실제 도심 수로에서의 자율주행 페리 연구

WarnowstromerAI는 로스토크 대학교가 주도하는 연구 프로젝트로, 내륙 승객용 자율주행 페리를 위한 고자동화 지원 시스템 개발에 중점을 두고 있습니다. 이 프로젝트는 번잡한 도시 지역의 500미터 경로를 따라 바르노우(Warnow)강을 횡단하는 페리인 Warnowstromer를 사용합니다.

이 도로는 관광객, 상업용 선박, 레저용 선박이 자주 이용하므로 자율주행 페리 항법, 에너지 효율적인 운영, 고급 환경 인식을 테스트하기에 이상적인 환경입니다. 이러한 지속적인 활동으로 인해 페리는 교통 상황이 빠르게 변할 수 있는 역동적인 환경에서 운행됩니다. 이 경로는 연구원들에게 특히 가치가 있습니다. 이들은 통제된 테스트 환경이 아닌 실제 상황에서 자동화된 선박이 어떻게 반응하는지 연구할 수 있습니다.

고객 목표: 안정적인 자율 항법 구현

이 프로젝트는 내륙 페리에서 자동화 지원 기능을 지원할 수 있는 제어 및 피드백 시스템을 개발한다는 명확한 임무를 가지고 시작되었습니다. 팀은 단일 선박을 넘어 적용할 수 있는 솔루션을 만들고자 했습니다. 이를 가능하게 하기 위해 기술적 성능뿐만 아니라 경제적, 규제적 측면도 고려했습니다. 목표는 복잡하고 끊임없이 변화하는 환경에서도 안전하고 효율적으로 작동할 수 있는 시스템을 구축하는 것입니다.

개발 팀은 처음부터 정확하고 신뢰할 수 있는 위치 데이터가 자동화를 작동시키는 핵심이 될 것임을 깨달았습니다. 많은 선박, 변화하는 바람, 교차하는 해류가 있는 번화한 강 횡단에서는 정밀한 항법 데이터가 절대적으로 필수적입니다.

기술적 과제

페리를 자율적으로 운항하는 것은 결코 단순하지 않습니다. Warnowstromer는 상업용 선박, 스포츠 보트, 레저용 전기선, 심지어 수영하는 사람들 사이를 이동합니다. 퇴적물, 식생, 그리고 인근 구조물은 페리가 기동할 수 있는 범위를 제한할 수 있습니다. 동시에 페리는 제한된 배터리로 운행되므로 에너지 효율적인 방식으로 작동해야 합니다.

이러한 운항 제약은 항법 및 제어 시스템이 정확할 뿐만 아니라 오랜 운항 기간 동안 신뢰할 수 있어야 함을 의미합니다. 위치 정보의 불안정성이나 손실은 안전성과 효율성 모두에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 팀은 다음을 요구했습니다.

• 최대 5분간의 추측 항법(Dead reckoning)을 지원하여 교량 아래나 GNSS 음영 지역에서도 항법이 가능합니다. 최소 100Hz의 전술급 IMU 성능을 제공합니다.
• IMU와 통합된 유연한 듀얼 안테나를 사용하는 GPS 콤파스.
• 자이로스코프 사양: 0.1°/√h, 2°/h 바이어스 안정성, 60 µg/√Hz, 및 20 µg 가속도 노이즈.

이러한 요구사항은 팀이 정밀한 실시간 데이터를 제공하고 변화하는 환경 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있는 항법 시스템이 필요하다는 것을 의미했습니다.

자율주행 페리에 당사 항법 솔루션 통합

연구팀은 온라인 검색을 통해 당사를 발견하였고 당사의 관성 항법 솔루션이 자신들의 요구사항을 충족할 수 있음을 빠르게 알아보았습니다. 견적 요청으로 협력이 시작되었으며, 원활한 통합을 위해 긴밀히 협력했습니다. 까다로운 요구사항을 충족하기 위해 당사의 전술급 INS/GNSS 시스템인 Ekinox Micro를 연구팀에 제공했습니다.

연구팀은 Ekinox Micro를 사용하여 체계적인 단계별 접근 방식으로 초기 테스트에서 완전 자동화 기능으로 발전해 나갈 수 있었습니다.

처음에는 당사 시스템이 제공하는 정밀한 위치 및 방향 데이터를 바탕으로 조이스틱 제어를 이용해 기본 작동을 검증했습니다. 이 초기 단계를 통해 연구팀은 항법 데이터의 품질을 검증하고, 프로젝트 후반에 더 고급 자동화 기능을 지원할 수 있음을 확인할 수 있었습니다.

다음으로, Ekinox Micro가 제공하는 듀얼 안테나 GNSS의 고주파 데이터를 사용하여 속도 및 위치 제어를 추가했습니다. 이를 통해 실제 측정값을 바탕으로 페리의 항로와 자동 위치를 더욱 정확하게 조정할 수 있었습니다.

통합 및 테스트

통합 및 테스트 전반에 걸쳐, 저희 시스템의 고속 이더넷 인터페이스와 맞춤형 프로토콜을 통해 실시간 항법 데이터를 제어 알고리즘에 쉽게 공급할 수 있었습니다. Ekinox Micro는 변화하는 환경 조건에서도 정밀한 기동을 가능하게 하여, 팀이 우회로 없이 자율주행 기능에 집중할 수 있도록 지원했습니다.

운영자는 항상 정확하고 고해상도의 항법 정보를 통해 자율주행 페리를 자신 있게 모니터링할 수 있었습니다. 연속적인 데이터 가용성 덕분에 팀은 궤적 계획 및 객체 감지와 같은 자율주행 기능을 단계별로 평가하고 개선할 수 있었습니다.

팀은 통합 과정에서 매우 적은 지원만을 필요로 했습니다. 당사의 문서 리소스를 사용하여 대부분 스스로 시스템을 설치하고 구성할 수 있었습니다. 이 원활한 경험을 떠올리며 그들은 다음과 같이 전했습니다: "온라인 문서와 지원 포털 덕분에 팀이 솔루션을 신속하게 통합할 수 있었습니다. 버그를 발견할 때마다 지원 팀에서 즉시 업데이트를 제공하여 구현이 원활하게 진행될 수 있었습니다."

결과 및 향후 계획

항법 시스템이 통합됨에 따라 팀은 이제 테스트를 위한 안정적이고 신뢰할 수 있는 위치 및 방향 데이터 소스를 확보하게 되었습니다. 이는 페리 시험 운행 중 실제 항법 데이터를 사용하여 자동화된 기능을 더 명확하게 평가하고 제어 알고리즘을 조정하는 데 도움이 되었습니다. 또한 다양한 테스트 시나리오를 비교하고 시간이 지남에 따라 시스템 거동을 개선하기 위한 일관된 기준을 제공합니다.

향후 프로젝트는 계속해서 진화할 것입니다. 팀은 항법 시스템을 광학 센서와 결합하여 자율주행 페리가 주변 환경을 감지하고 이해하는 능력을 향상시킬 계획입니다. 이는 더 진보된 자율주행 기능을 지원하고 연구원들이 자동화된 페리나 선박이 번잡한 도시 수로에서 어떻게 안전하게 운항할 수 있는지 연구하는 데 도움이 될 것입니다.

지금까지의 작업을 돌아보며 팀은 그들의 경험을 간단하게 요약했습니다. "Ekinox Micro는 도시 지역의 자율 운항을 발전시키는 데 있어 최고의 센서 장비입니다."

프로젝트는 아직 진행 중이지만, 지금까지의 결과는 신뢰할 수 있는 항법 데이터가 실제 환경에서 자동화된 페리 운항의 개발을 어떻게 지원할 수 있는지 보여줍니다.