In de wereld van onbemande luchtvaartuigen (UAV’s) is de relatie tussen autonomie, veiligheid en systeemarchitectuur cruciaal voor het succes van operaties. Bij de ontwikkeling van UAV-systemen zijn de traditionele processen voor softwareverificatie, zoals beschreven in normen als Do-178C (RTCA 2011), vaak niet volledig toepasbaar op moderne technologieën, zoals deep machine learning. De verificatie van deze technologieën is moeilijk te begrijpen en conceptueel haalbaar alleen voor een klein subset van methoden (Cluzeau, 2020). Dit heeft gevolgen voor hoe we de autonomie van UAV’s in veilige bedrijfsomgevingen kunnen integreren. Het doel van dit hoofdstuk is om de invloed van verschillende autonome niveaus op de systeemarchitectuur en veiligheid van UAV’s te onderzoeken in relatie tot het Safety of Operations Risk Analysis (SORA).

Bij een hoger niveau van autonomie komt er een verschuiving van de rol van de piloot. Het traditionele model, waarbij de piloot de volledige controle heeft, verschuift naar systemen die zelfredzaam zijn, waarbij de piloot alleen toezicht houdt op de algemene werking. De veiligheid van een dergelijk systeem wordt niet alleen bepaald door de autonomie van de UAV, maar ook door de interacties tussen diverse aspecten van de operaties: van padplanning en vluchtbegeleiding tot de integratie van sensoren en communicatiekanalen. In een dergelijk operationeel kader moeten de risico's die gepaard gaan met het vliegen boven dichtbevolkte gebieden, bijvoorbeeld, nauwlettend worden gevolgd en bewaakt.

Op basis van een risicobenadering is het essentieel om te begrijpen hoe het aantal potentiële risico’s op de grond en in de lucht wordt beïnvloed door de autonomie van een UAV. Dit kan worden weerspiegeld in de mate van geautomatiseerde vluchtbegeleiding en detectie- en vermijdingssystemen (DAA) die worden gebruikt. De complexiteit van luchtverkeerssystemen, zoals de luchtverkeerssystemen in Europa of Duitsland, zorgt ervoor dat routeplanning en risicomanagement sterk afhankelijk zijn van de luchtverkeersorganisatie en de operationele concepten die ten grondslag liggen aan UAV-operaties.

Wanneer de autonomie toeneemt, verandert de betrokkenheid van de piloot. In sommige gevallen kan de piloot niet meer in staat zijn om actief in te grijpen bij operaties, wat vraagt om de implementatie van redundante controlemechanismen zoals runtime monitoring, dat continu het systeemverkeer in de gaten houdt. Dit wordt verder uitgewerkt in de concepten van Safe Operation Monitoring (SOM), waarbij het systeem zelf, bijvoorbeeld via geofencing, ingrijpt zodra het dreigt buiten de gedefinieerde grenzen te treden. Het voordeel van deze benadering is dat de verificatie van het systeem vereenvoudigd wordt doordat de runtime monitor de verantwoordelijkheid voor veiligheid overneemt en actief de juiste veiligheidsmaatregelen implementeert wanneer dat nodig is.

De communicatie tussen het UAV en de grondstation vormt een andere uitdaging. De afhankelijkheid van datalinks voor communicatie, die vaak via satellieten of mobiele netwerken loopt, wordt beïnvloed door de geografische context en obstakels in de lijn van zicht. Dit heeft een directe impact op de betrouwbaarheid van de communicatie en dus op de veiligheid van de operatie. In dunbevolkte gebieden of op lage hoogtes kan de verbinding gemakkelijk verbroken worden, wat de noodzaak voor robuuste communicatieprotocollen en redundante systemen benadrukt.

Naast de technologieën voor padplanning, monitoring en detectie, speelt de systematische benadering van luchtverkeersbeheer een belangrijke rol in de veiligheid van UAV’s. De integratie van deze voertuigen in luchtruimen waar traditionele vliegtuigen opereren, vereist strikte naleving van operationele en technische normen. Het Europese concept van luchtverkeersbeheer voor onbemande luchtvaartuigen, U-space, heeft zich als een belangrijk raamwerk bewezen voor het beheren van de luchtverkeersstromen en het beperken van risico’s door onbemande systemen (SESAR Joint Undertaking, 2019).

De vereisten voor de veiligheid van UAV’s zijn complex, omdat ze niet alleen afhangen van de technologie zelf, maar ook van de operationele context waarin deze technologie wordt toegepast. Of het nu gaat om de ontwikkeling van systemen die routeplanning voor UAV’s optimaliseren op basis van risicobeoordelingen, of om het onderzoeken van formele talen om operatielimieten voor geofencing te definiëren, elke benadering vereist een grondige overweging van hoe technologie de algehele veiligheid beïnvloedt.

De vooruitgang in technologieën voor autonomie, padplanning, en runtime monitoring stelt ons in staat om de kosten van softwareontwikkeling te verlagen terwijl we de veiligheid van operaties verbeteren. Dit vermindert de noodzaak voor uitgebreide handmatige verificatie, waardoor de werkdruk op ontwikkelaars en operators vermindert. Dit concept biedt niet alleen kostenbesparingen, maar maakt het mogelijk om UAV’s in risicovolle omgevingen te opereren zonder concessies te doen aan de veiligheid.

Hoe de Integratie van een UCA de Luchtvrachtlogistiek Beïnvloedt

De luchtvrachtlogistiek is een complexe keten van processen die essentieel is voor het vervoer van goederen over lange afstanden. De introductie van een Onbemand Cargo Systeem (UCA), zoals onderzocht in het ALAADy-project, biedt potentieel om de traditionele luchtvrachtketen aanzienlijk te vereenvoudigen. Door het gebruik van autonome systemen kan de efficiëntie worden verhoogd, de kosten worden verlaagd en de tijdsbesparingen worden gemaximaliseerd, vooral in situaties waar traditionele infrastructuur ontbreekt.

Wanneer men de integratie van een UCA in de luchtvrachtlogistiek onderzoekt, is het belangrijk om te begrijpen dat de klassieke luchtvrachtketen op veel vlakken kan worden vereenvoudigd. Waar normaal gesproken meerdere partijen en processtappen betrokken zijn, kan de inzet van een UCA het aantal noodzakelijke schakels verminderen. Dit kan leiden tot aanzienlijke tijdsbesparingen en een snellere doorstroming van goederen, met name in gebruiksgevallen zoals humanitaire logistiek of transport naar moeilijk bereikbare gebieden. De UCA zou niet afhankelijk zijn van bestaande weg- of spoorweginfrastructuur en zou in staat zijn om snel en flexibel cruciale goederen te leveren.

Bij een volledig geautomatiseerd proces, zoals in het geval van een UCA, kunnen er echter complicaties optreden wanneer onverwachte omstandigheden zich voordoen. Een automatische keten kan volledig stilvallen bij een systeemfout, terwijl een semi-automatisch proces de mogelijkheid biedt om flexibel in te grijpen door handmatige stappen toe te voegen wanneer dat nodig is. Dit biedt een interessante balans tussen de kosten van handmatige arbeid en de voordelen van automatisering.

Het beheer van de noodzakelijke infrastructuur en het onderhoud van een volledig geautomatiseerd systeem moeten zorgvuldig worden overwogen. Zelfs in geautomatiseerde omgevingen blijft er behoefte aan onderhoudspersoneel. Het aantal medewerkers ter plaatse en hun opleiding zijn afhankelijk van zowel de infrastructuur als de onderhoudsbehoeften. In gevallen waar een continue en uniforme inzet van het systeem wordt gegarandeerd, kan volledige automatisering de meest economische optie zijn. In andere gevallen, bijvoorbeeld bij complexe of onvoorspelbare sub-processen, kan het risico van storingen de voorkeur geven aan handmatige tussenkomst.

Wanneer er geen bestaande infrastructuur beschikbaar is op de bestemming, kunnen alternatieve manieren voor het laden en lossen van goederen worden overwogen. In zulke gevallen kunnen verschillende technieken worden toegepast om het vervoer te vergemakkelijken. Dit kan variëren van het gebruik van geautomatiseerde voertuigen (AGV's) tot autonome leveringsrobots en containersystemen die het laden en lossen zonder menselijke tussenkomst mogelijk maken.

De concepten van 'Air Cargo Drop' en 'Click-out-and-go' zijn twee technieken die als alternatieven kunnen dienen wanneer de traditionele infrastructuur op een bestemming ontbreekt. Bij de eerste techniek wordt de vracht letterlijk uit een vliegtuig gedropt, vaak met behulp van parachutes, wat vooral in humanitaire operaties en militaire contexten wordt gebruikt. Hoewel dit een interessante optie is, brengt het vele uitdagingen met zich mee, zoals het waarborgen dat de vracht op de juiste locatie aankomt en de kosten van het voorbereiden van de dropzone.

De 'Click-out-and-go'-methode, die steeds vaker wordt toegepast bij drones en multicopters, houdt in dat de vracht tijdens de vlucht wordt gedropt zonder dat het vliegtuig of de drone landt. Deze techniek maakt gebruik van bevestigingsmechanismen aan de buitenkant van het voertuig, waarna de lading direct boven het bestemmingspunt wordt losgelaten. Dit kan aanzienlijke tijdswinst opleveren, maar vereist ook specifieke technologieën en processen om de nauwkeurigheid van de levering te garanderen.

De integratie van UCA-technologieën in de luchtvrachtlogistiek moet zorgvuldig worden afgestemd op de specifieke eisen van het gebruiksgeval en de bestemming. Niet alle situaties lenen zich voor volledige automatisering, en het is van cruciaal belang om een balans te vinden tussen de voordelen van automatisering en de flexibiliteit van handmatige processen. Uiteindelijk kan de keuze voor het juiste proces en de juiste technologie alleen goed worden gemaakt door een grondige analyse van de vereisten en de beschikbaarheid van ondersteunende infrastructuur op de bestemming.

Wat is de essentie van Robert Silverbergs ‘Sailing to Byzantium’ en waarom is het een meesterwerk in de sciencefiction?
Wat is de rol van persvrijheid in een democratische samenleving en hoe kan deze gewaarborgd worden?
Hoe de Stabiele Verdeling van AR(1)-Modellen Afhangt van de Verdeling van de Innovaties