescueFly“ gestartet. Beitrag von Christian Hoppe, Mitarbeiter Björn-Steiger-Stiftung im Rettungsmagazin

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Autor

Christian Hoppe

Empfohlene Zitierweise

Hoppe, Christian (2023): Drohnenflug über den Wellen, in: Rettungsmagazin März/April 2023, S. 40-42.

Digitale Transformation im Rettungswesen mit Drohnen

Abstrakt

Die Anzahl interessanter Einsatzbereiche für Drohnen im Rettungswesen steigt beständig – beispielsweise ihre Nutzung zur Lagebewertung bei Naturkatastrophen und Waldbränden oder im Rahmen der Wasserrettung. Doch welche weiteren Szenarien sind denkbar, die mit dem Einsatz von Drohnen gelöst werden können? Welche Meilensteine wurden bei der digitalen Transformation im Rettungswesen mit Drohnen bereits erreicht? Und was muss noch getan werden? Gastkommentar von Verbundkoordinator Joachim von Beesten, Geschäftsführer der Björn Steiger Stiftung im Magazin Drones.

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Autor

Joachim von Beesten

Empfohlene Zitierweise

von Beesten, Joachim (2022): Digitale Transformation im Rettungswesen mit Drohnen, in: Drones 04/2022, S. 3.

Vernetzter und effizienter: Projekt RescueFly – oder: die digitale Transformation des Rettungswesens

Abstrakt

Das Magazin „DRONES – Das Magazin für die Drone-Economy“ berichtet in der Ausgabe 04/2022 über das Projekt RescueFly und zitiert den Verbundkoordinator Joachim von Beesten, Geschäftsführer der gemeinnützigen Björn Steiger Stiftung.

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