実環境における都市水路での自律型フェリーの研究

WarnowstromerAIは、ロストック大学が主導する研究プロジェクトであり、内陸旅客フェリー向けの高度に自動化された支援システムの開発に焦点を当てています。このプロジェクトでは、繁華な市街地を流れるヴァルノウ川を500メートルの航路で往復するフェリー「Warnowstromer」を使用しています。

この航路は観光客、商用船、レジャー用船舶が頻繁に行き交うため、フェリーの自律航行、エネルギー効率の高い運航、高度な環境認識技術を試験する上で理想的な環境となっています。こうした絶え間ない活動により、フェリーは交通状況が急速に変化しうる動的な環境下で運航されています。このため、制御された試験環境ではなく、実環境下で自動船舶がどのように反応するかを研究したい研究者にとって、この航路は特に貴重な場となっています。

顧客の目標：信頼性の高い自律航行の実現

このプロジェクトは、「内陸フェリーの自動支援機能を支える制御・フィードバックシステムを開発する」という明確な使命のもとで始まりました。チームは、単一の船舶にとどまらず、より広範な用途に応用可能なソリューションの構築を目指しました。これを実現するため、技術的な性能だけでなく、経済的・規制的な側面も考慮しました。 その目的は、複雑で絶えず変化する環境下においても、安全かつ効率的に稼働できるシステムを構築することにあります。

開発チームは当初から、自動化を実現するには正確かつ信頼性の高い位置情報が鍵となることを認識していました。多くの船舶が行き交い、風向きや潮流が刻々と変化する混雑した河川航路においては、正確な航行データが不可欠です。

技術的な課題

フェリーの自律運航は決して簡単なことではありません。「ヴァルノウストロマー」号は、商船、スポーツボート、レジャー用電動船、さらには水泳客の間を縫って航行します。堆積物、水生植物、周辺の構造物などが、フェリーの航行可能な範囲を制限する要因となります。同時に、フェリーは限られたバッテリーで稼働するため、エネルギー効率に配慮した運航が求められます。

こうした運用上の制約により、航行・制御システムは正確であるだけでなく、長期間にわたって信頼性を維持しなければなりません。 位置情報の不安定さや喪失は、安全性と効率性の両方に影響を及ぼす可能性があります。

これらの課題に対処するため、チームには以下の要件が求められました：

• 最大5分間の推定航法が可能で、橋の下やGNSSエリアでの航行を可能にします。最低100Hzの戦術級IMU 備えています。
• IMUと統合されたフレキシブルなデュアルアンテナを採用したGPSコンパス。
• ジャイロスコープの仕様：0.1°/√h、バイアス安定度2°/h、60 µg/√Hz、加速度ノイズ20 µg。

こうした要件から、チームには、正確なリアルタイムデータを提供し、変化する環境条件下でも確実に機能するナビゲーションシステムが必要とされた。

当社のナビゲーションソリューションを自律型フェリーに統合する

同チームはオンライン検索を通じて当社を見つけ、当社の慣性航法ソリューションが彼らのニーズを満たすものであるとすぐに認識しました。見積依頼をきっかけに協業が始まり、シームレスな統合を実現するため、私たちは彼らと緊密に連携しました。厳しい要件を満たすため、当社はGNSS 「Ekinox Micro」を同チームに提供しました。

Micro、同チームは体系的な段階的なアプローチにより、初期テストから完全自動化機能へと移行することができました。

まず、当社のシステムが正確な位置および姿勢データを提供する中、ジョイスティック制御を用いて基本操作の検証を行いました。この初期段階により、チームはナビゲーションデータの品質を検証し、プロジェクトの後半でより高度な自動化機能をサポートできることを確認することができました。

次に、Micro GNSS 高頻度データを用いて、速度および位置制御を追加しました。これにより、実測データを用いてフェリーの航路や自動位置決めをより正確に調整することが可能になりました。

統合とテスト

統合およびテストの全過程において、当社のシステムのファストイーサネットインターフェースとカスタマイズされたプロトコルにより、リアルタイムの航行データを彼らの制御アルゴリズムに容易に供給することができました。Ekinox Micro 、変化する環境条件下でも正確な操船をMicro 、チームは回避策を講じる必要なく自律機能の開発に集中することができました。

オペレーターは、常に正確で高解像度の航行情報を手にすることで、自律フェリーを安心して監視することができました。 データが継続的に利用可能であったため、チームは軌道計画や物体検知といった自律機能を段階的に評価・改善することができました。

統合作業中、チームが必要としたサポートはごくわずかでした。彼らは当社のドキュメントリソースを活用し、システムのインストールと設定をほぼ自力で完了させることができました。このスムーズな体験を振り返り、彼らは次のように語っています：
「御社のオンラインドキュメントとサポートポータルのおかげで、チームは御社のソリューションを迅速に統合することができました。バグが見つかるたびに、サポートチームが迅速に更新を提供してくれたおかげで、実装作業は円滑に進みました。」

結果と今後の取り組み

ナビゲーションシステムが統合されたことで、チームは試験用に安定かつ信頼性の高い位置・姿勢データのソースを確保できた。これにより、フェリーの試験運航中に実際の航行データを用いて自動運転機能をより明確に評価し、制御アルゴリズムを調整することが可能になった。また、異なる試験シナリオを比較し、長期的にシステムの挙動を改善するための一貫した基準も提供される。

今後、このプロジェクトはさらに進化していく。チームは、ナビゲーションシステムと光学センサーを組み合わせ、自律型フェリーが周囲を検知・認識する能力を向上させる計画だ。 これにより、より高度な自律機能が実現され、研究者が混雑した都市水路において自動フェリーや船舶がどのように安全に運航できるかを研究する一助となるでしょう。

これまでの取り組みを振り返り、チームはその経験を次のように簡潔にまとめました。「Micro 、都市部における自律航行を推進するための最高のMicro 。」

プロジェクトは現在も進行中ですが、これまでの成果は、信頼性の高い航行データが、実環境下での自動フェリー運航の開発をいかに支えるかを示しています。