在真实城市水道中的自动驾驶渡轮研究

WarnowstromerAI 是一个由罗斯托克大学牵头的研究项目，致力于开发用于内河客运自主渡轮的高度自动化辅助系统。该项目使用渡轮 Warnowstromer，横渡瓦尔诺河，航线长 500 米，位于繁忙的市区。

这条航线常有游客、商船和休闲船只往来，使其成为测试自主渡轮导航、节能运行和先进环境识别的理想场所。由于这种持续的活动，该渡轮在一个交通状况可能迅速变化的动态环境中运行。这条航线对研究人员来说尤其宝贵。他们可以研究自动化船只如何应对真实世界的情况，而不是受控的测试环境。

客户目标：实现可靠的自主导航

该项目始于一个明确的使命：开发一个能够支持内河渡轮自动化辅助功能的控制与反馈系统。团队希望创建一个可应用于多艘船只的解决方案。为此，他们不仅考虑了技术性能，还考虑了经济和法规方面。目标是构建一个即使在复杂多变的环境中也能安全高效运行的系统。

从一开始，开发团队就意识到，准确可靠的定位数据是实现自动化工作的关键。在船只繁忙、风向多变、水流不定的内河渡口，精确的导航数据绝对至关重要。

技术挑战

自动驾驶渡轮远非易事。Warnowstromer 在商用船只、运动艇、休闲电动船甚至游泳者之间穿梭。泥沙、植被和附近结构会限制渡轮的机动范围。同时，渡轮依靠有限的电池运行，因此需要以节能方式运行。

这些运行限制意味着导航和控制系统不仅要精确，而且在长时间运行中也必须可靠。任何不稳定性或定位信息丢失都可能影响安全和效率。

为应对这些挑战，团队需要：

• 推算定位可持续长达 5 分钟，允许在桥梁下方和无 GNSS 区域进行导航。战术级 IMU 性能至少达到 100 Hz。
• 采用柔性双天线并与 IMU 集成的 GPS 罗经。
• 陀螺仪规格：0.1°/√h、2°/h 零偏稳定性、60 µg/√Hz 以及 20 µg 加速度噪声。

这些要求意味着团队需要一个能够提供精确的实时数据并在多变的环境条件下可靠工作的导航系统。

将我们的导航解决方案集成到自动渡轮中

该团队通过在线搜索发现了我们，并迅速认识到我们的 惯性导航解决方案 可以满足他们的需求。合作始于一份报价请求，我们与他们密切合作，以确保无缝集成。我们为团队提供了 Ekinox Micro，我们的战术级 INS/GNSS 系统，以满足他们严苛的要求。

借助 Ekinox Micro，团队能够采用结构化、循序渐进的方法，从初步测试过渡到全自动化功能。

他们首先使用操纵杆控制验证了基本操作，同时我们的系统提供了精确的位置和姿态数据。这一初始阶段使团队能够验证导航数据的质量，并确认其能够支持项目后期更高级的自动化功能。

接下来，他们利用 Ekinox Micro 提供的双天线 GNSS 的高频数据增加了速度和位置控制。这帮助他们利用实际测量数据更精确地调整渡轮的航迹和自动定位。

集成与测试

在整个集成和测试过程中，我们系统的快速以太网接口和定制协议使得将实时导航数据输入其控制算法变得轻而易举。即使在多变的环境条件下，Ekinox Micro 也能实现精确操纵，使团队能够专注于自主功能，而无需权宜之计。

操作员可以自信地监督自动渡轮，并随时获得准确、高分辨率的导航信息。连续的数据可用性使团队能够逐步评估和改进轨迹规划和目标检测等自主功能。

该团队在集成过程中需要的支持非常少。他们主要依靠我们的文档资源自行安装和配置了该系统。回顾这段顺利的经历，他们分享道：“你们的在线文档和支持门户帮助团队快速集成了你们的解决方案。每当发现错误时，支持团队都会及时提供更新，以确保实施顺利进行。”

结果与下一步计划

集成导航系统后，团队现在为其测试提供了稳定可靠的位置和姿态数据来源。这有助于他们更清晰地评估自动化功能，并在渡轮试运行期间使用真实的导航数据调整控制算法。它还为比较不同测试场景和随时间推移改善系统行为提供了持续的参考。

展望未来，该项目将继续发展。团队计划将导航系统与光学传感器相结合，以改善自动渡轮检测和理解周围环境的方式。这将支持更高级的自动化功能，并帮助研究人员研究自动渡轮或船只如何在繁忙的城市水道中安全运行。

回顾目前的工作，团队用简单的话总结了他们的经验：“Ekinox Micro 是推进城市地区无人驾驶航运的最佳传感器设备。”
该项目仍在进行中，但迄今为止的结果表明，可靠的导航数据如何支持现实条件下的自动化渡轮运营开发。