Automated deployment planning of shared drones

Drones are used for numerous tasks in different domains, from damage assessment to infrastructure and surveying tasks to deployments in emergency and disaster events. Currently, users of drone services conclude individual contracts with a regional provider for the respective task. This provides the necessary technical equipment (drones and sensors), pilots and the operating license for the respective task. Deployment planning is carried out individually for each order.
The largely manual planning causes a lot of effort and often does not allow for optimal use of resources. In particular, the isolated consideration of individual orders appears inefficient, since dependencies and synergies between the orders cannot be optimally taken into account and used. Due to the respective individual contractual relationships, economic advantages, such as the simultaneous completion of several tasks with one flight or sharing and multiple use of resources and collected data, cannot be realized. Unexpected events and changes in environmental conditions (weather, accidents) make short-term replanning necessary, which is made even more difficult by a lack of coordination between users and urgency. This can lead to delays in order execution and further impair the efficient use of resources.

The shared use of drones, equipment, pilots and data by several users (“drone sharing economy”) opens up great potential for increasing efficiency, which is made possible by holistic and cross-task mission planning with a high degree of automation.
The challenge lies in the automatic and optimized coordination and planning of all missions in order to enable and maximize the desired efficiency improvements. In order to optimize the deployment plans in terms of safety, data quality, cost efficiency, sustainability and urgency of the tasks, mission planning is required that takes into account
1) the specific requirements of each task, the area of ​​operation (urban, rural, alpine) and the environmental conditions (weather, terrain),
2) the flight dynamic properties of the drone,
3) dependencies and synergies between the tasks,
4) the respective urgency and priorities,
5) economic parameters and costs of the missions, and
6) regulatory framework conditions and risk assessments. Short-term changes in framework conditions or events, such as forecast or already occurring changes in the weather as well as urgent missions as a result of accidents or natural hazards (e.g. lightning strikes, floods, avalanches, storms, etc.), require a short-term adjustment of the individual deployment plan.

The community drone project develops and evaluates concepts and methods for coordinated and collaborative use of drones by multiple users and determines the associated potential for increasing efficiency and reducing costs. A central component is the functional proof of a multi-user/multi-mission planning system for automated and optimized deployment planning for jointly used drones. The solution concept is also evaluated in terms of economic efficiency, feasibility, and regulatory framework.

[Original text]
"Automatisierte Einsatzplanung von gemeinschaftlich genutzten Drohnen"
Drohnen werden für zahlreiche Aufgaben aus unterschiedlichen Domänen eingesetzt, von Schadenserhebung an Infrastruktur über Vermessungsaufgaben bis hin zu Einsätzen bei Notfall- und Katastrophenereignissen.  Derzeit schließen Nutzer:innen von Drohnendienstleistungen für die jeweilige Aufgabe Einzelverträge mit einem Anbieter aus der Region ab. Dieser stellt das erforderliche technische Equipment (Drohnen und Sensoren), Piloten und die Betriebsbewilligung für die jeweilige Aufgabe bereit. Die Einsatzplanung wird für jeden Auftrag individuell durchgeführt. 
Die weitgehend manuelle Planung verursacht hohen Aufwand und ermöglicht häufig keinen optimalen Ressourceneinsatz. Insbesondere erscheint die isolierte Betrachtung von Einzelaufträgen ineffizient, da Abhängigkeiten und Synergien zwischen den Aufträgen nicht optimal berücksichtigt und genutzt werden können. Durch die jeweiligen Einzelvertragsverhältnisse können ökonomische Vorteile, wie zB. gleichzeitige Erledigung mehrerer Aufgaben mit einem Flug oder Teilen und Mehrfachnutzung von Betriebsmitteln und gesammelten Daten, nicht realisiert werden.  Unerwartete Ereignisse und Veränderungen der Umweltbedingungen (Wetter, Unfälle) machen eine kurzfristige Neuplanung notwendig, was durch eine fehlende Abstimmung der Nutzer:innen und Dringlichkeiten zusätzlich erschwert wird. Dies kann zu Verzögerungen in der Auftragsausführung und weiterer Beeinträchtigung der effizienten Ressourcennutzung führen.    

Die gemeinschaftliche Nutzung von Drohnen, Equipment, Pilot:innen und Daten durch mehrere Nutzer:innen (“Drohnen-Sharing Economy”) eröffnet großes Potenzial zur Effizienzsteigerung, die durch eine gesamtheitliche und aufgabenübergreifende Missionsplanung mit hohem Automatisierungsgrad ermöglicht wird. 
Die Herausforderung liegt in der automatischen und optimierten Koordination und Planung aller Einsätze, um die gewünschten Effizienzsteigerungen zu ermöglichen und zu maximieren. Um die Einsatzpläne hinsichtlich Sicherheit, Datenqualität, Kosteneffizienz, Nachhaltigkeit und Dringlichkeit der Aufgaben zu optimieren, wird eine Missionsplanung benötigt, die  
1) spezifische Anforderungen jeder Aufgabe, des Einsatzgebiets (urban, ländlich, alpin) und der Umweltbedingungen (Wetter, Gelände), 
2) die flugdynamischen Eigenschaften der Drohne,
3) Abhängigkeiten und Synergien zwischen den Aufgaben, 
4) die jeweiligen Dringlichkeiten und Prioritäten, 
5) wirtschaftliche Parameter und Kosten der Einsätze, sowie
6) regulatorische Rahmenbedingungen und Risikobewertungen 
berücksichtigt. Kurzfristig veränderte Rahmenbedingungen oder Ereignisse, wie z.B. prognostizierte oder bereits eingetretene Wetterumschwünge sowie dringliche Einsätze infolge von Unfällen oder Naturgefahrenereignissen (zB. Blitzschlag, Hochwasser, Lawine, Sturm etc.), erfordern eine kurzfristige Anpassung des individuellen Einsatzplans. 

Das Gemeinschaftsdrohne-Projekt entwickelt und evaluiert Konzepte und Methoden für eine abgestimmte und gemeinschaftliche Nutzung von Drohnen durch mehrere Nutzer:innen und ermittelt die damit verbundenen Potentiale der Effizienzsteigerung und Kostenreduktionen. Zentraler Bestandteil ist der Funktionsnachweis eines Multi-User/Multi-Mission Planning-Systems zur automatisierten und optimierten Einsatzplanung für gemeinschaftlich genutzte Drohnen. Das Lösungskonzept wird auch hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Umsetzbarkeit, und regulatorischer Rahmenbedingungen evaluiert.