USEPE

Contexto

El concepto U-space se desarrolló como respuesta a la Declaración de Varsovia de 2016, que buscaba aprovechar el potencial de los drones para crear nuevos empleos y generar oportunidades comerciales. El informe U-space Blueprint, publicado por SESAR Joint Undertaking en 2017, define U-space como «un conjunto de nuevos servicios y procedimientos diseñados para asegurar el acceso seguro y eficiente de un gran número de drones al espacio aéreo». A medida que se expanden las aplicaciones de los drones, también lo hace el número de drones que operan simultáneamente en una misma área geográfica. Asegurar su separación de las aeronaves tripuladas y entre sí es crucial para maximizar el uso del espacio aéreo. Este desafío se vuelve aún más complejo en entornos urbanos, donde los drones deben lidiar con edificios y patrones de viento impredecibles. El proyecto USEPE sirvió para investigar métodos de separación de drones en entornos urbanos, especialmente en aquellos densamente poblados.

El proyecto USEPE

El proyecto USEPE ha definido y validado un nuevo método de separación de drones para desplegarse en entornos urbanos densamente poblados en el contexto de U-space. USEPE desarrolló algoritmos de machine learning para automatizar la separación segura y la resolución de conflictos entre drones y, a la vez, mantener la capacidad del espacio aéreo en diferentes entornos. El concepto propuesto dota al sistema de gestión de separación U-space capacidades de inteligencia artificial, en línea con la visión del «European ATM Masterplan Roadmap» para la integración segura de drones en todas las clases de espacio aéreo. USEPE estableció una serie de escenarios urbanos reales, los cuales fueron sometidos a una validación utilizando la Metodología de Validación del Concepto Operativo Europeo (E-OCVM). El enfoque de investigación tuvo en cuenta tanto las fases estratégicas como tácticas de vuelo.

Objetivos

El objetivo principal de USEPE fue conceptualizar, desarrollar y evaluar un Concepto de Operaciones (ConOps) junto con una serie de tecnologías habilitadoras destinadas a garantizar la separación segura de drones, tanto entre ellos como de la aviación tripulada. El concepto se encuadra dentro del entorno U-space, con un énfasis particular en áreas densamente pobladas. Los objetivos específicos del proyecto fueron:

• Determinar el separador principal: dentro de las fases de planificación estratégica y táctica, el proyecto buscó aclarar si la responsabilidad de la separación debería recaer en los propios drones o en los sistemas U-space.
• Conceptualizar y simular conceptos de separación segura: definir y simular una variedad de conceptos diseñados para proporcionar una separación segura para varios tipos de drones durante cada fase de planificación.
• Evaluar el impacto en áreas clave de rendimiento (KPAs, por las siglas en inglés de Key Performance Areas): el proyecto evaluó el impacto de los conceptos propuestos en una variedad de KPAs, con un enfoque particular en la seguridad, la capacidad y la eficiencia. Esta evaluación tuvo como objetivo proporcionar conocimientos y recomendaciones para el enfoque más adecuado en diferentes entornos operativos.
• Difundir los resultados: compartir con las partes interesadas los principales resultados del proyecto, facilitando el intercambio abierto de comentarios para evaluar la idoneidad de pasar a las etapas posteriores en el ciclo de investigación e innovación.

El papel de Nommon

Nommon desempeñó un papel fundamental en el proyecto USEPE, liderando el desarrollo e implementación del concepto operativo para la separación segura de drones en el entorno U-space. El concepto se implementó en una herramienta de simulación para evaluar y analizar el impacto en diversos KPAs. Adicionalmente, Nommon contribuyó activamente al perfeccionamiento y mejora del ConOps. 

La participación de Nommon se extendió a la exploración e investigación de algoritmos de aprendizaje automático con el objetivo de mejorar la eficiencia general de los procesos de separación. Por otra parte, Nommon asumió un papel destacado en la fase de validación del método de separación, liderando la ejecución y análisis de casos de uso relacionados con la entrega de última milla y operaciones de emergencia.

Resultados

USEPE introdujo el concepto de operación llamado D2-C2 (por las siglas en inglés de Dynamic Density Corridor Concept), un nuevo método de separación diseñado para entornos urbanos y suburbanos, que ofrece una resolución estratégica y táctica de conflictos en el espacio aéreo de muy bajo nivel. Este método combina las ventajas proporcionadas por la gestión del espacio aéreo basada en la densidad, los corredores y la geovecotring para separar de manera segura drones. El método de separación fue validado mediante simulaciones de tiempo rápido que abarcaron tres ejercicios diferentes: entrega en la última milla, operación de emergencia y escenarios de vigilancia urbana. Estos fueron considerados durante la campaña de simulación en situaciones nominales y de contingencia, y se compararon con un escenario de referencia donde no se aplicó el método D2-C2. Para validar el método de separación, se realizaron desarrollos de software para el simulador BlueSky, asegurando su reutilización para futuras investigaciones en U-space. Además, se desarrolló un algoritmo de aprendizaje automático no supervisado para respaldar la implementación de D2-C2, ayudando en la planificación de rutas y la segmentación dinámica.

En relación con el Plan Maestro de la ATM y el marco U-space, USEPE contribuye a los servicios de resolución estratégica y táctica de conflictos y la gestión dinámica de la capacidad, que se encuadran en las fases U2 (servicios iniciales) y U3 (servicios avanzados) respectivamente.

• Servicio de resolución estratégica de conflictos: USEPE propuso un nuevo método de separación para la resolución estratégica de conflictos. El espacio aéreo se divide en segmentos y corredores, cada uno con una capacidad máxima basada en los volúmenes de seguridad de las aeronaves. Los nuevos planes de vuelo se evalúan en función de la ocupación esperada de estos segmentos, permitiendo la entrada si no se detectan problemas.
• Servicio de resolución táctica de conflictos: en casos en los que persisten conflictos a pesar de la desconflictación estratégica, el método de USEPE interviene a nivel táctico. El servicio de resolución táctica de conflictos es realizado por un proveedor de servicios U-space, que también monitorea el tráfico. El método de detección de conflictos basado en la capacidad proporciona la maniobra de resolución óptima que debe ejecutarse para resolver el conflicto. El operador del dron recibe la orden y es responsable de realizar la maniobra sugerida tanto en segmentos como en corredores.
• Servicio de gestión dinámica de la capacidad: el método de separación de USEPE se alinea con la gestión dinámica de capacidad al permitir la modulación de la capacidad en respuesta a la demanda. El resultado final de este servicio es la organización del tráfico. En el alcance del método D2-C2, este resultado es utilizado tanto por los servicios de resolución estratégica como táctica de conflictos.

Lee el informe final de resultados del proyecto USEPE