Problemas de cobertura y diseño de rutas con vehículos aéreos no tripulados

López Ramón, José Luis
Galé Pola, María del Carmen (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2018
Métodos Estadísticos department, Estadística e Investigación Operativa area

Graduado en Ingeniería de Tecnologías Industriales

Abstract: El sector de los vehículos aéreos no tripulados (UAVs), también llamados drones, se encuentra en clara expansión, donde aplicaciones como el reparto de última milla o el traslado de muestras y medicamentos se abren paso entre otras ya asentadas como la filmación o la inspección de líneas eléctricas. En España, con la publicación de una nueva legislación, el Real Decreto 1036/2017, aparecen nuevas posibilidades, como el vuelo nocturno o el sobrevuelo de ciudades y aglomeraciones de personas. Por otro lado, en marzo de 2018 se publicó el Plan Estratégico 2018-2021 para el desarrollo del sector, en el que se establecen los ejes e iniciativas para impulsar su crecimiento y allanar el terreno para una normativa futura que se adapte a las nuevas aplicaciones. A nivel europeo, el Proyecto U-Space pretende sentar las bases de un sistema de gestión del tráfico aéreo que garantice la seguridad de los usuarios. Por tanto, ante cualquier operación realizada mediante vehículos aéreos se antoja necesario establecer previamente un plan de vuelo. En la planificación de los vuelos, en el campo de la investigación operativa ya han aparecido en la literatura trabajos relacionados con el diseño de rutas de drones, la mayoría centrados en el reparto de paquetería, bien combinado con el transporte tradicional o bien de última milla en las ciudades. En este Trabajo Fin de Grado (TFG), en una primera etapa se ha revisado la normativa y legislación vigente tanto en el contexto español como europeo y se ha analizado el sector para conocer los modelos de UAVs más actuales, con sus características y principales aplicaciones. Entre las aplicaciones posibles, tras valorar varias alternativas, se decidió estudiar el uso de los UAVs en situaciones de aislamiento por frío en una zona geográfica de difícil acceso en la provincia de Teruel. En la segunda etapa del TFG, una vez adquiridos los conocimientos necesarios para la formulación de modelos de programación matemática en problemas de rutas de vehículos, se formulan tres modelos matemáticos. Desde un primer modelo básico, conocido en la literatura, se extiende a dos nuevos modelos matemáticos que incorporan las características específicas del sistema bajo estudio. El primero de ellos considera el consumo de batería o combustible de los drones, lo que lleva a una reducción notable de las soluciones factibles del problema. Por ello, se presenta el tercer modelo, en el que se considera la recarga de los drones en estaciones habilitadas para ello. Se han considerado dos posibles funciones objetivo: minimizar la suma de todos los tiempos de distribución o minimizar la máxima duración de una ruta. En una tercera etapa, un estudio de la provincia de Teruel permite seleccionar un conjunto de localidades que pueden integrarse en una red de envío mediante drones de mercancía urgente. Todas estas localidades son potenciales de permanecer aisladas por periodos de tiempo de diferente duración. Delimitando así, una zona de cobertura por el sistema de UAVs conforme a la legislación vigente. Una vez implementados los modelos en el software de optimización CPLEX Studio, se obtienen las rutas óptimas para los drones bajo escenarios cuya principal distinción es la duración del periodo de aislamiento, lo que deriva en la cantidad de demanda de mercancía que se ha de afrontar. En cada escenario atendiendo al tipo de demanda, se han seleccionado los modelos de drones según sus especificaciones técnicas. Conocidos estos parámetros se ha resuelto el modelo matemático que mejor ajustaba la situación real. Finalmente, tras la realización de este TFG se concluye que a día de hoy existe la tecnología necesaria tanto para el envío de medicamentos como grandes cantidades de carga a zonas remotas, marcándose como una línea futura de investigación el estudio de rentabilidad de la utilización de drones frente al sistema convencional de helicóptero de emergencias.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado