Pesquisa sobre balsas autônomas em vias navegáveis urbanas reais

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

Esta rota é frequentada por turistas, embarcações comerciais e embarcações de recreio, 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. Esta rota é particularmente valiosa para pesquisadores, pois eles podem estudar como embarcações automatizadas reagem a situações do mundo real, em vez de ambientes de teste controlados.

Objetivos dos clientes: Viabilizar navegação autônoma confiável

O projeto começou com uma missão clara: desenvolver um sistema de controle e feedback capaz de suportar funções de assistência automatizada em balsas fluviais. A equipe desejava criar uma solução que pudesse ser aplicada além de uma única embarcação. Para tornar isso possível, eles consideraram não apenas o desempenho técnico, mas também os aspectos econômicos e regulatórios. O objetivo é construir um sistema que possa 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 o funcionamento da automação. Em uma travessia fluvial movimentada, com muitas embarcações, ventos variáveis e correntes mutáveis, dados de navegação precisos são absolutamente essenciais.

Desafios técnicos

Operar a balsa de forma autônoma está longe de ser simples. O Warnowstromer se desloca entre embarcações comerciais, barcos esportivos, embarcações elétricas de lazer e até mesmo nadadores. Sedimentos, vegetação e estruturas próximas podem limitar a manobrabilidade da balsa. Ao mesmo tempo, a balsa funciona com uma bateria limitada, exigindo uma operação energeticamente eficiente.

Essas restrições operacionais significam que os sistemas de navegação e controle devem ser não apenas precisos, mas também confiáveis por 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 de:

• Navegação estimada por até 5 minutos, permitindo a navegação sob pontes e em áreas com negação de GNSS. Desempenho de IMU de grau tático com uma taxa mínima de 100 Hz.
• Bússola GPS utilizando antenas duplas flexíveis integradas com a IMU.
• Especificações do giroscópio: 0,1°/√h, estabilidade de bias 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 que fornecesse dados precisos e em tempo real, e que pudesse operar de forma confiável em condições ambientais variáveis.

Integrando nossa solução de navegação no ferry autônomo

A equipe nos descobriu por meio de uma pesquisa online e rapidamente reconheceu que nossas soluções de navegação inercial poderiam atender às suas necessidades. O engajamento começou com uma solicitação de cotação, e trabalhamos em estreita colaboração com eles para garantir uma integração perfeita. Fornecemos à equipe o Ekinox Micro, nosso sistema INS/GNSS de grau tático, para atender aos seus requisitos exigentes.

Utilizando o Ekinox Micro, a equipe pôde passar dos testes iniciais para funções totalmente automatizadas em uma abordagem estruturada e passo a passo.

Eles primeiro verificaram as operações básicas usando controle por joystick enquanto nosso sistema fornecia dados precisos de posição e orientação. Esta fase inicial permitiu à equipe validar a qualidade dos dados de navegação e confirmar que eles poderiam suportar funções de automação mais avançadas posteriormente no projeto.

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

Integração e testes

Durante a integração e os testes, a interface Ethernet rápida do nosso sistema e o protocolo personalizado facilitaram a alimentação de dados de navegação em tempo real nos seus algoritmos de controle. O Ekinox Micro possibilitou manobras precisas mesmo sob 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, 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 em grande parte por conta própria utilizando nossos recursos de documentação. Refletindo sobre essa experiência tranquila, eles compartilharam: “Sua documentação online e 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 possui uma fonte estável e confiável de dados de posicionamento e orientação para seus testes. Isso os ajudou a avaliar funções automatizadas com mais clareza e a ajustar seus algoritmos de controle usando dados de navegação reais durante os testes da balsa. Também 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 seus arredores. Isso apoiará 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 até agora, a equipe resumiu sua experiência de forma simples: “O Ekinox Micro é o melhor equipamento sensor para avançar o transporte autônomo em áreas urbanas.”

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