Drohnenstreifen über einem Solarpark, geplant mit Docks und Ladefenstern

Die Planungsfrage

Ein fiktiver Freiflächen-Solarpark von etwa 100 ha mit 4 km Außenzaun, einem Tor, einem Umspannwerk und 16 Wechselrichterstationen wird von 17:00 bis 07:00 von Drohnen mit Wärmebildkameras bewacht. Die Drohnen sind in Docks auf dem Gelände stationiert: Ein Dock ist eine wetterfeste Box, die sich öffnet, ihre Drohne starten lässt, sie wieder aufnimmt und lädt. Eine Drohne fliegt mit einer Ladung etwa 34 Minuten, hält 20 % Reserve und braucht etwa 30 Minuten zum Laden. Der Park ist in zwölf Streifensektoren geteilt: vier Zaunabschnitte, das Tor mit dem Umspannwerk, die Runde der Wechselrichterstationen und sechs Blöcke Modulreihen. Jeder Sektor hat eine Frist bis zum nächsten Überflug: der Zaun alle 30 Minuten, Tor und Umspannwerk alle 20, die Wechselrichterstationen alle 60, die inneren Reihen alle 120. Die Nacht bringt um 22:40 einen Zaunalarm, eine um 00:20 gemeldete Böenfront, die die Flugzeit um 30 % kürzt und alle Flüge für 15 Minuten stoppt, um 03:10 einen Ladefehler in einem Dock und um 04:35 einen Starkregenschauer.

So planen wir

Die Planung hat zwei Ebenen. Die strategische Ebene vergleicht Flotten in einer windigen Nacht, deren Wetter vorher bekannt ist: 2, 3, 4 und 5 Docks, die laden, und 2 oder 3 Docks, die den Akku wechseln, je eine Drohne pro Dock. Die Dockstandorte kommen aus einer einfachen Regel, die sie nahe an die Sektoren mit dem meisten Flugbedarf legt. Die operative Ebene plant die Nacht selbst: Jeder Streifenflug bekommt eine Drohne und einen Start, und der Plan verfolgt dann jede Drohne durch die Nacht. Eine Drohne startet so spät wie möglich für ihren nächsten Überflug, fliegt weiter zum nächsten Sektor, wenn der Akku reicht, oder kehrt zum nächsten freien Dock zurück und lädt dort, bis der Akku den nächsten Überflug und den Rückweg trägt. Eine zurückkehrende Drohne bucht ihr Dock, so brauchen nie zwei Drohnen dasselbe.

Die Nacht wird um 17:00 aus der Vorhersage geplant und beim Alarm, bei der Meldung der Böenfront und beim Dockausfall aus dem aktuellen Stand neu geplant. Begonnene Überflüge bleiben; einen Überflug der nächsten Stunde an eine andere Drohne zu geben kostet etwas, damit der Fernpilot einen ruhigen Plan sieht. Eine weiche Regel belohnt Startzeiten, die sich von den letzten drei Nächten unterscheiden. Sie ist eine einfache Strafe gegen wiederholte Muster und keine spieltheoretische Zufallsstrategie für die Streifen.

Verglichen wird mit einer verbreiteten Arbeitsweise, gerechnet durch dieselbe Nacht: zwei feste Drohnenteams (West und Ost), jedes Team fliegt seine Sektoren in fester Reihenfolge, und die Drohnen eines Teams wechseln sich in Blöcken von 30 Minuten ab. Beim Alarm fliegen die zwei nächsten Drohnen hin, und ihre eigenen Sektoren warten. Mit vier Docks hält der Plan Zaun, Tor und Umspannwerk deutlich besser ein (223 statt 723 Minuten über den Fristen). Den Alarm beantwortet er nicht schneller: Die erste Drohne ist nach 2,0 Minuten vor Ort, im Vergleich nach 1,7, weil dort die nächste Drohne gerade in der Nähe fliegt. Die zweite Drohne kommt nach 12,7 statt 19,8 Minuten. Die Prioritätssektoren bezahlt der Plan mit den inneren Reihen, die länger ungesehen bleiben (766 statt 436 Minuten über ihrer Frist). Vier Docks reichen für eine windige Nacht ohne Lücken nicht: In der strategischen Nacht halten nur fünf ladende Docks oder drei Wechseldocks jeden Prioritätssektor in seiner Frist. Park, Flotte, Wetter und Ereignisse sind Annahmen.

Was der Plan zeigt