Herramienta Fe³ de NASA Ames: Simulación avanzada de tráfico aéreo a baja altitud

Se prevé que los vehículos aéreos no tripulados (UAVs) operen mucho más cerca entre sí en espacio aéreo de baja altitud que en el sistema convencional de control de tráfico aéreo de alta altitud y, por tanto, imponen desafíos no solo al diseño del vehículo sino también al desarrollo de un sistema de tráfico aéreo de baja altitud seguro pero eficiente. NASA Ames desarrolló una herramienta de simulación de tráfico aéreo conocida como Motor flexible para evaluación rápida de entornos de vuelo (Fe³).

La herramienta de simulación proporciona la capacidad de analizar estadísticamente sistemas de tráfico de alta densidad, alta fidelidad y baja altitud sin realizar pruebas de vuelo inviables y prohibitivamente costosas que involucren un gran volumen de vehículos aéreos. Fe³ incluye modelos integrales para operaciones de tráfico de alto volumen como dinámica y control de vehículos no tripulados de seis grados de libertad, modelos de navegación, comunicación y sensores, modelos de viento y modelos de resolución de conflictos usando computación en la nube y tecnologías de Unidad de Procesamiento Gráfico (GPU) para lograr alto nivel de rendimiento computacional.

Con tal rendimiento, Fe³ puede realizar miles de simulaciones Monte Carlo para operaciones de aeronaves de alto volumen en minutos para que los investigadores puedan realizar fácilmente estudios de incertidumbre y obtener resultados estadísticos. Esta herramienta de simulación también proporciona una estructura de entrada flexible, permitiendo a los investigadores estudiar una amplia gama de parámetros en operaciones aéreas a gran escala.

El motor de simulación central de Fe³ está compuesto por dos funciones principales: generación de trayectorias y evitación de colisiones. Fe³ está altamente paralelizado usando el lenguaje de programación Compute Unified Device Architecture (CUDA) en GPUs. Se despliega en el servicio web de Amazon (AWS) para necesidades de escalabilidad de modo que el número de instancias GPU pueda desplegarse dinámicamente basado en necesidades de simulación. La tecnología puede realizar análisis de incertidumbre en grandes volúmenes de operaciones de aeronaves en minutos, todo envuelto en una aplicación basada en web.

Con esta capacidad, las partes interesadas pueden estudiar los impactos de componentes críticos (como viento, vigilancia, comunicación, colisión, evitación, reglas de tráfico, consumo de energía, etc.) en el sistema de tráfico de alta densidad y baja altitud; obtener insights y ayudar a definir requisitos, políticas y protocolos para un sistema de tráfico seguro y eficiente; y evaluar riesgos operacionales y optimizar horarios de vuelo.

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