Einsatzplanung von Drohnen in schwer zugänglichen Gebieten zur zeitkritischen humanitären Versorgung

• Antragsteller: Professor Dr. Alf Kimms
• Fachliche Zuordnung: Operations Management und BWL-spezifische Wirtschaftsinformatik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552893623

Die Versorgung von Menschen in schwer zugänglichen Gebieten mit Medizin, Nahrung und weiteren Hilfsgütern ist ein wichtiger Aspekt des Katastrophenmanagements. Hier kommen neuerdings Drohnen zum Einsatz, wie z.B. Berichte des World Food Programms belegen. Das Unternehmen Zipline beispielsweise liefert mit seinen Drohnen unter anderem in Rwanda und Ghana Impfungen und weitere Medizinprodukte in schwer erreichbare Arztpraxen und Krankenhäuser. Auf technischer Seite beobachtet man Entwicklungen hin zu einer Umrüstung von "normalen'' Pkws, sodass diese sogar während der Fahrt als Start- bzw. Landepunkt für Drohnen fungieren können. Daher wird zukünftig ein Planungsproblem der folgenden Art zunehmend relevant werden: Drohnen werden von Fahrzeugen näher an den Bestimmungsort gebracht und fliegen an einem zu bestimmenden Punkt vom Fahrzeug ab. Die Drohnen navigieren durch ein Feld von Hindernissen und stellen die Lieferung zu. Anschließend fliegen die Drohnen zu dem gleichen oder einem anderen Fahrzeug und landen auf diesem. Hier werden die Batterien gewechselt und neue Güter eingeladen. Anschließend bricht die Drohne zum nächsten Bestimmungsort auf, bis alle Bestimmungsorte beliefert worden sind. Selbstverständlich muss sichergestellt werden, dass die Drohnen auf ihrem Weg nicht mit Hindernissen kollidieren, die gerade in Katastrophengebieten den Weg versperren könnten. Zudem muss der Trade-Off von Geschwindigkeit der Drohnen und Energieverbrauch berücksichtigt werden. Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass der Energieverbrauch von Drohnen nicht linear und nicht monoton von der Geschwindigkeit abhängt. Das Ziel besteht darin, dass die Drohnen die Lieferungen möglichst früh zustellen. Auch ein Drohnen-Staffellauf ist denkbar, bei dem die Drohnen von Fahrzeug zu Fahrzeug fliegen, bis sie ihren Bestimmungsort erreichen können. Bei jedem Fahrzeug wird die Batterie der Drohne gewechselt, sodass tendenziell auch größere Distanzen mit größeren Geschwindigkeiten überwunden werden können. Die Zustellung der Lieferung kann durch ein solches Netzwerk von Fahrzeugen gerade in Gegenden mit schlechter Infrastruktur schneller erfolgen. Beim Einsatz einer Drohne mit mehreren Bestimmungsorten stellt sich das Problem der Bestimmung der Reihenfolge, in der die Bestimmungsorte beliefert werden sollen, und bei mehreren Drohnen kommen Allokationsprobleme der Art, welche Drohne beliefert welchen Bedarfsstandort und welche Fahrzeuge versorgen welche Drohnen mit neuen Batterien und Gütern hinzu.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen