Andreas Klöckner hat Maschinenbau an der RWTH Aachen studiert.
Heute ist er beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln.
Behavior Trees for Mission Management of High-Altitude Pseudo-Satellites
Die Dissertation beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung und Nutzung der Methode der sogenannten Behavior Trees in der Anwendung des Missionsmanagements für unbemannte, solargetriebene Höhenflugzeuge (High Altitude Pseudo Satellite - HAPS). Behavior Trees sind eine formale Methode des Software Engineering, werden aber auch in einer spezifischen Variante dem Feld der Künstlichen Intelligenz zugeschrieben und dort v.a. im Bereich der Game-AI eingesetzt. Die technisch-wissenschaftliche Fragestellung dieser Arbeit besteht darin, zu untersuchen, inwieweit die Methode auch zur automatisierten Missionsführung unbemannter Luftfahrzeuge eingesetzt werden kann und inwieweit sie gegebenenfalls zu erweitern ist. Die zentralen Aspekte der hier vorgelegten Arbeit sind:
- die methodisch/funktionalen Erweiterungen von Behavior Trees um den Anforderungen des automatisierten Missionsmanagements unbemannter Luftfahrzeuge gerecht zu werden;
- die Entwicklung einer Modellierungsumgebung für die erweiterten Behavior Trees in Modelica, sowie die Entwicklung einer Beispielanwendung auf Basis der erweiterten Methode und der Modellierungswerkzeugs. Die Beispielanwendung automatisiert dabei den sogenannten JoJo-Flug im Tag-Nacht-Zyklus eines solargetriebenen Höhenflugzeugs und bietet eine Schnittstelle zur Missionsplanung durch den Nutzer;
- die ingenieurmäßige Erprobung des Laborprototyps in der Simulation. Dabei wird die grundsätzliche Anwendbarkeit des Ansatzes demonstriert.
Die Dissertation ist in Englischer Sprache abgefasst und beschreibt dazu zunächst das Anwendungsfeld des HAPS Missionsmanagement sowie Ansätze für automatisiertes Missionsmanagement mittels KI-Methoden aus der Literatur. Es erfolgt der begründete Entscheidung für Behavior Trees. Im Folgenden wird die Methode vorgestellt. Die dann folgenden Kapitel beschreiben die umfangreichen Maßnahmen zur Weiterentwicklung der Methode. Schließlich werden Entwicklung des laufähigen Laborprototyps, die Integration in die Laborumgebung und die Erprobung dokumentiert.
Die zentralen wissenschaftlichen Ansprüche der Dissertation sind:
- Weiterentwicklung der Methode der Behavior Trees sowie die Schaffung eines Modellierungswerkzugs für Missionsmanagementaufgaben auf der Basis von aus der Anwendungsdomäne abgeleiteten Anforderungen;
- Analyse von System- und Laufzeiteigenschaften einer aus Behavior Trees aufgebauten Missionsmanagement-Applikation;
- Ableiten von Empfehlungen für die Nutzung von Behavior Trees im Umfeld der Automatisierung von Luftfahrzeugen;
Damit wird in dieser Dissertation erstmals eine luftfahrttechnische Automatisierungsanwendung auf Basis der, wenn auch stark modifizierten Behavior Trees Methode vorgestellt.
Promotionsausschuss:
Vorsitz: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Ferdinand Svaricek
1. Berichterstatter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Axel Schulte
2. Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Martin Otter (Institut für Systemdynamik & Regelungstechnik, DLR Oberpfaffenhofen)