Беспилотные транспортные средства: 25 лет вех

Запускается AUV Hugin (любезно предоставлено Kongsberg)

QinetiQ в Северной Америке SEAScout Mk2 UUV на ANTX 2018 (предоставлено QinetiQ North America)

UUV Riptide используют открытые архитектуры для обеспечения пользователей (Courtesy Riptide)

Ранний прототип ASV (Courtesy J. Manley)

Previous Next

В начале 2019 года сообщество океанических технологий отмечает 50-летний юбилей Oceanology International, всемирного собрания и демонстрации инструментов и технологий, используемых в морской промышленности, науке и обороне. В этом ретроспективном духе информативно взглянуть на историю сообщества беспилотных морских транспортных средств (UMV). Несмотря на то, что в этой области имеются записи о событиях еще в 1957 году, современная эра уходит корнями в начало 1990-х годов. Одним из ключевых источников технологических разработок стала лаборатория автономного подводного корабля (AUV) MIT Sea Grant, которая породила множество транспортных средств, выпустила лидера в отрасли и подготовила многих инженеров, которые теперь работают в разных уголках мира.

Развитие AUV, иногда известных как UUV, и автономных наземных транспортных средств (ASV), иногда известных и USV, иллюстрирует как технические, так и коммерческие влияния. По мере развития технологий приложения и влияние на бизнес также росли.

AUVs Тогда
В начале 1990-х годов MIT AUV Lab работал с серией автомобилей, известной как Odyssey Class. Они были примерно 21 дюймов в диаметре и около 2 метров в длину. Они были разработаны для погружения на глубину до 6000 метров, но были относительно доступными и простыми в развертывании. Эти машины поддерживали множество научных миссий, включая подводные работы в Арктике и океанографию в Антарктике. Ключевая программа, поддерживаемая этими транспортными средствами, спонсируемая Управлением военно-морских исследований (ONR), была известна как Автономная сеть отбора проб в океане. Это новаторские конструкции для стыковки АНПА. Эксперименты по картированию морского дна и охоте на шахты также проводились в течение первых десяти лет работы лаборатории AUV. В 1997 году была основана компания Bluefin Robotics для передачи этих идей в промышленность, которая стала первым из многих коммерческих производителей AUV.
Технологические разработки Odyssey затронули все области. Основные разработки в области управления беспилотными транспортными средствами вдохновили сегодняшние сообщества разработчиков программного обеспечения. В частности, в начале 2000-х годов в MIT AUV Lab был запущен Миссионерский операционный пакет (MOOS). Другими техническими разработками были эксперименты с ранними акустическими модемами и доплеровскими журналами скорости (DVL). Системы полезной нагрузки также были интегрированы и оценены. Ранние цифровые гидролокаторы бокового обзора были важным шагом на пути к современным съемочным AUV. Первая интеграция профилировщика под днищем в AUV была также завершена лабораторией MIT AUV в течение первого десятилетия.

AUV Odyssey, оснащенный ранним профилировщиком под днищем (Courtesy J. Manley) AUVs Today

AUVs бывают разных форм и размеров. Технологии, которые были недоступны 25 лет назад, являются обычным явлением. Автомобиль Hugin сегодня является одним из ведущих коммерческих автомобилей. Он иллюстрирует все сообщество, предлагая комплексный набор датчиков полезной нагрузки, включая гидролокатор бокового обзора, профилировщик под днищем, многолучевые эхолоты, магнитометры и камеры. Новые полезные нагрузки, продемонстрированные на Hugin, включают сонар с синтезированной апертурой и лазерные сканеры. Навигационное решение для AUV Hugin использует необработанные выходные данные встроенного блока инерциальных измерений (IMU) в сочетании с другими доступными датчиками на месте, обрабатываемыми в режиме реального времени с использованием фильтра Калмана. Все это значительные улучшения по сравнению с первыми автомобилями Odyssey, которые имели немного больше, чем датчик температуры и подсчитывали обороты винта для целей подводного позиционирования.

Коммерчески Хугин и его конкуренты обслуживают многочисленные рынки. Военные покупатели используют AUV для шахтной охоты и физической океанографии. Наука пользователи ищут кораблекрушения и гидротермальные жерла. Но самый яркий коммерческий сектор для AUVs находится в оффшорной энергетике. И нефть, и газ, и возобновляемые источники энергии, такие как ветер с берега, используют AUV для многих различных типов задач, от определения характеристик участка и инспекции до инспекции трубопровода. Морская гидрография и трехмерная псевдосейсмика, а также археологические исследования также являются распространенными коммерческими применениями. Сегодня опрос AUV не только принят, но и ожидается, во многих морских приложениях.

Ввиду того, что исследовательские AUV становятся обычным явлением, новая граница для AUV включает в себя новые концепции, реализованные с помощью современной электроники, дизайна и производственных технологий. В QinetiQ North America SEAScout мы видим компактный и простой подход. Gavia от Teleynde предлагает модульность для полезной нагрузки и системных компонентов, а семейство Riptide UUV использует подходы с открытым исходным кодом, чтобы быть особенно удобными для пользователя.

SEAScout QinetiQ для Северной Америки - это легкий, очень маленький UUV размера A с реконфигурируемым объемом полезной нагрузки, который позволяет ему выполнять несколько морских задач, таких как приманка, шлюз, нейтрализатор, сбор данных, разведка, наблюдение и разведка. SEAScout последнего поколения предлагает повышенную выносливость, коммуникацию и точность навигации, а также новые полезные нагрузки. Эта работа основана на успешной интеграции акустической полезной нагрузки, продемонстрированной на ANTX 2018. Этот новый компактный UUV предназначен для легкого и легкого использования моряками ВМС США без специальной подготовки, что упрощает работу в реальных миссиях.

Gavia Teledyne использует уникальную механическую / электрическую конструкцию, которая позволяет разбирать автомобиль на более мелкие компоненты. Это позволяет легко развернуть транспортное средство с номиналом 1000 метров по всему миру. Это также дает возможность пользователям транспортного средства расширять свои будущие операции с помощью новых модулей полезной нагрузки, которые обратно совместимы с AUV, созданными до появления датчиков полезной нагрузки. Это было продемонстрировано на AUV, поставленных в 2008 году с использованием новых модулей полезной нагрузки, построенных в 2018 году, то есть через десять лет.

Gavia Modular AUV от Teledyne (предоставлено Teledyne Marine)

Riptide Автономные решения создали семейство AUV. Это началось с microUUV и расширилось до более крупных и глубоких вариантов. Но важно то, что внутри. Использование последних разработок в области электроники и программного обеспечения делает автомобили Riptide особенно гибкими. Их архитектура имеет открытые аппаратные и программные интерфейсы, чтобы предоставить пользователям надежную и надежную платформу для развития технологий. Этот же подход позволил компании быстро адаптировать и запускать новые стандартные продукты в течение 14 месяцев. Хотя это не совсем темпы потребительской электроники, это очень быстрое развитие продукта. Сообщество AUV быстро движется в следующие 25 лет.

Тогда ASVs
Как и в случае с AUV, MIT был источником раннего развития автономного наземного транспортного средства (ASV). Были существенные параллели с работой AUV. Ранние прототипы в 1990-х годах не использовали GPS, не имели WiFi и боролись с полезными нагрузками. Как и AUVs Odyssey, эти автомобили использовали полностью автономный подход без какого-либо взаимодействия с транспортным средством после запуска миссии. Одной из областей ранних инноваций на поверхности было использование двигателей внутреннего сгорания для тяги. Эти ранние ASV были впервые вдохновлены исследованиями в области рыболовства, предназначенными как инструменты для отслеживания помеченной рыбы. Со временем акцент сместился на гидрографическую съемку, которая сегодня стала одной из самых распространенных миссий.

ASV сейчас
В последние годы получили распространение ASV, особенно небольшие системы для использования на берегу. В области океанских систем меньше игроков. ASV Global, в настоящее время L3 ASV, является пионером в этой области, специализирующейся на разработке, поставке и интеграции технологии беспилотных надводных кораблей. Они предлагают целый ряд полноценных систем USV длиной от двух до пятнадцати метров. В дополнение к номенклатуре изделий L3 ASV компания предпринимает проекты по переоборудованию судов и малых судов для беспилотных операций. Широкий ассортимент продукции позволяет ASV предлагать на рынке разнообразные и проверенные решения для операций во внутренних, прибрежных и морских районах. Они поставили более 100 автономных систем более чем 60 клиентам в 15 странах. Как и опросные AUV, ASV теперь являются проверенным инструментом.
Миссия исследования морского дна остается основным приложением для этой технологии. В этой области ASV недавно объявила о партнерстве с Fugro, мировым лидером исследований, для создания нового поколения автономных судов для рынка коммерческих исследований. Разработка этого нового решения для автономного судна поможет отрасли, проводящей исследования, уменьшить воздействие на оффшорный персонал и повысить операционную эффективность, сделав операции более безопасными и более экономичными.
L3 ASV C-Worker 5 Автономное судно (Предоставлено L3 ASV)
Беспилотные системы, перемещающие океаны в будущее
С середины 1990-х Интернет, программное обеспечение и современная электроника изменили жизнь на берегу. На море произошли одинаково преобразующие события. Ранние AUV и ASV продемонстрировали потенциал беспилотных систем для преобразования океанских операций во всех секторах голубой экономики. Ранние AUV дали результаты для океанографии, сегодня они обслуживают различные сектора и являются фундаментальным элементом морских исследований. ASV превратились из элементарных прибрежных инструментов в глобально релевантные платформы, подключенные к операторам за тысячи километров. За 25 лет были разработаны сотни новых беспилотных морских транспортных средств. Они пересекли океаны, обнаружили кораблекрушения, нашли мины и обследовали сотни тысяч миль морского дна.
Дальновидная статья Генри Стоммеля «Миссия Slocum» была опубликована в 1989 году. Он ожидал, что в течение длительного времени будут перемещаться автономные транспортные средства, которые бродят по океану и собирают беспрецедентные новые наборы океанографических данных. Теперь, 30 лет спустя, благодаря постоянному успеху беспилотных подводных и надводных транспортных средств, видение Стоммеля было продемонстрировано, если не достигнуто.

об авторе
Джастин Мэнли - технолог и руководитель с опытом работы в стартапах, корпорациях, научных кругах и правительстве. В Just Innovation Inc. он поддерживает клиентов, ориентируясь на беспилотные системы.