Investigación sobre transbordadores autónomos en vías navegables urbanas reales

WarnowstromerAI es un proyecto de investigación dirigido por la Universidad de Rostock, centrado en el desarrollo de sistemas de asistencia altamente automatizados para transbordadores de pasajeros de navegación interior. El proyecto utiliza el Warnowstromer, un transbordador que cruza el río Warnow a lo largo de un recorrido de 500 metros en una zona urbana muy transitada.

Esta ruta es frecuentada por turistas, embarcaciones comerciales y embarcaciones de recreo, lo que la convierte en un escenario ideal para probar la navegación autónoma de transbordadores, operaciones energéticamente eficientes y reconocimiento ambiental avanzado. Debido a esta actividad constante, el transbordador opera en un entorno dinámico donde las condiciones del tráfico pueden cambiar rápidamente. Esto hace que la ruta sea especialmente valiosa para los investigadores que desean estudiar cómo reaccionan las embarcaciones automatizadas ante situaciones del mundo real, en lugar de entornos de prueba controlados.

Objetivos del cliente: Facilitar una navegación autónoma fiable

El proyecto se inició con una misión clara: desarrollar un sistema de control y retroalimentación capaz de respaldar las funciones de asistencia automatizada en los transbordadores de agua dulce. El equipo quería crear una solución que pudiera aplicarse más allá de una sola embarcación. Para hacerlo posible, tuvieron en cuenta no solo el rendimiento técnico, sino también los aspectos económicos y normativos. El objetivo es construir un sistema que pueda funcionar de forma segura y eficiente, incluso en entornos complejos y en constante cambio.

Desde el principio, el equipo de desarrollo se dio cuenta de que disponer de datos de posicionamiento precisos y fiables sería clave para que la automatización funcionara. En un cruce fluvial muy transitado, con muchas embarcaciones, vientos cambiantes y corrientes variables, es absolutamente esencial contar con datos de navegación precisos.

Retos técnicos

La gestión autónoma del transbordador dista mucho de ser sencilla. El Warnowstromer se mueve entre el tráfico marítimo comercial, embarcaciones deportivas, embarcaciones eléctricas de recreo e incluso nadadores. Los sedimentos, la vegetación y las estructuras cercanas pueden limitar el espacio de maniobra del transbordador. Al mismo tiempo, el transbordador funciona con una batería de autonomía limitada, por lo que debe operar de forma eficiente desde el punto de vista energético.

Estas limitaciones operativas implican que los sistemas de navegación y control no solo deben ser precisos, sino también fiables durante largos periodos de funcionamiento. Cualquier inestabilidad o pérdida de información de posicionamiento podría afectar tanto a la seguridad como a la eficiencia.

Para hacer frente a estos retos, el equipo necesitaba:

• Navegación por estima durante un máximo de 5 minutos, lo que permite navegar bajo puentes y en zonas GNSS. IMU de grado táctico a una frecuencia mínima de 100 Hz.
• Brújula GPS con dos antenas flexibles integradas en la IMU.
• Especificaciones del giroscopio: 0,1°/√h, estabilidad de deriva de 2°/h, 60 µg/√Hz y ruido de aceleración de 20 µg.

Estos requisitos implicaban que el equipo necesitaba un sistema de navegación que proporcionara datos precisos en tiempo real y que funcionara de forma fiable en condiciones ambientales cambiantes.

Integración de nuestra solución de navegación en el transbordador autónomo

El equipo nos descubrió a través de una búsqueda en línea y enseguida se dio cuenta de que nuestras soluciones de navegación inercial podían satisfacer sus necesidades. La colaboración comenzó con una solicitud de presupuesto, y trabajamos en estrecha colaboración con ellos para garantizar una integración perfecta. Proporcionamos al equipo Ekinox Micro, nuestroGNSS de grado táctico, para cumplir con sus exigentes requisitos.

Gracias a Ekinox Micro, el equipo pudo pasar de las pruebas iniciales a funciones totalmente automatizadas siguiendo un enfoque estructurado y paso a paso.

En primer lugar, verificaron las operaciones básicas mediante el control con joystick, mientras nuestro sistema proporcionaba datos precisos de posición y orientación. Esta fase inicial permitió al equipo validar la calidad de los datos de navegación y confirmar que estos podrían soportar funciones de automatización más avanzadas en fases posteriores del proyecto.

A continuación, añadieron el control de velocidad y posición utilizando los datos de alta frecuencia del GNSS de doble antena GNSS por Ekinox Micro. Esto les ayudó a ajustar la trayectoria del transbordador y el posicionamiento automático con mayor precisión utilizando mediciones del mundo real.

Integración y pruebas

A lo largo de la integración y las pruebas, la interfaz Fast Ethernet y el protocolo personalizado de nuestro sistema facilitaron la incorporación de datos de navegación en tiempo real a sus algoritmos de control. Ekinox Micro maniobrar con precisión incluso en condiciones ambientales cambiantes, lo que permitió al equipo centrarse en las funciones autónomas sin necesidad de soluciones provisionales.

Los operadores pudieron supervisar el transbordador autónomo con total confianza, disponiendo en todo momento de información de navegación precisa y de alta resolución. La disponibilidad continua de datos permitió al equipo evaluar y mejorar paso a paso funciones autónomas como la planificación de trayectorias y la detección de objetos.

El equipo necesitó muy poca asistencia durante la integración. Fueron capaces de instalar y configurar el sistema en gran medida por sí mismos utilizando nuestros recursos de documentación. Reflexionando sobre esta experiencia fluida, comentaron:
«Vuestra documentación en línea y vuestro portal de asistencia ayudaron al equipo a integrar vuestra solución rápidamente. Cada vez que identificábamos un error, el equipo de asistencia proporcionaba actualizaciones de inmediato para que la implementación siguiera funcionando sin problemas».

Resultados y próximos pasos

Gracias a la integración del sistema de navegación, el equipo dispone ahora de una fuente estable y fiable de datos de posicionamiento y orientación para sus pruebas. Esto les ha permitido evaluar las funciones automatizadas con mayor claridad y ajustar sus algoritmos de control utilizando datos de navegación reales durante las pruebas con el transbordador. Además, proporciona una referencia coherente para comparar diferentes escenarios de prueba y mejorar el comportamiento del sistema con el paso del tiempo.

De cara al futuro, el proyecto seguirá evolucionando. El equipo tiene previsto combinar el sistema de navegación con sensores ópticos para mejorar la forma en que el transbordador autónomo detecta y comprende su entorno. Esto permitirá funciones autónomas más avanzadas y ayudará a los investigadores a estudiar cómo los transbordadores o embarcaciones automatizados pueden operar de forma segura en vías navegables urbanas con mucho tráfico.

Reflexionando sobre el trabajo realizado hasta ahora, el equipo resumió su experiencia de forma sencilla: «El Ekinox Micro el mejor equipo de sensores para impulsar el transporte marítimo autónomo en zonas urbanas».

El proyecto aún está en curso, pero los resultados obtenidos hasta ahora muestran cómo unos datos de navegación fiables pueden respaldar el desarrollo de operaciones de transbordadores automatizados en condiciones reales.