Trajectory planning based on collocation methods for multiple aerial and ground autonomous vehicles

Esta tesis doctorar presenta una serie de contribuciones en los métodos de coordinación y generación de trayectorias de grupos de vehículos, concretamente de vehículos autónomos. Los métodos de colocación, más conocidos por su nombre en inglés “Collocation methods”, han despertado un creciente interés en los últimos años, entre los distintos métodos numéricos para resolver cualquier tipo de problema dentro del campo de la ingeniería. Esta tesis en concreto, presenta un nuevo punto de vista dentro de los métodos de generación de trayectorias, gracias al uso de los métodos de colocación. El interés sobre los vehículos autónomos se ha visto intensificado en los últimos años. Gracias a la evolución de los sensores, la obtención de información del medio que rodea a un vehículo es cada vez más sencilla y fiable. Esto permite a los sistemas de navegación de los vehículos generar cada vez mejores trayectorias libres de colisiones. Esta habilidad también permite a los vehículos autónomos planificar rutas óptimas, evitar obstáculos, seguir algún objetivo, o muchas otras tareas. Inicialmente, el interés sobre los vehículos autónomos recaía principalmente en las aplicaciones militares, especialmente en los vehículos aéreos, conocidos como UAVs o “Drones”. Pero con el paso del tiempo, las aplicaciones civiles o domésticas están sobre pasando los intereses militares. Estas aplicaciones incluyen tanto a vehículos terrestres como aéreos, aunque el impacto sobre los vehículos autónomos aéreos (UAVs) es mucho mayor. Esto es debido a que la accesibilidad y maniobrabilidad de estos vehículos ofrece más ventajas que los vehículos autónomos terrestres (UGVs) en aplicaciones como localización, seguimiento, adquisición de imágenes, generación de mapas, etc. Esta tesis doctoral presenta un nuevo método centralizado para la generación de trayectorias para múltiples vehículos autónomos. Este método se puede usar tanto para vehículos terrestres como aéreos, e incluso en escenarios mixtos con ambos tipos de vehículos. Dicho método está basado en los métodos de colocación Pseudoespectrales, más conocido en inglés como “Pseudospectral (PS) collocation methods”. Estos métodos son muy utilizados para resolver problemas de control óptimos, y se caracterizar porque resuelven dicho problema numéricamente. En el caso de generación de trayectorias, el problema es formulado como un problema de control óptimo, incluyendo las ecuaciones diferenciales que definen la dinámica de los vehículos, las propias restricciones físicas de los actuadores del vehículo, así como las dimensiones del escenario y restricciones de distancia de seguridad entre los distintos vehículos. Luego, se define una función de costes que debe de ser optimizada, como por ejemplo, la distancia de navegación o el propio consumo del vehículo. Los métodos de colocación Pseudospectrales tratan de resolver el problema de optimización aproximando el vector de estado y de control por una serie de polinomios en una serie de puntos denominados puntos de colocación o “collocation points” en inglés. Las restricciones dinámicas de movimiento y las restricciones del problema también deben de cumplirse en dichos puntos. De esta manera, cuando el problema está discretizado y parametrizado, se produce una transformación al paradigma algebraico. Todo el problema se transforma en un problema de Programación no lineal (PNL), el cual será resuelto por algún programa de optimización como por ejemplo puede ser el “SNOPT solver”. Esta forma concreta de modelado del problema de generación de trayectorias permite obtener trayectorias mucho más realistas que son a su vez, más fácil de seguir por el vehículo en cuestión. Esta tesis presenta también un profundo estudio del comportamiento de los distintos métodos de colocación cuando son usados como generadores de trayectorias. A lo largo de la tesis se ha visto que aspectos como la discretización o la aproximación polinómica afectan a la solución del problema, y se ha analizado cómo afecta a otros aspectos como la integridad del sistema, escalabilidad del método (como influye el incremento de vehículos considerados en la planificación), tiempo de computo necesario para obtener una solución, etc. Un resumen de los objetivos que se han abarcado durante el desarrollo de la tesis se presenta a continuación: • Clasificación exhaustiva de los distintos métodos de colocación. Este punto intenta hacer una distinción entre clásicos métodos de colocación Directos y los nuevos Pseudoespectrales. Presentando una descripción completa de estos últimos. • Análisis de los métodos de colocación en problemas de generación de trayectorias. Los métodos de colocación son métodos de propósito general, de manera que se pretende analizar las ventajas y desventajas de estos métodos en los problemas de generación de trayectorias. • Estudio de rendimiento de los métodos de colocación. Aspectos como la calidad de las soluciones obtenidas, escalabilidad, tiempo de cómputo para obtener una solución, aplicaciones de tiempo real, etc. son estudiados en los distintos métodos. • Búsqueda de configuraciones que mejoren el rendimiento. En este apartado se pretende sintonizar los parámetros de configuración de algunos métodos de colocación para buscar un óptimo rendimiento. • Desarrollo de un nuevo algoritmo denominado método de colocación S-Adaptive. Este es un algoritmo desarrollado específicamente para la generación de trayectorias. Este método resuelve toda las desventajas que se producen en los métodos de colocación clásicos. • Desarrollo de escenarios con vehículos terrestres en presencia de obstáculos. Los métodos de colocación han sido muy utilizados en aplicaciones aeronáuticas. Un claro ejemple de ello es la gran cantidad de artículos que se pueden encontrar en la literatura. Es por esto que el uso de vehículos terrestres y concretamente, su uso en presencia de múltiple obstáculos fijos en dichos escenarios, supone una novedad en sí. • Validación experimental de los algoritmos. Este punto se centra en la validación de los resultados obtenidos en las fases de desarrollo y simulación, con vehículos reales. Una gran cantidad de escenarios son presentados con vehículos autónomos, tanto terrestres como aéreos. Todos estos experimentos están dentro del marco de desarrollo del proyecto europeo de investigación EC-SAFEMOBIL “Estimation and Control for SAFE wireless high MOBILity cooperative industrial systems”

Responsabilidad civil contractual por fraudes con tarjeta de crédito en Colombia

La presente monografía de grado es el fruto de la convergencia de los diferentes conocimientos adquiridos en el pregrado de Derecho aplicados a una problemática especial: la responsabilidad civil por los fraudes cometidos con tarjetas de crédito en Colombia. En efecto, el sistema de tarjeta de crédito se inserta dentro de las nuevas formas de contratación que ha traído consigo la modernidad, su uso es relativamente reciente y siempre objeto de constante desarrollo.106 p.Contenido parcial: Capítulo I: La tarjeta de crédito -- Capítulo II: Fraudes con tarjetas de crédito -- Capítulo III: Distribución del riesgo por el uso fraudulento de tarjeta de crédito por terceros no autorizados -- Capítulo IV: El incumplimiento imputable al deudor: ¿culpa o riesgo

Implementación de la Empresa Social en Colombia: análisis jurídico

El presente trabajo tiene como finalidad estudiar el concepto de Empresa Social como ha sido formulado por la doctrina así como otros ordenamientos jurídicos por fuera de Colombia, para luego analizar si este tipo de entidad puede implementarse en nuestro país bajo alguna de las tipologías de personas jurídicas del derecho privado: fundaciones, corporaciones, cooperativas o sociedades mercantile

Collision Avoidance for Multiple UAVs using Rolling-horizon Policy

This paper addresses the problem of collision avoidance in scenarios with multiple aerial vehicles and proposes a method based on a Legendre pseudospectral collocation in order to compute the solution trajectories and guarantee that the safety distance between them is always maintained. The method uses a rolling horizon policy in which trajectories are planned up to a given time horizon, thus considering a much smaller problem space. Then, the system is applied iteratively. Studies have been performed to set the values of the look-ahead time and the number of collocations points. The computational load and scalability of the method are also studied in randomly generated scenarios to test its application in real time. Experiments have been also carried out in the multivehicle aerial testbed of the Center for Advanced Aerospace Technologies (Seville, Spain)Comisión europea FP7 ICTMinisterio de Ciencia e Innovación DPI2011-28937-C02-0

Safe Trajectory Planning for Multiple Aerial Vehicles with Segmentation-Adaptive Pseudospectral Collocation

IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 26-30 May 2015 Seattle, WA, USAThis paper proposes a method called Segmentation-adaptive Pseudospectral collocation to address the problem of safe trajectory generation in missions with cooperating multiple aerial vehicles. Pseudospectral collocation can generate optimized collision-free trajectories, but for multiple aerial vehicles it cannot guarantee that the safety separation distance is maintained in the whole trajectories, since the constraints are only enforced in discrete points in the trajectory (collocation points). Hp-adaptive pseudospectral collocation increases iteratively the number of collocation points and the degree of the approximating polynomial, but this may lead to an exponential increase of the computational load. The proposed method solves the problem by selectively adding new collocation points where they are needed, only in the segments with conflicts in each iteration, thus effectively reducing the number of collocation points and the computation time with respect to other pseudospectral collocation formulations. The proposed method allows both changes of speed and changes of heading for each aerial vehicle to guarantee the safety distance between them. Its computational load and scalability are studied in randomly generated scenarios. Moreover, a comparison with other method is presented. Several experiments to test the validity of the approach have been also carried out in the multivehicle aerial testbed of the Center for Advanced Aerospace Technologies.Comisión europea FP7 ICT (288082)Junta de Andalucía P11-TIC-706

Evaluation of a quality improvement intervention to reduce anastomotic leak following right colectomy (EAGLE): pragmatic, batched stepped-wedge, cluster-randomized trial in 64 countries

Background Anastomotic leak affects 8 per cent of patients after right colectomy with a 10-fold increased risk of postoperative death. The EAGLE study aimed to develop and test whether an international, standardized quality improvement intervention could reduce anastomotic leaks. Methods The internationally intended protocol, iteratively co-developed by a multistage Delphi process, comprised an online educational module introducing risk stratification, an intraoperative checklist, and harmonized surgical techniques. Clusters (hospital teams) were randomized to one of three arms with varied sequences of intervention/data collection by a derived stepped-wedge batch design (at least 18 hospital teams per batch). Patients were blinded to the study allocation. Low- and middle-income country enrolment was encouraged. The primary outcome (assessed by intention to treat) was anastomotic leak rate, and subgroup analyses by module completion (at least 80 per cent of surgeons, high engagement; less than 50 per cent, low engagement) were preplanned. Results A total 355 hospital teams registered, with 332 from 64 countries (39.2 per cent low and middle income) included in the final analysis. The online modules were completed by half of the surgeons (2143 of 4411). The primary analysis included 3039 of the 3268 patients recruited (206 patients had no anastomosis and 23 were lost to follow-up), with anastomotic leaks arising before and after the intervention in 10.1 and 9.6 per cent respectively (adjusted OR 0.87, 95 per cent c.i. 0.59 to 1.30; P = 0.498). The proportion of surgeons completing the educational modules was an influence: the leak rate decreased from 12.2 per cent (61 of 500) before intervention to 5.1 per cent (24 of 473) after intervention in high-engagement centres (adjusted OR 0.36, 0.20 to 0.64; P < 0.001), but this was not observed in low-engagement hospitals (8.3 per cent (59 of 714) and 13.8 per cent (61 of 443) respectively; adjusted OR 2.09, 1.31 to 3.31). Conclusion Completion of globally available digital training by engaged teams can alter anastomotic leak rates. Registration number: NCT04270721 (http://www.clinicaltrials.gov)