Centro de control de tierra adaptativo para equipos de vehículos autónomos heterogéneos

Resumen

En la actualidad, los avances científicos en los vehículos no tripulados han provocado un aumento notable en su uso con diferentes propósitos tanto en el ámbito civil como en el militar, siendo capaces de resolver de forma autónoma misiones cada vez más complejas de forma individual o colaborativa. Para supervisar este tipo de misiones, es necesario contar con un software capaz de monitorizar los vehículos y proporcionar al operador las herramientas necesarias para monitorizarlos e intervenir si es necesario. Este software se conoce como Centro de control de tierra (CCT). La implementación de un CCT es un proceso complejo, ya que se deben cumplir numerosos requisitos, que aumentan con el número de vehículos a monitorizar, especialmente si se trata de un equipo de vehículos heterogéneo, por lo que lo habitual es implementar un CCT ad-hoc para un vehículo o equipo fijo y unas tareas determinadas. Además, la cantidad de datos que un operador de CCT ha de monitorizar aumenta con el número de vehículos supervisados, aumentando su carga mental de trabajo y descendiendo así su rendimiento, lo que suele obligar a involucrar más operadores en la misión. Por estas razones, un CCT debe ser ergonómico, de forma que el operador realice fácilmente su trabajo, siendo también recomendable que incluya algún mecanismo de asistencia que le ayude en su trabajo, minimizando así su carga mental de trabajo y aumentando su rendimiento. Por estos motivos, el objetivo principal de esta tesis consiste en acometer el problema que supone la implementación de un centro de control de tierra que pueda reconfigurarse en tiempo de ejecución para dar soporte a diferentes tipos de misiones que involucren equipos de vehículos heterogéneos variables, cambios en los objetivos de la misión o en el entorno en el que ésta debe desarrollarse y que, además, incorpore ayudas al operador que disminuyan su carga mental de trabajo. Para ello se ha diseñado una arquitectura adaptativa dirigida a eventos que, combinando las propiedades del software adaptativo y las arquitecturas dirigidas a eventos y potenciándolas con algunos otros patrones (Observador, MVC), nos permite desarrollar aplicaciones adaptativas distribuidas modulares capaces de dar soporte a comunicaciones asíncronas que provengan de diferentes sensores, vehículos u otras agentes inteligentes. Con esta arquitectura, se ha implementado un CCT adaptativo capaz de reconfigurarse en tiempo de ejecución para permitir cambios en el equipo de vehículos, cambios en los objetivos de la misión o en el entorno en el que ésta se lleva a cabo, además de introducir nuevos operadores si es necesario. Además, utilizando la arquitectura diseñada, se ha implementado un interfaz gráfico adaptativo que es capaz de alterar en tiempo de ejecución tanto la ubicación como la cantidad de elementos mostrados. Esto le permite auto-adaptarse ante cambios producidos en la infraestructura del CCT (p.e. mostrar datos de nuevos vehículos) e integrar dos mecanismos de ayuda al operador: adaptabilidad (cambiar de posición los elementos gráficos para situarlos en lugares de mejor visibilidad) y transparencia (ocultar elementos en los instantes en los que no sean relevantes para la misión). La combinación de estas técnicas contribuye a disminuir la carga de trabajo mental del operador y, por tanto, a minimizar la cantidad de operadores necesarios para completar la misión. Por último, se propone la utilización del CCT adaptativo como banco de pruebas de simulación en diferentes ámbitos, ya que su naturaleza desacoplada permite cambiar, sin necesidad de rediseñar su estructura, algunos de los módulos que lo componen. Esto, sumado a su capacidad de interactuar con modelos simulados de vehículos autónomos, hace que sea una plataforma de pruebas ideal para todo tipo de experimentos, como los que han sido realizados en esta tesis para verificar la eficacia de las ayudas al operador implementadas en el interfaz gráfico del CCT.