Rechtskonforme IT-Konzepte und -Lösungen für Verbünde autonomer Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge

Der Einsatz kollaborierender Roboter in autonomen Missionen bietet signifikante Vorteile, darunter eine höhere räumliche Abdeckung und flexiblere sowie kosteneffizientere Lösungen durch spezialisierte Einheiten. Durch den Verbund autonomer Roboter kann adaptiv auf immer komplexere Umgebungen und Aufgaben reagiert werden, wovon bereits verschiedene Anwendungsbereiche profitieren. Essenziell für diese Zusammenarbeit ist der effiziente Austausch von Informationen, was jedoch aufgrund technischer Restriktionen nicht in unbegrenztem Maße möglich ist. Daher erfordern Kommunikationseinschränkungen eine sorgfältige Bewertung der Notwendigkeit jeder Nachricht, besonders in Katastrophenszenarien mit eingeschränkter Kommunikationsinfrastruktur. Dieser Beitrag untersucht bestehende Ansätze der Informationsverteilung und beschreibt eine dezentrale Methode der Informationsverteilung, welche die relevanten Aspekte zur Bewertung möglicher Kommunikation berücksichtigt. Durch selektive Kommunikation hinsichtlich des Zeitpunkts, des Inhalts und des Empfängers wird gezeigt, dass bei gleichbleibender Missionseffizienz die Netzwerklast deutlich reduziert werden kann, was besonders in Katastropheneinsätzen von Vorteil ist.

Unbemannte Fahrzeuge sind durch zunehmende Autonomie in der Lage in unterschiedlichen unbekannten Umgebungen zu operieren. Diese Flexibilität ermöglicht es ihnen, Ziele eigenständig zu erfüllen und ihre Handlungen dynamisch anzupassen ohne starr vorgegebenen Steuerungscode. Allerdings erschwert ihr autonomes Verhalten die Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit bzw. der Verlässlichkeit, da der Einfluss eines menschlichen Bedieners zur genauen Überwachung und Verifizierung der Aktionen jedes Roboters begrenzt ist. Daher werden Methoden sowohl in der Planung als auch in der Ausführung von Missionen für unbemannte Fahrzeuge benötigt, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit dieser Fahrzeuge zu gewährleisten. In diesem Artikel wird ein zweistufiger Ansatz vorgestellt, der eine Fehlerbeseitigung während der Missionsplanung und eine Fehlerprävention während der Missionsausführung für unbemannte Fahrzeuge sicherstellt. Die Fehlerbeseitigung basiert auf formaler Verifikation, die während der Planungsphase der Missionen angewendet wird. Die Fehlerprävention basiert auf einem regelbasierten Konzept, das während der Missionsausführung angewendet wird. Der Ansatz wird an einem Beispiel angewendet und es wird diskutiert, wie die beiden Konzepte sich ergänzen und welchen Beitrag sie zu verschiedenen Aspekten der Verlässlichkeit leisten.

In diesem Paper wird untersucht, wie Rendezvouspunkte von mindestens zwei autonomen heterogenen Fahrzeugen bestimmt werden können. Hierfür wird zunächst ein Überblick über die gängigsten Pfadplanungstechniken gegeben und dann ein Vergleich für die Anwendung bei der Lösung von Rendezvousproblemen durchgeführt. Im Anschluss werden eine Vielzahl von Rendezvouspunktproblemen, die in der Forschung betrachtet wurden, erläutert. Hierbei wird besonders auf die Lösungen eingegangen, die das Ziel haben einen optimalen Rendezvouspunkt zu finden. Danach wird das neue Rendezvousproblem, welches im Projekt RIVA gelöst werden soll, genauer beschrieben. Denn anders als bei den bekannten Problemen sollen neben multidimensionalen Kostenkarten und verschiedenen Hindernissen für die verschiedenen Fahrzeuge, die sich auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortbewegen, nicht nur die Dauer, sondern auch der Energieverbrauch optimiert werden, wodurch die Berechnung des pareto-optimalen Rendezvouspunktes zu einem komplexen Problem wird. Die danach vorgeschlagenen Lösungsansätze zielen darauf ab, durch die Entwicklung und Anwendung geeigneter Methoden eine effektivere Koordination des heterogenen Fahrzeugverbunds zu ermöglichen, wodurch neben der Logistik auch viele andere Anwendungsgebiete von einer größeren Schnelligkeit und Effizienz profitieren können.