Η εκτεταμένη υποβρύχια ρομποτική είναι έτοιμη για πετρελαιοκηλίδες

Από τον Javier Gilabert • 30 Μαρτίου 2018

Ο Javier Gilabert1, ο João Sousa2, ο Zoran Vukić3, ο Georgios Georgiou4, η Laura de la Torre5, ο David McMyler6, ο Mark Inall6, ο Juhan Ernits8, ο Martin Ludvigsen9, ο Marc Carreras10, ο Gabriel Oliver11, η Maria João Costa2, ο António Sérgio Ferreira2, ο Dan Hayes4, ο Nadir Kapetanović3, López-Castejón1, Μιλάνο Μάρκοβιτς3, Miguel Massot11, Dula Nad3, Petter Norgren9, João Luís Pereira2, Núria Pujol12, Manuel António Ribeiro2, Carolina Rodríguez1, Paulo Sousa Dias2, Matt Toberman6, Dionisio Tudela1, Jüri Vain8, Emily Venables6.

1Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), 2University of Πόρτο, Υποβρύχιο Σύστημα και Τεχνολογικό Εργαστήριο (LSTS), 3University of Zagreb, Εργαστήριο Υποβρύχιων Συστημάτων και Τεχνολογιών (LABUST), 4University of Cyprus, Κέντρο Ωκεανογραφίας, 5SASEMAR, Ισπανική Υπηρεσία Ναυτικής Ασφάλειας, Ακτοφυλακή, 7Η Σκωτσέζικη Ένωση για τη Θαλάσσια Επιστήμη - SAMS, 8Tallin Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο - TUT, 9University of Girona - UG, 10University of Balearic Islands - UIB, 11Norges Teknisk-Naturvitenskatelige Universitet - NTNU, 12Marine Technology Unit CSIC.

Η παρακολούθηση των διαρροών πετρελαίου εντός ύδατος πριν φθάσει στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας νέες αναδυόμενες τεχνολογίες ρομποτικής γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ των υφιστάμενων παραδοσιακών τεχνολογιών (μοντελοποίηση και δορυφόροι) ως σύστημα υποστήριξης αποφάσεων για τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων. Τα υποβρύχια πετρελαιοειδή μπορεί να προέρχονται από διαρροές στο κάτω μέρος ή από επιφανειακά έμπλαστρα που σχηματίζουν υπόγεια φτερά, όπως αποδείχθηκε πρόσφατα. Η κατανεμημένη ευφυΐα αυτών των συσκευών σε όλη τη διαρροή σε συνδυασμό με την υδροδυναμική μοντελοποίηση είναι σε θέση να δημιουργήσει μια εξαιρετικά ακριβή και δυναμική εικόνα της διαρροής. Αυτή η συνεργαζόμενη ρομποτική τεχνολογία πολλαπλών οχημάτων θα επιτρέψει ένα φθηνό, ευέλικτο, επεκτάσιμο, ακριβές και ταχύ σύστημα υποστήριξης αποφάσεων, βελτιώνοντας την ικανότητα ανταπόκρισης σε αυτά τα γεγονότα.
Η εκτεταμένη υποβρύχια ρομποτική έτοιμη για πετρελαιοκηλίδες (e-URready4OS) είναι ένα έργο συγχρηματοδοτούμενο από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Γενική Διεύθυνση - Ευρωπαϊκή Πολιτική Προστασίας και Επιχειρήσεων Ανθρωπιστικής Βοήθειας, ΓΔ ECHO) με στόχο τη συγκέντρωση δυνάμεων για τη διάθεση στόλου αυτόνομων υποβρύχιων οχημάτων AUV), μη επανδρωμένα εναέριων οχημάτων (UAV) και μη επανδρωμένα επιφανειακά οχήματα (USVs) με επιχειρησιακή δυνατότητα επέμβασης κατά των πετρελαιοκηλίδων με τη χρήση νέων συνεργατικών τεχνολογιών ρομποτικής πολλαπλών οχημάτων (http://www.upct.es/urready4os).
Το έργο αυτό είναι μια φυσική επέκταση του προηγούμενου έργου URready4OS, στο οποίο αποδείχθηκε η έννοια ενός συνεταιριστικού στόλου πολλαπλών οχημάτων με ρομποτικά περιουσιακά στοιχεία για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση του πετρελαίου.
Η μετατροπή αυτής της έννοιας σε ένα λειτουργικό εργαλείο απαιτεί τη βελτίωση του ήδη υπάρχοντος συστήματος, την επέκταση του στόλου με νέα περιουσιακά στοιχεία και τη μεταφορά της τεχνογνωσίας στους ανταποκριτές των πετρελαιοκηλίδων. Οι κύριοι στόχοι και τα αναμενόμενα αποτελέσματα αυτού του έργου είναι:
  • Αναπτύξτε τον ήδη υπάρχοντα στόλο URready4OS (από 5 έως 12 στοιχεία) που είναι ικανός να ανιχνεύει το πετρέλαιο στο νερό.
  • Παρέχετε εκπαίδευση σε νέες ομάδες που συμμετέχουν στο στόλο με ασκήσεις.
  • Βελτιώστε το τρέχον σύστημα με νέες εξελίξεις λογισμικού που περιλαμβάνουν μια συγκεκριμένη έκδοση του Neptus.
  • Αύξηση της ικανότητας του ελεύθερου διαθέσιμου μοντέλου MEDSLIK-II ανοιχτού κώδικα για την παρακολούθηση διαρροών μικρής κλίμακας.
  • Μεταφέρετε την τεχνογνωσία στους Οργανισμούς Ναυτιλιακής Ασφάλειας (MSA) μέσω σύντομων θεωρητικών και πρακτικών μαθημάτων.
Έντεκα ιδρύματα, πανεπιστήμια και ΜΣΑ από οκτώ χώρες της ΕΕ αποτελούν την εταιρική σχέση: Universidad Politécnica de Cartagena - UPCT (Συντονιστής). Ωκεανογραφικό Κέντρο - Πανεπιστήμιο Κύπρου - OC-UC, Πανεπιστήμιο του Πόρτο - UP, Πανεπιστήμιο Ζάγκρεμπ - UZ, Sociedad Española de Salvamento y Seguridad Marítima - SASEMAR, Ιρλανδικό Ακτοφυλακή - ICG, Scottish Association for Marine Science - SAMS, Tallin University της Τεχνολογίας - TUT, Universitat de Girona - UG, Πανεπιστήμιο de les Illes Balears - UIB και το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας - NTNU.
Το σύστημα e-URready4OS είναι ένας στόλος πολλαπλών περιουσιακών στοιχείων με διαφορετικές δυνατότητες και χαρακτηριστικά που περιλαμβάνουν AUVs (Μη αυτόνομα υποβρύχια οχήματα), USVs (Unmanned Surface Vehicles) και UAV (Unmanned Aerial Vehicles) από έξι διαφορετικούς κατασκευαστές που συντονίζονται από ένα λογισμικό εντολών και λογισμικού ανοικτού κώδικα (NEPTUS).
Ο στόλος AUVs περιλαμβάνει τρεις LAUV, δύο IVER2, δύο Sparus και ένα Remus 600. Το Light Autonomous Underwater Vehicle (LAUV) κατασκευάζεται από την OceanScan MST (μια εταιρεία spin-off από το Underwater Systems and Technology Laboratory - LSTS - University of Porto, http://www.oceanscan-mst.com/) που στοχεύει σε καινοτόμες αυτόνομες ή δικτυωμένες επιχειρήσεις για οικονομικά αποδοτικές ωκεανογραφικές, υδρογραφικές και επιτόπιες έρευνες. Με βάση ένα αρθρωτό σχεδιασμό, η πλατφόρμα είναι κατασκευασμένη έτσι ώστε να είναι στιβαρή και αξιόπιστη. Το IVER2 AUV είναι ένα γνωστό μικρό φορητό φορητό AUV κατασκευασμένο από την Ocean Server Technology, Inc (http://www.ocean-server.com/). Με αποδεδειγμένο ιστορικό πάνω από χιλιάδες αποστολές, είναι ιδανικό για απεικονίσεις και περιβαλλοντικές έρευνες, συμπεριλαμβανομένων των εφαρμογών έρευνας, ανάπτυξης και OEM. Ο σχεδιασμός IVER2 επιτρέπει την ενσωμάτωση νέων αισθητήρων και δυνατοτήτων. Το Sparus II AUV είναι ένα πολυδύναμο ελαφρύ όχημα που αιωρείται με ειδικό χώρο αποστολής φορτίου από την IQUA (εταιρεία spin-off από το Πανεπιστήμιο της Girona, http://iquarobotics.com/). Η περιοχή ωφέλιμου φορτίου μπορεί να προσαρμοστεί από τον τελικό χρήστη και με μια ανοικτή αρχιτεκτονική λογισμικού, βασισμένη στο ROS, για προγραμματισμό αποστολών. Η Remus κατασκευάζεται από την Hydroid (https://www.km.kongsberg.com/hydroid), θυγατρική που κατέχει εξ ολοκλήρου στην Kongsberg Maritime, κορυφαίος κατασκευαστής προηγμένων, καινοτόμων αυτόνομων υποβρυχίων οχημάτων και θαλάσσιων ρομπότ για έρευνα και χαρτογράφηση σε βάθος θάλασσας σε όλο τον κόσμο.
Το επιφανειακό στοιχείο του συστήματος είναι ένα μη επανδρωμένο επιφανειακό όχημα (USV), μια αυτόνομη επιφανειακή πλατφόρμα (PlaDyPos) με 4 προωθητήρες. Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει την κίνηση στο οριζόντιο επίπεδο υπό οποιοδήποτε προσανατολισμό. Η πλατφόρμα αναπτύχθηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Υπολογιστών του Πανεπιστημίου του Ζάγκρεμπ, Εργαστήριο Υποβρύχιων Συστημάτων και Τεχνολογιών (LABUST) για την παρακολούθηση υποβρύχιων επικοινωνιακών δρομολογητών μεταξύ της επιφάνειας και της υποβρύχιας βοήθειας πλοήγησης.
Τα εξαρτήματα του αέρα είναι δύο μη επανδρωμένα αεροσκάφη SKYWALKER X8 (χαμηλού κόστους), τα οποία έχουν τροποποιηθεί στο LSTS και επιτρέπουν γρήγορες αποστολές επιτήρησης. Είναι ένα όχημα που εκτοξεύεται με το χέρι και τελειοποιείται για σενάρια αναγνώρισης χαμηλού υψόμετρου με ζωντανή ροή βίντεο που χρησιμοποιείται εδώ ως ρελέ επικοινωνίας για AUV όταν είναι εκτός εμβέλειας.
Κάθε νέο ανοιχτό στοιχείο μπορεί να προστεθεί στο στόλο μόνο συντονίζοντας τις επικοινωνίες και την ολοκλήρωση στο λογισμικό Command and Control Neptus. Ο Neptus είναι μια Κατανεμημένη Υποδομή Ελέγχου και Ελέγχου για τη λειτουργία όλων των τύπων μη επανδρωμένων οχημάτων που αναπτύχθηκαν στο LSTS (Πανεπιστήμιο του Πόρτο, https://lsts.fe.up.pt/toolchain/neptus). Υποστηρίζει τις διάφορες φάσεις ενός τυπικού κύκλου ζωής αποστολής: σχεδιασμό, προσομοίωση, εκτέλεση και ανάλυση μετά την αποστολή και μπορεί να προσαρμοστεί από τους φορείς εκμετάλλευσης ώστε να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις της συγκεκριμένης αποστολής και να επεκταθεί από τους προγραμματιστές μέσω ενός ολοκληρωμένου πλαισίου προσάρτησης.
Μετά την εγκατάσταση των οχημάτων στο νερό, λαμβάνει χώρα μια σειρά αλληλεπιδράσεων μεταξύ πρακτόρων και χειριστών. Οι θέσεις των οχημάτων και οι καταγεγραμμένες πληροφορίες από τα AUVs μεταδίδονται, είτε αεροπορικώς είτε υποβρύχια στους χειριστές. Οι μονάδες AUV μπορούν να μεταδώσουν αυτές τις πληροφορίες απευθείας στο πλοίο (ή σταθμό βάσης εδάφους) υποβρύχια μέσω ακουστικού μόντεμ. Μπορούν επίσης να μεταφέρουν τα δεδομένα στο USV υποβρύχια από το ίδιο σύστημα. Το USV στέλνει έπειτα τις πληροφορίες αεροπορικώς μέσω Wi-Fi είτε στο πλοίο, είτε στην περιοχή Wi-Fi είτε στο UAV. Το UAV, μπορεί να έρθει σε επαφή με το σήμα κεραίας USV από το χαμηλό υψόμετρο που πετά πάνω από το επιφανειακό όχημα. Ωστόσο, οι AUV μπορούν επίσης να αποθηκεύουν τις πληροφορίες που πρέπει να μεταδίδονται μέσω του αέρα - μέσω Wi-Fi - είτε στο USV, το UAV ή στο πλοίο (εάν βρίσκονται εντός της περιοχής) όταν βρίσκονται στην επιφάνεια. Οι διαφορετικοί τύποι επικοινωνιών και εύρους απόστασης παρέχουν στο σύστημα εξαιρετική ευελιξία για το σχεδιασμό των λειτουργιών.
Πραγματοποιήθηκαν τρεις ασκήσεις κατάρτισης. Το πρώτο το 2014 στο Σπλιτ, με την υποστήριξη του Κροατικού Ναυτικού με τρία AUV, ένα USV και δύο UAV λειτουργούσαν με το ίδιο σύστημα επικοινωνίας. Η δεύτερη άσκηση διεξήχθη επί του σκάφους "Clara Campoamor" του σκάφους SASEMAR (ισπανικό οργανισμό για την ασφάλεια στη θάλασσα), το οποίο έχει ρυμουλκά πολλαπλών ωκεανών και έχει μήκος 80 μέτρων, από τη Cartagena (SE Ισπανία) στη Μεσόγειο Θάλασσα το 2015. Η ίδια ομάδα στην πράξη, διαφορετικές στρατηγικές για τον εντοπισμό και την παρακολούθηση της διαρροής ροδαμίνης WT κάτω από 15 μέτρα. Το 2017 η τρίτη άσκηση πραγματοποιήθηκε επί του ίδιου σκάφους και τόπου με τρία νέα AUVs. Οι αποστολές για έξι AUV (διαφορετικές κατασκευές), ένα USV (PlaDyPos) και ένα UAV (X8) σχεδιάστηκαν από τον κύριο πιλότο και φορτώθηκαν στα οχήματα. Πολλές αποστολές σχεδιάστηκαν για να εντοπίζουν, να χαρακτηρίζουν και να παρακολουθούν την κατεύθυνση, το μέγεθος και τον όγκο τους.
Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης διαρροής από μια γνωστή προέλευση χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο κοινής χρήσης μοντέλου ελεύθερου κώδικα MEDSLIK-II ανοικτού κώδικα (http://medslikii.bo.ingv.it/). Μέσα στην περίμετρο που εντοπίστηκε από το μοντέλο, κάθε AUV πραγματοποίησε συντονισμένες αποστολές σε ομόκεντρους κύκλους σε διαφορετικά βάθη, παρεμποδίζοντας έτσι τη διαρροή στην κατεύθυνση μετατόπισης. Μόλις εντοπιστεί η προέλευση της διαρροής, εντοπίζεται μια φανταστική γραμμή κατά μήκος του πτερυγίου και τα AUV προγραμματίζονται να περνούν κάθετα αυτή τη γραμμή σε ίσες διατομές. Τέλος, οι αποστολές πραγματοποιήθηκαν σε ευθείες γραμμές που διασχίζουν διαγώνια τον πύργο από πολλές διαφορετικές γωνίες. Οι φωτομετρικοί αισθητήρες επέτρεψαν τις μετρήσεις συγκέντρωσης, ενώ οι διαγώνιες διατομές παρείχαν τον χάρτη της επέκτασης διαρροής.
Νέες προσθήκες για το λογισμικό εντολών και ελέγχου NEPTUS αναπτύχθηκαν και εγκαταστάθηκαν σε κάθε όχημα επιτρέποντας καλύτερη ενσωμάτωση του στόλου. Η NEPTUS είναι σε θέση να σχεδιάζει αποστολή για οποιουσδήποτε κατασκευαστές οχημάτων, να παρουσιάζει τις τροχιές τους και τα καταγεγραμμένα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο καθώς και να απεικονίζει τους χάρτες των τροχιών πετρελαίου που προβλέπονται από τα αριθμητικά μοντέλα. Από την άλλη πλευρά, ο συντονισμός ενός διευρυμένου στόλου που λειτουργεί ταυτόχρονα με 6 AUV, 1 USV, 1 AUV και 2 βοηθητικά σκάφη έχει δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα. Η ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ του NEPTUS και της γέφυρας άρχισε να διερευνάται κατά τη διάρκεια αυτής της άσκησης.
Η επόμενη άσκηση προγραμματίζεται για το 2018 στο σκάφος Celtic Voyager που διοργανώνεται από την ιρλανδική ακτοφυλακή.
Προκειμένου να διαδοθούν και να μεταφερθούν οι γνώσεις που αποκτήθηκαν κατά τη διάρκεια του έργου αυτού, σχεδιάστηκε ένα σύντομο μάθημα για την παρακολούθηση πετρελαιοκηλίδων με αυτόνομους παράγοντες (AUVs, UAVs, USVs) και σχεδιάστηκε η ενσωμάτωσή τους με άλλες υπάρχουσες τεχνολογίες. Μια πρώτη έκδοση αυτού του μαθήματος δόθηκε στο τεχνικό προσωπικό Πολιτικής Προστασίας στην Κύπρο. Το υλικό που αναπτύχθηκε για τα μαθήματα, τα οποία θα βελτιωθούν κατά τη διάρκεια των μεταγενέστερων εκδηλώσεων, είναι η διαθεσιμότητα μέσω του ιστοτόπου του έργου. Αυτό το μάθημα θα επιτρέψει στους τελικούς χρήστες να καταλάβουν πώς, πότε και πού να αναπτύξουν ένα στόλο AUV, τις επιχειρησιακές δυνατότητες και τους περιορισμούς. Μαζί με το Λευκό Βιβλίο του έργου, θα περιλαμβάνει κατευθυντήριες γραμμές, πρωτόκολλα και ρουτίνες τόσο για τις επικοινωνίες μεταξύ οχημάτων όσο και για τον σταθμό εδάφους / πλοίου, καθώς και τις διαδικασίες και τις απαιτήσεις για να ενταχθούν στο στόλο για οχήματα που διατίθενται από τρίτους. Το παραγόμενο έγγραφο επικεντρώνεται σε πρακτικά και όχι σε θεωρητικά ζητήματα, έτσι ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τους τελικούς χρήστες να αποφασίζουν πότε και πώς πρέπει να χρησιμοποιούν αυτές τις τεχνολογίες, πώς να κατεβάσουν και να εγκαταστήσουν το λογισμικό, πώς να προετοιμάσουν νέα οχήματα για να ενταχθούν στο στόλο είναι οι απαιτήσεις επικοινωνίας τόσο εναέρια όσο και υποβρύχια, πρωτόκολλα επικοινωνιών που χρησιμοποιούνται, κλπ.
Η ενσωμάτωση νέων ομάδων είναι πάντα μια μεγάλη τεχνολογική και ανθρώπινη πρόκληση. Το έργο αυτό έχει ως στόχο να καταστήσει προσβάσιμο στους ανταποκριτές των πετρελαιοκηλίδων ένα αποκεντρωμένο, ευέλικτο, επεκτάσιμο, εύκολο στη μεταφορά, χαμηλού κόστους και ανοικτό σύστημα. Το σχέδιό μας βασίζεται στην ιδέα ότι, με τους πιο εκπαιδευμένους πράκτορες που συμμετέχουν, το πιο αποτελεσματικό και διαθέσιμο και χρήσιμο και φθηνό σύστημα θα είναι.
Ο συγγραφέας
Ο Δρ Javier Gilabert είναι Καθηγητής στο Τμήμα Χημικών και Περιβαλλοντικών Μηχανικών του Πολυτεχνείου της Καρθαγένης (UPCT) - Ισπανία και του PI του προγράμματος Underwater Robotics Ready for Oil Spill.
(Όπως δημοσιεύθηκε στην έκδοση MArch 2018 του Reporter για τη θαλάσσια τεχνολογία )
Κατηγορίες: Διάσωση, Κοντά στη στεριά, Μη επανδρωμένα οχήματα, Νέα του οχήματος, Περιβάλλον, Τεχνολογία, Υπεράκτια Ενέργεια

Συνεργάτης Greensea IQ και VideoRay για βελτίωση της εμπειρίας χρήστη ROV

(Φωτογραφία: VideoRay)

Η TechnipFMC παραλαμβάνει «μεγάλο» υποθαλάσσιο συμβόλαιο για το Whiptail της ExxonMobil στα ανοιχτά της Γουιάνας

Το δέντρο Subsea 2.0 αναπτύχθηκε στην υπεράκτια Βραζιλία (Πίστωση: TechnipFMC)

Γιατί μπορεί να υπάρχουν ωκεανοί μέσα σε νάνους πλανήτες πέρα από τον Πλούτωνα

Η ακτογραμμή της Βόρειας Θάλασσας της Γης, συμπεριλαμβανομένων των Stacks of Duncansby στο Caithness. (© George / Adobe Stock)

Το Saildrone λανσάρει το πρώτο Surveyor USV επόμενης γενιάς

(Φωτογραφία: Saildrone)

Το Bedrock Picks Exail's Phins 9 Navigation for Next-Gen AUV

L to R: Charles Chiau, CTO και συνιδρυτής της Bedrock και Jean-Marc Binois, Chief Commercial Officer της Exail (Πιστωτική: Exail)

Teledyne για να αποκτήσει το Valeport

(Φωτογραφία: Teledyne Marine)

Η GeoAcoustis λανσάρει νέους υποκατώτατους προφίλ και δυνατότητες ενσωμάτωσης λογισμικού

GeoPulse 2 Sub-Bottom Profiler (Πίστωση: GeoAcoustics)

Η Hydromea αποκαλύπτει υποβρύχιο ρομπότ επιθεώρησης με αποκλειστική τεχνολογία ασύρματης επικοινωνίας

Πηγή: Hydromea

Η BP εγκαινιάζει το «μεγαλύτερο» σεισμικό της πρόγραμμα στο Πετρέλαιο του Αζερμπαϊτζάν

Το παγωμένο μεθάνιο κάτω από τον βυθό της θάλασσας ξεπαγώνει - Και είναι χειρότερο από όσο πιστεύαμε

© magann / Adobe Stock

ΗΒ, Φινλανδία, Εσθονία ασκούν την προστασία της υποθαλάσσιας υποδομής στη Βαλτική Θάλασσα

(Φωτογραφία: Υπουργείο Άμυνας της Εσθονίας)

Ογκώδες βουνό ανακαλύφθηκε στα νερά της Γουατεμάλας

(Φωτογραφία: Schmidt Ocean Institute)