Sistemas y tecnologías para dotar de autonomía a vehículos aéreos no tripulados (UAV) basadas en ontologías

Abstract

En esta tesis se propone dotar de autonomía a los vehículos aéreos sin tripulación (UAV) empleando sistemas y tecnologías basadas en ontologías. Los sistemas autónomos están teniendo una gran importancia gracias a las ventajas que aportan en cuanto a coste y seguridad, pero, por otro lado, se están planteando retos en cuanto a transparencia y confiabilidad que limitan su desarrollo. Previo al diseño del sistema autónomo se presenta el Estado del Arte sobre los sistemas y tecnologías que se han aplicado a los sistemas autónomos, describiendo sus características y las limitaciones encontradas en la bibliografía. La ontología propuesta, denominada Dronetology, tiene como objetivo definir el conocimiento necesario para que un UAV pueda operar con autonomía e inferir nuevo conocimiento que mejore la eficiencia y la seguridad de la misión. Para que la ontología pueda tomar decisiones y ejecute maniobras requiere de varios componentes software auxiliares que forman el sistema Dronetology KIT. Éste realiza labores de interface con los sistemas de la aeronave, integrando información y enviando órdenes al sistema de control de vuelo y de inferencia, ejecutando sentencias SPARQL. Dronetology KIT se implementa usando estándares abiertos basados en la web semántica, código abierto o libre, y el paradigma de programación declarativa, con el fin de facilitar su adaptación a diferentes escenarios y asegurar un funcionamiento transparente. Adicionalmente, su diseño permite que se ejecute en los equipos embarcados en el UAV para tomar decisiones y dar respuesta con un retardo mínimo. Dronetology KIT se implementa en dos aplicaciones con el fin de comprobar su adaptabilidad y su capacidad de tomar decisiones de forma autónoma empleando conocimiento. El primer caso de aplicación es un sistema de recopilación de datos de una red de sensores donde la aeronave no tripulada actúa como un recolector de datos. El conocimiento que adquiere durante el vuelo le permite variar el vuelo pasando al siguiente waypoint cuando no quedan cerca datos pendientes de recoger. El segundo caso de aplicación es un sistema anti-colisión que permite colaborar con otras aeronaves no tripuladas para coordinar velocidades y reducir colisiones, incluso en situaciones con tráfico denso. En algunos escenarios concretos se realizan vuelos reales de UAS para verificar el funcionamiento de Dronetology KIT. Sin embargo, por cuestiones de seguridad y de coste se emplean simuladores Hardware in the Loop. Estos simuladores integran software con hardware con el fin de conocer el comportamiento del sistema autónomo ejecutándose en una plataforma hardware real en la que las entradas son simuladas.