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：

• 支持长达5分钟的推算导航，可在桥下及GNSS区域进行导航。IMU ，采样率不低于100 Hz。
• 采用集成于惯性测量单元（IMU中的柔性双天线的GPS罗盘。
• 该陀螺仪的规格参数为：0.1°/√h，2°/h的偏移稳定性，60 µg/√Hz，以及20 µg的加速度噪声。

这些要求意味着团队需要一套能够提供精准、实时数据，并在不断变化的环境条件下仍能可靠运行的导航系统。

将我们的导航解决方案集成到自动驾驶渡轮中

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到他们的控制算法中变得非常容易。Ekinox Micro 即使在环境条件不断变化的情况下Micro 精确的操控，使团队能够专注于自主功能，而无需采取变通措施。

操作员可以随时获得准确、高分辨率的导航信息，从而自信地监督这艘自主渡轮。 持续的数据可用性使团队能够逐步评估和改进轨迹规划及物体检测等自主功能。

在集成过程中，团队几乎不需要额外支持。他们主要依靠我们的文档资源，便能独立完成系统的安装和配置。回顾这一顺畅的体验，他们表示：“你们的在线文档和支持门户帮助团队快速集成了该解决方案。每当我们发现一个错误，支持团队都会及时提供更新，确保实施过程顺利进行。”

结果与后续步骤

随着导航系统的集成，团队现在拥有了一个稳定可靠的定位和姿态数据源，用于支持其测试工作。这有助于他们在渡轮试航期间，利用真实的导航数据更清晰地评估自动化功能，并调整控制算法。此外，它还为比较不同的测试场景以及随着时间的推移改进系统行为提供了统一的参考标准。

展望未来，该项目将持续发展。团队计划将导航系统与光学传感器相结合，以提升自动驾驶渡轮对周围环境的感知和理解能力。 这将支持更先进的自动驾驶功能，并帮助研究人员探索自动渡轮或船舶如何在繁忙的城市水道中安全运行。

回顾迄今为止的工作，团队将他们的经验简要总结为：Micro 推动城市地区自动航运发展的最佳传感器设备。”

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在真实环境中支持自动渡轮运营的发展。