Contribuciones prácticas al desarrollo de la navegación autónoma

Escenario de cruce para pruebas modelo de cuenca para investigar el algoritmo de maniobra de evadir autónomo. (Imagen: MARIN)

(Imagen: MARIN)

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Una gran cantidad de debate y especulación rodea navegación autónoma. Si bien MARIN no pretende saber todas las respuestas, está tomando medidas prácticas para ayudar en su desarrollo.

La introducción de una mayor autonomía en el envío primero tiene como objetivo facilitar estándares de seguridad mucho más altos, pero al mismo tiempo, una reducción en la dotación. MARIN se está enfocando en tres áreas principales en relación con la navegación autónoma. Creemos que es importante estudiar el barco en relación con el control del tráfico, para entender los problemas de seguridad náutica y la definición de nuevas funciones de personal, incluidas aquellas en tierra.

Además, en un esfuerzo por seguir investigando la navegación autónoma, MARIN, junto con la industria marítima holandesa, ya ha comenzado un nuevo Proyecto de Industria Conjunta. Dentro de 'Autonomous Sailing' veremos juntos la tecnología disponible requerida. Aquí resumimos los diversos roles de control y modelado de embarcaciones en el desarrollo de la navegación autónoma.

Controlar
Sin rumbo, control de posición y seguimiento, no serían posibles las pruebas del modelo de maniobra y mantenimiento marítimo. Las conclusiones y predicciones sobre el rendimiento de todo el sistema inevitablemente incluyen el rendimiento del sistema controlado. El mejor control posible es por lo tanto esencial para MARIN. El rendimiento del sistema de control no debe dominar el resultado de las simulaciones y las pruebas de modelo, a menos que se suponga que así sea. Se usa un sistema de control para mantener un buque en posición, o en la pista en condiciones variables, y debe hacer un uso óptimo de todos sus recursos disponibles, tales como la potencia del generador instalada, las características del propulsor y otros. Si esto no se hace correctamente, dará como resultado un diseño del buque con una capacidad operativa (mucho) inferior a la prevista.

Hay una jerarquía paralela entre la autonomía y el control. El control es una base inevitable para los niveles más altos de autonomía: sin control, sin autonomía. El nivel más bajo de autonomía corresponde al control manual de un operador humano. Un sistema que cumpla con el nivel de autonomía más alto hará su propio plan, tomará sus propias decisiones y lo ejecutará utilizando sus sistemas de control.

Al realizar simulaciones de atraque para estudiar la seguridad de las aproximaciones portuarias, el modelo de simulación debe incluir un algoritmo de decisión que asigne y controle realistamente los remolcadores portuarios que asisten al buque cuando ingresa al puerto y atraca a lo largo del muelle. Desafíos similares se aplican cuando se simula tráfico marítimo cuando se evalúan diseños de esquemas de separación de tráfico. Estos deberían incorporar algún tipo de modelo de "operador en el ciclo" para poder incluir la planificación de la misión a largo plazo y evitar situaciones de colisión de alto riesgo.

Modelos
Los modelos de simulación de tiempo de MARIN se usarán para predecir situaciones peligrosas con mucha anticipación. Esto le da al operador, ya sea a bordo o en tierra, la oportunidad de evaluar la situación con tiempo suficiente y le proporciona soluciones alternativas. Cuanto mejor estos modelos de simulación reflejen el comportamiento real de los buques y cuanto mejor incorporen las condiciones ambientales reales, mejor será el operador para identificar situaciones de riesgo y seleccionar el escenario de menor riesgo para la ejecución.

Problemas de seguridad náutica
Además del modelado adecuado de las capacidades de maniobra y predicción de ruta / seguimiento, los algoritmos de "detección y evitación" también requieren conocimiento sobre soluciones de conflicto de tráfico. Este último tendrá que lidiar con múltiples buques y otros escenarios complejos. Las soluciones de conflicto de estos escenarios deberán tener en cuenta varias perspectivas. Deben obedecer las regulaciones de colisión (COLREGS), las reglamentaciones locales y las limitaciones físicas puras impuestas por el medio ambiente a las capacidades de los buques.

Además, la buena marinería y la previsibilidad son otros factores muy importantes. Estos reflejan las muchas "reglas no escritas" sobre situaciones de tráfico que a menudo solo se confirman por contacto directo a través de la VHF. Las reglas no escritas se refieren, por ejemplo, a las distancias mantenidas durante los encuentros a corta distancia y / o al comportamiento más estratégico, a largo plazo, "bien claro". Ambas soluciones de tráfico (conflicto) tienen sus propios parámetros de seguridad y economía.

Nuevas funciones de dotación
Cada nivel de autonomía presentará sus propios desafíos relacionados con la interacción con las representaciones de datos náuticos, como la planificación de rutas, la evaluación del clima y el estado del barco. Tanto las partes a bordo como a bordo de estas representaciones requerirán nuevas capacidades de equipo y nuevas competencias de operador. Una vez más, los modelos de detección y evitación se utilizan para generar las representaciones de conciencia situacional críticas y de seguridad apropiadas, apuntando (bien en) el tiempo y el espacio a situaciones de tráfico emergentes y potencialmente conflictivas o incluso violatorias.

La eliminación completa de la tripulación del barco requerirá una autonomía total para todas las funciones a bordo, incluido el mantenimiento y la reparación. Exigirá sistemas más simples y la redundancia de sistemas críticos. El "Barco totalmente eléctrico" será una solución de diseño muy atractiva para barcos autónomos. Además, un barco totalmente eléctrico tiene la ventaja de reducir drásticamente las emisiones siempre que se utilice energía renovable para cargar sus baterías. Aquí hemos esbozado algunos de los primeros pasos prácticos que se están tomando. Como se mencionó, el Proyecto de la Industria de la Unión de Vela Autónoma ya está en marcha. Además, un programa de prueba modelo investigará el estado / capacidades presentes de nuestros algoritmos de maniobra de evadir autónomos ('cruzando' y 'pasando').


(Según se publicó en la edición de marzo de 2018 de Maritime Reporter & Engineering News )