Zwiększanie bezpieczeństwa ruchu rojów latających dronów

Europejski sektor dronów szybko się rozwija, świadcząc usługi w wielu różnych środowiskach, a szczególnie na obszarach miejskich. Wspólne Przedsięwzięcie SESAR – filar technologiczny unijnej inicjatywy dotyczącej jednolitej europejskiej przestrzeni powietrznej – przewiduje, że do 2035 r. w użytku znajdzie się 200 000 dronów obsługiwanych przez operatorów komercyjnych i rządowych, a do 2050 r. takich statków powietrznych ma być 395 000. Ale jak będziemy zapobiegać kolizjom dronów i zarządzać ich ruchem w czasach, gdy roje dronów przemierzających niebo nad nami staną się częścią naszej codzienności?

Mając na uwadze tę kwestię, badacze wspierani przez finansowany ze środków UE projekt LABYRINTH opracowali, wdrożyli i przeanalizowali strategię planowania tras i unikania kolizji przeznaczoną dla układów złożonych z wielu dronów poruszających się w trójwymiarowych środowiskach. „Głównym celem projektu jest uzyskanie pewnego poziomu automatyzacji, by operator mógł sterować grupą maksymalnie 10 dronów z jednego stanowiska naziemnego”, wyjaśnia Luis E. Moreno w informacji prasowej opublikowanej w witrynie „Space War”. Badacz ten jest pracownikiem Uniwersytetu Karola III w Madrycie (UC3M) pełniącego rolę koordynatora projektu LABYRINTH. „Nasza koncepcja zakłada, że operator wskazuje zadanie do wykonania (na przykład monitorowanie ruchu ulicznego na określonym obszarze), a system na tej podstawie automatycznie tworzy zestaw tras, którymi ma podążać dron, a w razie potrzeby oblicza, również automatycznie, trasy alternatywne”.By opracować strategię planowania tras i zapobiegania kolizjom rojów dronów, badacze zaczęli od przygotowania trójwymiarowego modelu symulującego środowisko miejskie, w którym wyznaczyli dwie strefy startu i lądowania. Drony miały następnie wykonywać loty w kierunku losowo dobieranych punktów i z powrotem. Optymalne (zarówno pod względem odległości, jak i czasu) ścieżki płynnego ruchu statków obliczano z użyciem algorytmu planowania FMS (ang. fast marching square), który pozwala w prosty sposób uwzględnić inne ograniczenia ruchu.

Ograniczenia takie obejmowały między innymi ustalanie różnych wysokości lotu, by zapewnić bezpieczną odległość między dronami, a także specjalne zasady zarządzania ruchem w pobliżu stref startu i lądowania oraz punktów będących celem zadań. W przypadku konfliktów, których nie można było rozwiązać z użyciem tych środków, stosowano kontrole odległości (do wykrywania potencjalnych kolizji) oraz sterowanie prędkością oparte na priorytetach.

Wyniki badania LABYRINTH (UNMANNED TRAFFIC MANAGEMENT 4D PATH PLANNING TECHNOLOGIES FOR DRONE SWARM TO ENHANCE SAFETY AND SECURITY IN TRANSPORT) opublikowano w czasopiśmie „Sensors”. Opisywana strategia jest przygotowywana jako część systemu U-space – nowego rozwiązania, które ma umożliwić bezpieczne, efektywne i chronione użytkowanie przestrzeni powietrznej przez dużą liczbę dronów. Celem jest stworzenie warunków, które pozwolą zapewnić bezpieczeństwo załogowym i bezzałogowym statkom powietrznym oraz zapobiegać kolizjom dronów z innymi statkami powietrznymi. Francisco Valera, również z UC3M, zauważa: „Kontrolerzy ruchu lotniczego używają systemów zarządzania tym ruchem (ATM), by bezpiecznie kierować lotem komercyjnych statków powietrznych. Konieczne jest opracowanie podobnego systemu zarządzania ruchem bezzałogowym (ang. unmanned traffic management, UTM), dzięki któremu drony będą mogły dzielić przestrzeń powietrzną z innymi dronami i statkami powietrznymi”.

Więcej informacji:

strona projektu LABYRINTH