Recherche sur les ferries autonomes dans les voies navigables urbaines réelles

WarnowstromerAI est un projet de recherche mené par l'université de Rostock, qui vise à développer des systèmes d'assistance hautement automatisés pour les ferries fluviaux de passagers. Le projet utilise le Warnowstromer, un ferry qui traverse la rivière Warnow sur un parcours de 500 mètres dans une zone urbaine très fréquentée.

Cet itinéraire est fréquenté par des touristes, des navires commerciaux et des bateaux de plaisance, ce qui en fait un cadre idéal pour tester la navigation autonome des ferries, les opérations écoénergétiques et la reconnaissance avancée de l'environnement. En raison de cette activité constante, le ferry opère dans un environnement dynamique où les conditions de circulation peuvent changer rapidement. Cela rend cet itinéraire particulièrement précieux pour les chercheurs qui souhaitent étudier comment les navires automatisés réagissent à des situations réelles plutôt qu'à des environnements de test contrôlés.

Objectifs du client : mettre en place une navigation autonome fiable

Le projet a démarré avec une mission claire : développer un système de commande et de rétroaction capable de prendre en charge les fonctions d’assistance automatisées sur les ferries fluviaux. L’équipe souhaitait créer une solution pouvant être appliquée au-delà d’un seul navire. Pour y parvenir, elle a pris en compte non seulement les performances techniques, mais aussi les aspects économiques et réglementaires. L'objectif est de construire un système capable de fonctionner de manière sûre et efficace, même dans des environnements complexes et en constante évolution.

Dès le début, l'équipe de développement a compris que des données de positionnement précises et fiables seraient essentielles au bon fonctionnement de l'automatisation. Sur un passage fluvial très fréquenté, avec de nombreux navires, des vents changeants et des courants variables, des données de navigation précises sont absolument indispensables.

Défis techniques

La conduite autonome du ferry est loin d’être simple. Le Warnowstromer évolue au milieu de la navigation commerciale, des bateaux de plaisance, des embarcations électriques de loisirs et même des nageurs. Les sédiments, la végétation et les structures environnantes peuvent limiter les manœuvres du ferry. Parallèlement, le ferry fonctionnant avec une batterie à autonomie limitée, il doit être exploité de manière économe en énergie.

Ces contraintes opérationnelles impliquent que les systèmes de navigation et de contrôle doivent non seulement être précis, mais aussi fiables sur de longues périodes d’exploitation. Toute instabilité ou perte d'informations de positionnement pourrait nuire à la sécurité et à l'efficacité.

Pour relever ces défis, l'équipe avait besoin :

• Navigation à l'estime pendant 5 minutes maximum, permettant de passer sous des ponts et de naviguer dans des zones GNSS. IMU de niveau tactique à une fréquence minimale de 100 Hz.
• Boussole GPS utilisant deux antennes flexibles intégrées à IMU.
• Caractéristiques techniques du gyroscope : 0,1°/√h, stabilité de dérive de 2°/h, bruit de dérive de 60 µg/√Hz et bruit d'accélération de 20 µg.

Ces exigences impliquaient que l'équipe avait besoin d'un système de navigation capable de fournir des données précises en temps réel et de fonctionner de manière fiable dans des conditions environnementales changeantes.

Intégration de notre solution de navigation dans le ferry autonome

L'équipe nous a découverts grâce à une recherche en ligne et a rapidement compris que nos solutions de navigation inertielle pouvaient répondre à ses besoins. Notre collaboration a débuté par une demande de devis, et nous avons travaillé en étroite collaboration avec eux pour garantir une intégration sans heurts. Nous avons fourni à l'équipe Ekinox Micro, notreGNSS de niveau tactique, afin de répondre à leurs exigences élevées.

Grâce à Ekinox Micro, l'équipe a pu passer des tests initiaux à des fonctions entièrement automatisées selon une approche structurée, étape par étape.

Elle a d'abord vérifié les opérations de base à l'aide d'un joystick, tandis que notre système fournissait des données précises de position et d'orientation. Cette phase initiale a permis à l'équipe de valider la qualité des données de navigation et de confirmer qu'elles pourraient prendre en charge des fonctions d'automatisation plus avancées à un stade ultérieur du projet.

Ensuite, elle a ajouté le contrôle de la vitesse et de la position en utilisant les données à haute fréquence provenant du GNSS à double antenne GNSS par Ekinox Micro. Cela lui a permis d'ajuster la trajectoire du ferry et le positionnement automatique avec plus de précision à l'aide de mesures réelles.

Intégration et tests

Tout au long de l'intégration et des essais, l'interface Fast Ethernet et le protocole sur mesure de notre système ont facilité l'intégration de données de navigation en temps réel dans leurs algorithmes de contrôle. Ekinox Micro des manœuvres précises même dans des conditions environnementales changeantes, ce qui a permis à l'équipe de se concentrer sur les fonctions autonomes sans avoir à recourir à des solutions de contournement.

Les opérateurs ont pu superviser le ferry autonome en toute confiance, grâce à des informations de navigation précises et haute résolution disponibles à tout moment. La disponibilité continue des données a permis à l'équipe d'évaluer et d'améliorer étape par étape les fonctions autonomes telles que la planification de trajectoire et la détection d'objets.

L'équipe n'a eu besoin que de très peu d'assistance pendant l'intégration. Elle a pu installer et configurer le système en grande partie par ses propres moyens à l'aide de nos ressources documentaires. Revenant sur cette expérience sans heurts, elle a déclaré :
«Votre documentation en ligne et votre portail d'assistance ont aidé l'équipeàintégrer rapidement votre solution. Chaque fois que nous identifiions un bug, l'équipe d'assistance fournissait rapidement des mises à jour pour assurer le bon déroulement de la mise en œuvre. »

Résultats et prochaines étapes

Grâce à l'intégration du système de navigation, l'équipe dispose désormais d'une source stable et fiable de données de positionnement et d'orientation pour ses essais. Cela lui a permis d'évaluer plus précisément les fonctions automatisées et d'ajuster ses algorithmes de contrôle à l'aide de données de navigation réelles lors des essais du ferry. Ce système offre également une référence cohérente pour comparer différents scénarios d'essai et améliorer le comportement du système au fil du temps.

À l'avenir, le projet continuera d'évoluer. L'équipe prévoit d'associer le système de navigation à des capteurs optiques afin d'améliorer la manière dont le ferry autonome détecte et interprète son environnement. Cela permettra de prendre en charge des fonctions autonomes plus avancées et aidera les chercheurs à étudier comment les ferries ou navires automatisés peuvent opérer en toute sécurité dans les voies navigables urbaines très fréquentées.

En réfléchissant au travail accompli jusqu'à présent, l'équipe a résumé son expérience en quelques mots : « Ekinox Micro le meilleur équipement de capteurs pour faire progresser la navigation autonome en milieu urbain. »

Le projet est toujours en cours, mais les résultats obtenus jusqu'à présent montrent à quel point des données de navigation fiables peuvent soutenir le développement d'opérations de ferries automatisés dans des conditions réelles.