Ricerca sui traghetti autonomi nei corsi d'acqua urbani reali

WarnowstromerAI è un progetto di ricerca guidato dall'Università di Rostock, incentrato sullo sviluppo di sistemi di assistenza altamente automatizzati per i traghetti passeggeri fluviali. Il progetto utilizza il Warnowstromer, un traghetto che attraversa il fiume Warnow lungo un percorso di 500 metri in una zona urbana molto trafficata.

Questo percorso è frequentato da turisti, imbarcazioni commerciali e da diporto, il che lo rende un ambiente ideale per testare la navigazione autonoma dei traghetti, le operazioni ad alta efficienza energetica e il riconoscimento ambientale avanzato. A causa di questa attività costante, il traghetto opera in un ambiente dinamico in cui le condizioni del traffico possono cambiare rapidamente. Ciò rende il percorso particolarmente prezioso per i ricercatori che desiderano studiare come le imbarcazioni automatizzate reagiscono a situazioni reali piuttosto che in ambienti di prova controllati.

Obiettivi del cliente: garantire una navigazione autonoma affidabile

Il progetto è partito con una missione chiara: sviluppare un sistema di controllo e retroazione in grado di supportare funzioni di assistenza automatizzata sui traghetti fluviali. Il team voleva creare una soluzione applicabile non solo a una singola imbarcazione. Per rendere possibile tutto ciò, ha tenuto conto non solo delle prestazioni tecniche, ma anche degli aspetti economici e normativi. L'obiettivo è quello di costruire un sistema in grado di funzionare in modo sicuro ed efficiente, anche in ambienti complessi e in costante evoluzione.

Fin dall'inizio, il team di sviluppo ha capito che dati di posizionamento accurati e affidabili sarebbero stati fondamentali per far funzionare l'automazione. In un tratto fluviale trafficato con molte imbarcazioni, venti mutevoli e correnti variabili, dati di navigazione precisi sono assolutamente essenziali.

Sfide tecniche

Gestire il traghetto in modo autonomo è tutt'altro che semplice. Il Warnowstromer si muove tra imbarcazioni commerciali, barche da diporto, imbarcazioni elettriche da diporto e persino nuotatori. Sedimenti, vegetazione e strutture vicine possono limitare i margini di manovra del traghetto. Allo stesso tempo, il traghetto funziona con una batteria a autonomia limitata, quindi deve operare in modo efficiente dal punto di vista energetico.

Questi vincoli operativi implicano che i sistemi di navigazione e controllo non solo debbano essere precisi, ma anche affidabili per lunghi periodi di funzionamento. Qualsiasi instabilità o perdita di informazioni di posizionamento potrebbe compromettere sia la sicurezza che l'efficienza.

Per affrontare queste sfide, il team aveva bisogno di:

• Navigazione a stima per un massimo di 5 minuti, consentendo il passaggio sotto i ponti e la navigazione in aree GNSS. IMU di livello tattico con una frequenza minima di 100 Hz.
• Bussola GPS con doppia antenna flessibile integrata nell IMU.
• Specifiche del giroscopio: 0,1°/√h, stabilità di bias di 2°/h, 60 µg/√Hz e rumore di accelerazione di 20 µg.

Questi requisiti hanno reso necessario per il team disporre di un sistema di navigazione in grado di fornire dati precisi e in tempo reale e di funzionare in modo affidabile in condizioni ambientali mutevoli.

Integrazione della nostra soluzione di navigazione nel traghetto autonomo

Il team ci ha scoperti tramite una ricerca online e ha subito intuito che le nostre soluzioni di navigazione inerziale potevano soddisfare le loro esigenze. La collaborazione è iniziata con una richiesta di preventivo e abbiamo lavorato a stretto contatto con loro per garantire un'integrazione perfetta. Abbiamo fornito al team Ekinox Micro,GNSS nostroGNSS di livello tattico, per soddisfare i loro requisiti esigenti.

Grazie a Ekinox Micro, il team ha potuto passare dai test iniziali a funzioni completamente automatizzate con un approccio strutturato e graduale.

In primo luogo hanno verificato le operazioni di base utilizzando il controllo tramite joystick, mentre il nostro sistema forniva dati precisi di posizione e orientamento. Questa fase iniziale ha permesso al team di convalidare la qualità dei dati di navigazione e di confermare che questi potessero supportare funzioni di automazione più avanzate nelle fasi successive del progetto.

Successivamente, hanno aggiunto il controllo della velocità e della posizione utilizzando i dati ad alta frequenza provenienti dal GNSS a doppia antenna GNSS da Ekinox Micro. Ciò li ha aiutati a regolare la rotta del traghetto e il posizionamento automatico in modo più accurato utilizzando misurazioni reali.

Integrazione e collaudo

Durante l’integrazione e i test, l’interfaccia Fast Ethernet e il protocollo personalizzato del nostro sistema hanno facilitato l’invio di dati di navigazione in tempo reale agli algoritmi di controllo. Ekinox Micro manovre precise anche in condizioni ambientali mutevoli, permettendo al team di concentrarsi sulle funzioni autonome senza dover ricorrere a soluzioni alternative.

Gli operatori hanno potuto supervisionare il traghetto autonomo in tutta sicurezza, disponendo in ogni momento di informazioni di navigazione accurate e ad alta risoluzione. La disponibilità continua dei dati ha permesso al team di valutare e migliorare passo dopo passo le funzioni autonome come la pianificazione della traiettoria e il rilevamento degli oggetti.

Il team ha richiesto pochissimo supporto durante l’integrazione. È stato in grado di installare e configurare il sistema in gran parte da solo utilizzando le nostre risorse di documentazione. Riflettendo su questa esperienza fluida, ha dichiarato:
“La vostra documentazione online e il portale di supporto hanno aiutato il team a integrare rapidamente la vostra soluzione. Ogni volta che individuavamo un bug, il team di supporto forniva aggiornamenti tempestivi per garantire che l’implementazione procedesse senza intoppi.”

Risultati e prossimi passi

Grazie all’integrazione del sistema di navigazione, il team dispone ora di una fonte stabile e affidabile di dati di posizionamento e orientamento per i propri test. Ciò ha consentito loro di valutare con maggiore chiarezza le funzioni automatizzate e di mettere a punto gli algoritmi di controllo utilizzando dati di navigazione reali durante le prove sul traghetto. Inoltre, fornisce un riferimento coerente per confrontare diversi scenari di test e migliorare il comportamento del sistema nel tempo.

Guardando al futuro, il progetto continuerà ad evolversi. Il team intende combinare il sistema di navigazione con sensori ottici per migliorare il modo in cui il traghetto autonomo rileva e interpreta l’ambiente circostante. Ciò supporterà funzioni autonome più avanzate e aiuterà i ricercatori a studiare come i traghetti o le imbarcazioni automatizzate possano operare in sicurezza nei trafficati corsi d'acqua urbani.

Riflettendo sul lavoro svolto finora, il team ha sintetizzato la propria esperienza in modo semplice: Ekinox Micro la migliore attrezzatura di sensori per far progredire la navigazione autonoma nelle aree urbane.”

Il progetto è ancora in corso, ma i risultati finora dimostrano come dati di navigazione affidabili possano supportare lo sviluppo delle operazioni dei traghetti automatizzati in condizioni reali.