Автономизация портового флота в РФ
В комментариях к этому посту https://pikabu.ru/story/portovyie_gruzchiki_nasha_yera_10814091 упомянул, что участвую в разработке автономных вспомогательных судов порового флота, и несколько человек попросили подробнее рассказать об этом.
Для ЛЛ – Разрабатываем безэкипажные портовые суда с удалённым управлением и высокой степенью автономности, разработка продвигается довольно успешно.
В далёком 2019 г. мы участвовали в качестве контрагентов в разработке системы безэкипажного судовождения в море. Данный опыт помог нашей фирме в 2021 г. выцепить опытно-конструкторскую работу ( ОКР) от Минпромторга по разработке системы автономного судовождения в порту (БЭС-СП).
Вся работа разделена на этапы:
проработка концепции БЭС-СП и её систем;
непосредственно разработка всех систем БЭС-СП;
стендовые испытания опытного образца (ОО) БЭС-СП и его доработка по результатам испытаний;
опытная эксплуатация ОО БЭС-СП непосредственно в портовых условиях (мы сейчас здесь) с последующими приёмочными испытаниями ОО БЭС-СП;
привязка БЭС-СП к конкретным типам вспомогательных судов портового флота.
Начнём с того, что же это за суда такие (ниже приведены лишь типы судов, которые мы собираемся обеспечить системой автономного судовождения. Фактически типов судов намного больше)
1 Непосредственно буксиры
Да, это тоже буксир
Буксиры – очень широкий класс судов, в основном это маленькие манёвренные портовые рабочие лошадки с мощными движителями. Морские крупнотоннажные суда не могут сами проходить портовые узкости и причаливать, для этого обычно используют от 2 до 4 буксиров, которые в связке друг с другом тянут, толкают и разворачивают морских гигантов.
Разворот судна с помощью 2 буксиров
2 Бункеровщики
Бункеровщик – танкер снабжения, предназначенный для заправки судов топливом (нефтепродуктами или СПГ). Обычно имеют кран для подъёма шланга перекачки топлива. В среднем заправка морского судно может занимать от 1 часа до 24 часов в зависимости от необходимого объёма топлива.
Вот так происходит заправка
3 Экологические суда
Нефтесборное судно
Экологические суда – суда для устранения загрязнений акватории порта. В зависимости от назначения могут очищать водные пути от нефтепродуктов или твердых отходов (различный мусор, упавшие ветки и т.д.)
Мусоросборное судно
И вот всё это великолепие нам в связки с контрагентами, а также судостроительными и надзорными организациями, предстоит оснастить дистанционным управление и автономностью.
Первым делом приступили к разработке пояснительной записки (ПЗ) с описанием и обоснованием нашего видения всей системы в целом и её составных частей.
По итогу разработки ПЗ был проработан и согласован состав БЭС-СП:
Судовая система автономного управления
Пост дистанционного управления (ПДУ)
Система связи
Система мониторинга швартовых операций
Гидрометеорологическая система
Лоцманский комплект
Пройдём немного по каждой системе в отдельности
1 Гидрометеорологическая система – совокупность наземных метеорологических станций, расставленных вокруг порта, подводных профилографов течений и буйковых гидрометеостанций, которые раз в несколько минут передают показания о силе и направлении ветра и течений, температуре и влажности и т.д. в общий метеосервер.
Метеосервер интерпретирует полученные показания и накладывает их на морские карты. Данная информация используется автономными системами судна, удалёнными капитанами данных судов с ПДУ, лоцманами, через лоцманский комплект, и капитанами судов (по запросу).
2 Лоцманский комплект – комплект из планшета и двух маяков ГЛОНАСС/GPS, упакованных в непромокаемый рюкзак с положительной плавучестью.
Для начала, кто такой лоцман – работник порта, хорошо знающий его акваторию. Перед заходом судна в порт лоцман поднимается не борт и помогает капитану в проводке судна, при этом ответственность за обеспечение безопасности плавания и все отданные команды несёт капитан, лоцман лишь дает советы.
Лоцман поднимается на борт
Назначение лоцманского комплекта – два маяка, установленные на левом и правом борту, сообщают системам БЭС-СП ширину судна (помогает при швартовке), а также его направление и скорость. Планшет выводи информацию о положении судна, с возможностью наложения на карты слоёв метеоданных, полученных от гидрометеорологической системы. Планшет также предоставляет лоцману информацию о судне из базы данных (водоизмещение, габариты и т.д.)
В целом лоцманский комплект необязателен как для проводки судна, так и для систем БЭС-СП, они могут легко справится и без комплекта. Да и сами лоцманы настроены скептически, им итак иногда трудно подниматься на борт, а мы предлагаем ещё и 10 кг рюкзак на себе тащить.
3 Система мониторинга швартовых операций – система громкое слово, это 2 поворотных лазерных дальномера с автономным питанием на 6 часов ( если пропало основное) и системой связи. Дальномеры устанавливаются на причале и сообщают системам БЭС-СП расстояние между причалом и швартующимся судном, что позволяет осуществлять швартовку более плавно.
4 ПДУ – все вычислительные серверы (кроме автономного управления) и рабочие места удалённых капитанов. Для каждого судна необходимо своё рабочее место, с органами управления судна, камерами обзора, информацией о состоянии судовых систем и т.д.
Рабочее место удалённого капитана на стенде (1 вариант). Стол потом кардинально переработали
Центральные мониторы обеспечивают обзор в сектор 160° с возможностью либо поворота изображения в нужную сторону, либо сжатия изображения по горизонтали для достижения обзора 360°. Остальные мониторы для своих систем (состояние судна, гидрометеоданные, управление автономными системами и т.д.)
5 Судовая система автономного управления – самая сложная и обширная в своих функциях система БЭС-СП. В основном данная система состоит из:
автономная навигационная система (АНС) – это мозги судна, принимающие все автономные решения, такие как траектория расхождения с опасностями, скорость сближения с судном/причалом, поиск и сбор мусора (если АНС установлен на мусоросборщике), координация с другими АНС для проводки крупнотоннажного судна (если АНС установлен на буксире) и т.д.;
система машинного зрения – совокупность обычных и инфракрасных видеокамер и лазерных дальномеров, а также сервера машинного зрения, который распознаёт надводные объекты, расстояние до них и степень их опасности. По сравнению с первыми вариантами машинного зрения распознавание в дневное время стало значительно лучше, хотя ещё остаются проблемы в интерпретации ночных судовых огней, так как мешают другие огни береговой зоны;
система управления движителями – система, которая на основе метеоданных (течение, скорость ветра и т.д.) и командах от АНС или ПДУ, управляет винторулевыми колонками судна, задавая необходимую скорость и направление;
система самодиагностики и регистрации – в реальном времени отслеживает все параметры судовых систем (движители, генераторы, насосы и т.д.) и систем БЭС-СП, как аппаратную часть так и программную
система позиционирования – одна из самых простых систем, как и в лоцманском комплекте, 2 маяка ГЛОНАСС/GPS для точного позиционирования автономного судна
6 Система связи – совокупность беспроводной связи и локальной вычислительной сети (ЛВС). ЛВС оснащена системами кибербезопасности, включая маршрутизацию, разграничение доступа и предупреждения о несанкционированном доступе на программном и аппаратном уровнях. Также ЛВС отвечает за коммутацию со штатными судовыми системами (навигационные приборы, сигнально-отличительные фонари, якорно-швартовое устройство, кренометр и тифон).
Система беспроводной связи состоит из основной – широкополосная связи в диапазоне частот от 5 до 6 ГГц, резервной – обычные сотовые сети, и аварийной – УКВ радиосвязь LoRa.
Основная связь обеспечивает стабильный приём видео с 60 к/с и обмен информацией между автономным судном и ПДУ. Резервная связь имеет достаточную скорость для передачи 30 к/с, но задержки достигают 150 мс. Аварийная предназначена лишь для перевода автономного судна в режим удержания позиции и получения аварийных сообщений.
Что нам ещё предстоит
В данным момент проходит опытная эксплуатация ОО БЭС-СП. Параллельно с этим, одна из судоверфей начала разработку корпуса дистанционно-управляемого буксира. 3d модель показать не могу, но приведу аналогию.
Автономный буксир отличается от обычного также, как и этот автономный трактор от обычного
Следующим этапом будет привязка системы БЭС-СП к экологическому судну и бункеровщику, которые портовая служба будет эксплуатировать самостоятельно.
Последним этапом разработки будет привязка БЭС-СП к звену из двух буксиров, которые автономно под присмотром удалённых капитанов будут проводить суда в акватории порта и осуществлять швартовку.
P.S. Я инженер комплексных систем и систем связи и больше 80 % БЭС-СП знаю лишь поверхностно, но на вопросы постараюсь ответить.
