Дослідження автономних поромів на реальних міських водних шляхах

WarnowstromerAI — це дослідницький проєкт під керівництвом Ростокського університету, спрямований на розробку високоавтоматизованих систем допомоги для внутрішніх пасажирських поромів. У рамках проєкту використовується пором «Warnowstromer», який курсує по річці Варнов на 500-метровому маршруті в жвавому міському районі.

Цим маршрутом часто користуються туристи, комерційні судна та прогулянкові човни, що робить його ідеальним місцем для випробування автономної навігації порома, енергоефективної експлуатації та вдосконалених систем розпізнавання навколишнього середовища. Через постійну активність пором працює в динамічному середовищі, де дорожні умови можуть швидко змінюватися. Це робить маршрут особливо цінним для дослідників, які хочуть вивчити, як автоматизовані судна реагують на реальні ситуації, а не на контрольовані тестові умови.

Цілі замовника: Забезпечення надійної автономної навігації

Проєкт розпочався з чіткої мети: розробити систему управління та зворотного зв’язку, здатну підтримувати функції автоматизованої допомоги на внутрішніх поромах. Команда прагнула створити рішення, яке можна було б застосовувати не лише на одному судні. Щоб це стало можливим, вони враховували не лише технічні характеристики, а й економічні та нормативні аспекти. Метою є створення системи, яка може працювати безпечно та ефективно навіть у складних і постійно мінливих умовах.

З самого початку команда розробників усвідомила, що точні та надійні дані про місцезнаходження будуть ключовими для забезпечення роботи автоматизації. На жвавому річковому переході з великою кількістю суден, мінливими вітрами та змінними течіями точні навігаційні дані є абсолютно необхідними.

Технічні проблеми

Автономне керування поромом — завдання далеко не просте. «Варновштромер» рухається серед суден комерційного флоту, спортивних човнів, електричних суден для відпочинку та навіть плавців. Наноси, рослинність і прилеглі споруди можуть обмежувати простір для маневрування порома. Водночас пором працює від акумулятора з обмеженим запасом енергії, тому він має експлуатуватися з максимальною енергоефективністю.

Ці експлуатаційні обмеження означають, що системи навігації та керування мають бути не лише точними, а й надійними протягом тривалого періоду експлуатації. Будь-яка нестабільність або втрата інформації про місцезнаходження може вплинути як на безпеку, так і на ефективність.

Щоб вирішити ці завдання, команді було потрібно:

• Навігація за розрахунковими даними протягом до 5 хвилин, що дозволяє рухатися під мостами та вdenied . IMU тактичного класу з частотою оновлення не менше 100 Гц.
• GPS-компас із гнучкими подвійними антенами, інтегрованими в інерційний IMU блок IMU.
• Технічні характеристики гіроскопа: 0,1°/√h, стабільність зміщення 2°/h, 60 мкг/√Гц та шум прискорення 20 мкг.

Ці вимоги означали, що команді була потрібна навігаційна система, яка забезпечує точні дані в режимі реального часу та здатна надійно працювати в мінливих умовах навколишнього середовища.

Інтеграція нашого навігаційного рішення в автономний пором

Команда знайшла нас через пошук в Інтернеті й швидко зрозуміла, що наші рішення в галузі інерційної навігації можуть задовольнити її потреби. Співпраця розпочалася із запиту на пропозицію, і ми тісно співпрацювали з ними, щоб забезпечити безперебійну інтеграцію. Ми надали команді Ekinox Micro, нашуGNSS тактичного класу, щоб задовольнити їхні високі вимоги.

Завдяки Ekinox Micro команда змогла перейти від початкових випробувань до повністю автоматизованих функцій, дотримуючись структурованого, поетапного підходу.

Спочатку вони перевірили основні операції за допомогою джойстика, тоді як наша система надавала точні дані про положення та орієнтацію. Ця початкова фаза дозволила команді перевірити якість навігаційних даних та підтвердити, що вони зможуть підтримувати більш просунуті функції автоматизації на пізніших етапах проекту.

Далі вони додали контроль швидкості та положення, використовуючи високочастотні дані з подвійної антени GNSS Ekinox Micro. Це допомогло їм точніше коригувати курс порома та автоматичне позиціонування, використовуючи реальні вимірювання.

Інтеграція та тестування

Протягом усього процесу інтеграції та тестування інтерфейс Fast Ethernet нашої системи та спеціально розроблений протокол спростили передачу навігаційних даних у режимі реального часу до їхніх алгоритмів керування. Ekinox Micro точне маневрування навіть за мінливих умов навколишнього середовища, що дозволило команді зосередитися на автономних функціях без необхідності застосовувати обхідні рішення.

Оператори могли впевнено контролювати роботу автономного порома, маючи у своєму розпорядженні точну навігаційну інформацію з високою роздільною здатністю у будь-який момент. Постійна доступність даних дозволила команді поетапно оцінювати та вдосконалювати автономні функції, такі як планування траєкторії та виявлення об’єктів.

Під час інтеграції команда потребувала мінімальної підтримки. Вони змогли встановити та налаштувати систему здебільшого самостійно, використовуючи наші документаційні ресурси. Згадуючи цей безпроблемний досвід, вони поділилися:
«Ваша онлайн-документація та портал підтримки допомогли команді швидко інтегрувати ваше рішення. Щоразу, коли ми виявляли помилку, команда підтримки оперативно надавала оновлення, щоб забезпечити безперебійну роботу системи».

Результати та подальші кроки

Завдяки інтеграції навігаційної системи команда тепер має стабільне та надійне джерело даних про місцезнаходження та орієнтацію для своїх випробувань. Це допомогло їм чіткіше оцінити автоматизовані функції та налагодити алгоритми керування з використанням реальних навігаційних даних під час випробувань порома. Крім того, це забезпечує єдину базу для порівняння різних сценаріїв випробувань та вдосконалення роботи системи з часом.

У майбутньому проект продовжуватиме розвиватися. Команда планує поєднати навігаційну систему з оптичними датчиками, щоб поліпшити здатність автономного порома виявляти та розуміти навколишнє середовище. Це забезпечить підтримку більш просунутих автономних функцій та допоможе дослідникам вивчити, як автоматизовані пороми чи судна можуть безпечно працювати на жвавих міських водних шляхах.

Підбиваючи підсумки роботи на сьогодні, команда коротко підсумувала свій досвід: Ekinox Micro найкраще сенсорне обладнання для розвитку автономного судноплавства в міських районах».

Проєкт ще триває, але отримані на сьогодні результати показують, як надійні навігаційні дані можуть сприяти розвитку автоматизованої роботи поромів у реальних умовах.