The key concept for safe and efficient traffic management for Unmanned Aircraft Systems (UAS) is the notion of operation volume (OV). An OV is a 4-dimensional block of airspace and time, which can express an aircraft's intent, and can be used for planning, de-confliction, and traffic management. While there are several high-level simulators for UAS Traffic Management (UTM), we are lacking a framework for creating, manipulating, and reasoning about OVs for heterogeneous air vehicles. In this paper, we address this and present SkyTrakx -- a software toolkit for simulation and verification of UTM scenarios based on OVs. First, we illustrate a use case of SkyTrakx by presenting a specific air traffic coordination protocol. This protocol communicates OVs between participating aircraft and an airspace manager for traffic routing. We show how existing formal verification tools, Dafny and Dione, can assist in automatically checking key properties of the protocol. Second, we show how the OVs can be computed for heterogeneous air vehicles like quadcopters and fixed-wing aircraft using another verification technique, namely reachability analysis. Finally, we show that SkyTrakx can be used to simulate complex scenarios involving heterogeneous vehicles, for testing and performance evaluation in terms of workload and response delays analysis. Our experiments delineate the trade-off between performance and workload across different strategies for generating OVs.


翻译:无人驾驶航空器系统的安全和高效交通管理的关键概念是操作量的概念。OV是空气空间和时间的四维组成部分,可以表达飞机的意图,并可用于规划、消除冲突和交通管理。虽然UAS交通管理(UTM)有若干高级模拟器,但我们缺乏一个框架,用于为各种不同的航空车辆创建、操纵和推理OV。在本文件中,我们讨论了这一问题和目前的SkyTrakx -- -- 一个基于OV的模拟和核查UTM情景的软件工具包。首先,我们通过提出具体的空中交通协调协议来说明SkyTrakx的使用情况。这项协议在参与飞机和交通路线管理空域管理员之间传达了OVS。我们展示了现有的正式核查工具Dafny和Dione如何协助自动检查协议的关键性质。第二,我们展示了如何用另一种核查技术(即可达性分析)和固定翼飞机模拟使用Skytrakx的软件使用Skytraak 案例。最后,我们用Skyal convidustration deal deal developments ex ex ex ex wesaffactal developmental developmental development ex ex ex ex ex ex wesaffact ex to wesaffactal developmental deal developmental developmental developmental developments.

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