Pesquisa sobre balsas autônomas em vias navegáveis urbanas reais

O WarnowstromerAI é um projeto de pesquisa liderado pela Universidade de Rostock, focado no desenvolvimento de sistemas de assistência altamente automatizados para balsas de passageiros em águas interiores. O projeto utiliza a Warnowstromer, uma balsa que atravessa o rio Warnow ao longo de um percurso de 500 metros em uma área urbana movimentada.

Essa rota é frequentada por turistas, embarcações comerciais e de lazer, tornando-a um cenário ideal para testar a navegação autônoma de balsas, operações energeticamente eficientes e reconhecimento ambiental avançado. Devido a essa atividade constante, a balsa opera em um ambiente dinâmico, onde as condições de tráfego podem mudar rapidamente. Isso torna a rota particularmente valiosa para pesquisadores que desejam estudar como embarcações automatizadas reagem a situações do mundo real, em vez de ambientes de teste controlados.

Objetivos do cliente: Viabilizar uma navegação autônoma confiável

O projeto teve início com uma missão clara: desenvolver um sistema de controle e feedback capaz de dar suporte a funções de assistência automatizada em balsas de navegação interior. A equipe desejava criar uma solução que pudesse ser aplicada além de uma única embarcação. Para tornar isso possível, eles levaram em consideração não apenas o desempenho técnico, mas também aspectos econômicos e regulatórios. O objetivo é construir um sistema capaz de operar com segurança e eficiência, mesmo em ambientes complexos e em constante mudança.

Desde o início, a equipe de desenvolvimento percebeu que dados de posicionamento precisos e confiáveis seriam fundamentais para que a automação funcionasse. Em uma travessia fluvial movimentada, com muitas embarcações, ventos variáveis e correntes instáveis, dados de navegação precisos são absolutamente essenciais.

Desafios técnicos

Operar a balsa de forma autônoma está longe de ser simples. A Warnowstromer circula entre embarcações comerciais, barcos esportivos, embarcações elétricas de lazer e até mesmo nadadores. Sedimentos, vegetação e estruturas próximas podem limitar os locais onde a balsa pode manobrar. Ao mesmo tempo, a balsa funciona com uma bateria de autonomia limitada, por isso precisa operar de forma energeticamente eficiente.

Essas restrições operacionais significam que os sistemas de navegação e controle devem ser não apenas precisos, mas também confiáveis durante longos períodos de operação. Qualquer instabilidade ou perda de informações de posicionamento poderia afetar tanto a segurança quanto a eficiência.

Para enfrentar esses desafios, a equipe precisava:

• Navegação por estimativa por até 5 minutos, permitindo a passagem sob pontes e em áreas GNSS. IMU de nível tático a uma frequência mínima de 100 Hz.
• Bússola GPS com antenas duplas flexíveis integradas à IMU.
• Especificações do giroscópio: 0,1°/√h, estabilidade de desvio de 2°/h, 60 µg/√Hz e ruído de aceleração de 20 µg.

Esses requisitos significavam que a equipe precisava de um sistema de navegação capaz de fornecer dados precisos em tempo real e de funcionar de forma confiável em condições ambientais variáveis.

Integração da nossa solução de navegação na balsa autônoma

A equipe nos descobriu por meio de uma pesquisa online e rapidamente percebeu que nossas soluções de navegação inercial poderiam atender às suas necessidades. O projeto teve início com um pedido de cotação, e trabalhamos em estreita colaboração com eles para garantir uma integração perfeita. Fornecemos à equipe Ekinox Micro, nossoGNSS de nível tático, para atender aos seus exigentes requisitos.

Com Ekinox Micro, a equipe pôde avançar dos testes iniciais para funções totalmente automatizadas, seguindo uma abordagem estruturada e passo a passo.

Primeiramente, eles verificaram as operações básicas usando o controle por joystick, enquanto nosso sistema fornecia dados precisos de posição e orientação. Essa fase inicial permitiu que a equipe validasse a qualidade dos dados de navegação e confirmasse que eles poderiam suportar funções de automação mais avançadas posteriormente no projeto.

Em seguida, eles adicionaram controle de velocidade e posição usando os dados de alta frequência do GNSS de antena dupla GNSS pelo Ekinox Micro. Isso os ajudou a ajustar a rota da balsa e o posicionamento automático com maior precisão, utilizando medições do mundo real.

Integração e testes

Ao longo da integração e dos testes, a interface Fast Ethernet do nosso sistema e o protocolo personalizado facilitaram a alimentação de dados de navegação em tempo real nos algoritmos de controle deles. Ekinox Micro manobras precisas mesmo em condições ambientais variáveis, permitindo que a equipe se concentrasse nas funções autônomas sem a necessidade de soluções alternativas.

Os operadores puderam supervisionar a balsa autônoma com confiança, contando com informações de navegação precisas e de alta resolução em todos os momentos. A disponibilidade contínua de dados permitiu que a equipe avaliasse e aprimorasse funções autônomas, como planejamento de trajetória e detecção de objetos, passo a passo.

A equipe precisou de muito pouco suporte durante a integração. Eles conseguiram instalar e configurar o sistema praticamente sozinhos, usando nossos recursos de documentação. Refletindo sobre essa experiência tranquila, eles compartilharam:
“Sua documentação online e o portal de suporte ajudaram a equipe a integrar sua solução rapidamente. Sempre que identificávamos um bug, a equipe de suporte fornecia atualizações prontamente para manter a implementação funcionando sem problemas.”

Resultados e próximos passos

Com o sistema de navegação integrado, a equipe agora conta com uma fonte estável e confiável de dados de posicionamento e orientação para seus testes. Isso os ajudou a avaliar as funções automatizadas com maior clareza e a ajustar seus algoritmos de controle utilizando dados reais de navegação durante os testes com a balsa. Além disso, fornece uma referência consistente para comparar diferentes cenários de teste e melhorar o comportamento do sistema ao longo do tempo.

Olhando para o futuro, o projeto continuará a evoluir. A equipe planeja combinar o sistema de navegação com sensores ópticos para melhorar a forma como a balsa autônoma detecta e compreende o ambiente ao seu redor. Isso dará suporte a funções autônomas mais avançadas e ajudará os pesquisadores a estudar como balsas ou embarcações automatizadas podem operar com segurança em vias navegáveis urbanas movimentadas.

Refletindo sobre o trabalho realizado até agora, a equipe resumiu sua experiência de forma simples: “O Ekinox Micro o melhor equipamento de sensoriamento para promover o transporte marítimo autônomo em áreas urbanas.”

O projeto ainda está em andamento, mas os resultados até o momento mostram como dados de navegação confiáveis podem apoiar o desenvolvimento de operações automatizadas de balsas em condições reais.