评估eVTOL货运网络的服务可行性：时间离散化、EnerSys蓄电池续航与机队恢复
摘要
时间离散化会改变固定eVTOL货运资源是否能提供全服务。我们结合了池化时能排他性边界、充分的网格步长阈值，以及在匹配返程和电池恢复条件下的独立验证调度。主要边界涵盖了单起点直接配送、基地充电以及指定的对称路径资源。一个13个枢纽的深圳场景使用了合成需求和解析飞机模型。在32小时内，其15分钟网格需要65.5架次-小时，而可用资源为64架次-小时，相比之下，经过验证的3分钟调度可配送25架次。2 t 在每个窗口边界均无积压，并恢复了两架飞机。粗网格排除与细网格见证在27个敏感性案例中的12个、21个能量/资源设置中的10个以及9个合成布局中的2个中重复出现。额外比较保留了两个已发表电动飞机概念的关联参数，涵盖120个网格-实例分支以及匹配的10%能量压力。较大概念的四个案例在两套方案中均保持15至3分钟的可行性差异；较小概念则无一确认。所有96个被接受的计划均通过了独立的非线性重放。已发表的任务-能量和制造商规范检查量化了简化模型的差异，但未建立运行验证。结果支持针对特定实例的网格评估；仅通过资源筛选不足以确立服务可行性。
电动垂直起降（eVTOL）货运调度将飞机可用性与电池补充及交付时间相结合。机队可能在处理完最终积压任务的同时错过早期的服务要求，其表观能力取决于飞机是否必须返回并恢复电池。在资源和时间范围固定的情况下，粗略的时间网格可能会排除更精细网格能够容纳的服务。搜索失败会引入一种独立的不确定性：它可能反映的是搜索限制而非能力不足。本文开发了能够区分这些结果的检查方法。
1.1. 相关建模与调度方法
基础设施和运营决策是城市空中交通中的既定关注点[1,2]，航空货运排班和重复空中配送[3,4,5]. 相关的方法论区别涉及时间如何呈现、飞行和补给如何消耗资源、飞机如何分配和恢复、服务如何定义，以及哪些证据支持计算结果。这些区别为下文的比较提供了共同标准。
1.1.1. 时间表示与补货
贾斯汀等人[6]根据任务发布时间和截止时间制定充电间隔，并将网络流可行性分析与预定飞行计划的调度生成分离。米蒂奇等人[7]首先将飞机分配给定时往返任务，并决定是充电还是更换电池，然后将时间离散化以分配充电站和备用电池。范·奥斯特罗姆和米蒂奇[8]将按时段划分的每日电池调度与整个运营年度的基础设施决策联系起来。韦尔哈伯和萨拉查[9] 而是联合优化固定网格时间扩展网络上的飞机航线和充电，使用每日飞行需求和机场能源模型。因此，时间表示应与被优化的决策区分开来：针对给定任务的充电调度、联合飞行调度以及向连续时间最优解的精细化处理，解决的是不同的问题。
1.1.2. 能源与车队管理
剩余电池能量、部分充电和恢复是已建立的建模特性。Mitici等人[7]追踪剩余电量，使用双线性充电曲线，确定同质车队的规模，并在一天结束时恢复所有车载和备用电池。Van Oosterom和Mitici[8]限制共享充电功率和电池可用性，并要求到达的电池在一天结束前完成充电。Vehlhaber和Salazar[9] 将无人机能源轨迹与可再生能源发电及固定式储能相结合；其案例研究的机队起止于同一基地。近期城市空中交通模型将运营细节扩展至滚动时域客运服务、垂直起降场和空域容量[10]，以及共享航班路径规划和充电决策[11]。因此，本研究并不声称在电池追踪、设定返回条件或结合路径规划与充电方面具有创新性。
1.1.3. 货物服务与支持证据
货物平衡与背包路径规划[12]、直接运输和循环车队策略[13,14]相连接；电动汽车路径规划中也建立了部分充电机制[15,16]。然而，服务定义有所不同。规定的航班时刻表、每日客运航班数量、货物放行时间和截止日期以及持续的客户库存可用性，都带来了不同的义务。Lagos等人[17,18] 明确将交付时间和数量与客户背包关联；往返式建模可防止整个时域内的缺货。在此，可分割货物在需求窗口边界进行核算，因此严格的窗口服务是一项综合要求，而非对单个运输截止时间的保证。评估程序也存在差异：航空公司时刻表应用[6,8]，时刻表与天气对比[9]，以及优化基准测试 [18] 支持不同的主张。运行输入数据和数值计划验证本身并不能验证飞机性能模型。
1.1.4. 离散化与可行性诊断
离散化损失在服务网络设计中得以确立。Boland等人 [19] 利用部分时间扩展松弛方法开发了动态离散化发现（DDD）；随后的研究衡量了离散化的成本，并检查了敏感实例的指标[20]。Lagos等人[17]研究了连续时间背包路径问题的DDD组件，并且往返扩展证明了可行实例在有限步内收敛至最优解[18]. 在服务网络DDD松弛中，定时弧可能在其实际到达时间之前到达，并在必要时进行细化。此处，向上取整的占用限制了所选的网格模型。比较其取整和未取整的池化需求，和，可识别取整操作在构建完整网格模型之前何时激活资源排除。通过未取整的资源筛选并不等同于连续时间调度证书。
