油流出に対応する水中ロボットの拡張

Javier Gilabert • 30 3月 2018

新しい新興のロボット技術を使用して水面に達する前に水中油流出を追跡することは、意思決定者のための意思決定支援システムとして既存の伝統的技術（モデリングと衛星）のギャップを埋めることです。水中油のプルームは、最近実証されたように、底部の漏れまたは地下のプルームを形成する表面パッチから来る可能性がある。これらのデバイスの分散インテリジェンスは、流体力学的モデルと組み合わせることで、スピルの高精度かつ動的なイメージを構築することができます。この協調式マルチサイクロンロボット技術は、安価で、柔軟で、拡張可能で、正確で迅速な意思決定支援システムを可能にし、これらのイベントに対応する能力を向上させる。

（e-URready4OS）は、欧州連合（EU）の共同資金援助プロジェクト（欧州共同体防衛・人道援助事業、DG-ECHO）であり、自律的な水中車両の艦隊を利用可能にするAUV）、無人航空機（UAV）、および無人飛行機（USV）の共同作業を可能にします（http://www.upct.es/urready4os）。

このプロジェクトは、URready4OS以前のプロジェクトの自然な延長であり、そこでは、水の油の検出とモニタリングのためのロボット資産の協同的なマルチサイエンス艦隊の概念が証明されました。

この概念を運用ツールに変えるには、既存のシステムの改善、新しい資産による船隊の拡大、油流出対応者へのノウハウの移転が必要です。このプロジェクトの主な目標と期待される結果は次のとおりです。

8つのEU諸国からの11の機関、大学、MSAがパートナーシップを構成しています。UniversitadPolitécnicade Cartagena - UPCT（コーディネーター）。海洋学センター - キプロス大学 - OC-UC、ポルトUP大学、ザグレブ大学 - UZ、SociedadEspañolade Salvamento y SeguridadMarítima - アイルランド沿岸警備隊 - SASG、スコットランド海洋科学協会 - SAMS、Tallin University Thechnology - TUT、ジローナ大学 - UG、University of Bales - UIB、ノルウェー科学技術大学 - NTNU。

e-URready4OSシステムは、AUV（自律型水中車両）、USV（無人サーフェスビークル）、UAV（無人航空機）を含むさまざまな能力と特性を持つ複数の資産の艦隊で、オープンソースのコマンドおよび制御ソフトウェア（NEPTUS）。

AUVの艦隊には、3つのLAUV、2つのIVER2、2つのSparus、1つのRemus 600が組み込まれています。LAUVは、OceanScan MST（Underwater Systems and Technology Laboratory - LSTS - Porto University、 http://www.oceanscan-mst.com/）は、費用対効果の高い海洋学、水路および警備およびサーベイランス調査のための革新的なスタンドアロンまたはネットワーク運用を対象としています。モジュラー設計に基づいて、プラットフォームは堅牢で信頼性が高く構築されています。 IVER2 AUVは、Ocean Server Technology、Inc（http://www.ocean-server.com/）によって製造された、小型の人工ポータブルAUVです。何千ものミッションにわたる実証済みの実績により、研究、開発、およびOEMベースのアプリケーションを含むイメージングおよび環境調査に理想的です。 IVER2設計により、新しいセンサーと機能を統合することができます。 Sparus II AUVは、IQUA（ジローナ大学のスピンオフ会社、http://iquarobotics.com/）によって製造されたミッション特有のペイロード領域を備えた多目的軽量ホバリング車両です。ペイロード領域は、エンドユーザによってカスタマイズすることができ、ミッションプログラミングのためにROSに基づくオープンなソフトウェアアーキテクチャでカスタマイズすることができます。 Remusは、世界中の深海探査とマッピングのための先進的で革新的なAutonomous Underwater Vehiclesと海洋ロボットのKongsberg Maritimeの大手メーカーのHydroid（https://www.km.kongsberg.com/hydroid）によって製造されています。

システムの表面コンポーネントは、4つのスラスタを備えた自律的な過活動表面プラットフォーム（PlaDyPos）である無人飛行船（USV）です。この構成により、任意の向きの水平面内での動きが可能になる。このプラットフォームは、水面下の物体との間の通信ルータを追跡するための、水中システムと技術のためのザグレブ大学電気工学コンピューティング学部（LABUST）で開発されました。

航空コンポーネントは、LSTSで改造された2台のスカイウォーカーX8（安価なコンポーネント・オフ・ザ・シェルフ）無人航空機で、迅速に配置可能なサーベイランスミッションが可能です。これは、範囲外のときにAUVの通信中継としてここで使用されるライブビデオフィードを使用して、低高度の偵察シナリオに対応した手始動型車両です。

Command and Control Neptusソフトウェアで通信と統合を調整するだけで、新たなオープン資産を艦隊に追加することができます。 Neptusは、LSTS（Porto大学、https://lsts.fe.up.pt/toolchain/neptus）で開発されたあらゆる種類の無人車両の運転のための分散指令および制御インフラです。典型的なミッションライフサイクルのさまざまなフェーズ、すなわち計画、シミュレーション、実行、およびミッション後の分析をサポートし、ミッション固有の要件に合わせてオペレーターに適合させることができ、包括的なプラグインフレームワークを通じて開発者が拡張することができます。

車両を水中に配置した後、エージェントとオペレータとの一連の相互作用が起こる。 AUVによる車両および記録された情報の位置は、空気または水中のいずれかによってオペレータに伝達される。 AUVは、この情報を音響モデムを介して水中の船（または陸上基地局）に直接送信することができる。また、同じシステムでUSVにデータを送信することもできます。 USVはその後、Wi-Fiを介して、またはWi-Fi圏内の場合は船舶にUAVのいずれかに、航空による情報を送信します。 UAVは、地上車両を飛行する低高度でUSV航空信号に接触することができます。しかし、AUVは、Wi-Fiを介して航空機によって送信される情報を、USV、UAV、または船上にある場合（範囲内であれば）表面に保管することもできる。異なるタイプの通信および距離範囲は、システムに操作を設計するための特別な柔軟性を提供する。

3回の練習が行われました。スプリトでは2014年にクロアチア海軍の支援を受け、3つのAUV、1つのUSV、2つのUAVが同じ通信システムで運用されました。 2回目の練習は、2015年に地中海のカルタヘナ（SEスペイン）から80メートルの長さの多目的海洋曳航曳航艇であるSASEMAR（スペイン海上保安庁）の船「クララカンポアマー（Clara Campoamor）」で行われました。 15メートル以下のRhodamine WTこぼれを見つけて監視するための異なる戦略を実践してください。 2017年には3つ目の練習が3つの新しいAUVと同じ船と敷地内で行われました。 6つのAUV（異なるメーカー）、1つのUSV（PlaDyPos）、1つのUAV（X8）のミッションは、すべてチーフパイロットによって設計され、車両にアップロードされました。その方向、大きさ、容積を特定し、特徴づけし、監視するためのいくつかのミッションが設計された。

既知の起源から流出方向を判定するために、オープンソースの自由に利用可能なモデルコードMEDSLIK-IIコミュニティモデルを使用した（http://medslikii.bo.ingv.it/）。モデルによってトレースされた周辺内で、各AUVは異なる深さの同心円で協調したミッションを実行し、それによりそのスピルオフをその変位方向に傍受する。流出原点が特定されると、仮想線がプルームに沿ってトレースされ、AUVは等距離の横断線でこの線を垂直に横切るようにプログラムされる。最後に、様々な角度からのプルームを斜めに横切る直線でミッションを行った。蛍光測定センサーは濃度測定を可能にし、対角線の横断はスピル拡張の地図を提供した。

コマンドと制御ソフトウェアの新しいプラグインNEPTUSが開発され、各車両にインストールされ、艦隊のより良い統合を可能にしました。 NEPTUSは、あらゆるメーカーの車両のミッションを設計し、その軌道を表示し、リアルタイムでデータを記録し、数値モデルで予測されるオイル軌道の地図を視覚化することができます。他方で、6 AUV、1 USV、1 AUVおよび2つの補助船と同時に働く拡張された艦隊の調整は満足のいく結果をもたらした。 NEPTUSと橋との間の情報のやりとりは、この練習中に探求され始めました。

次の練習は、アイルランド沿岸警備隊が主催するケルト航海船の船上で2018年に予定されています。

このプロジェクトで得られた知識を普及し伝達するために、自律エージェント（AUV、UAV、USV）による油流出追跡について短期コースを設計し、他の既存技術との統合を設計する。このコースの最初のバージョンはキプロスの民間人保護技術スタッフに与えられました。コースのために開発された資料は、後のイベントで改善される予定で、プロジェクトのWebサイトから入手できます。このコースでは、どのようにいつ、どこでAUVの艦隊を展開するか、運営能力と限界を最終的なユーザーが理解することができます。プロジェクトのホワイトペーパーとともに、車両と地上/船舶の間の通信のためのガイドライン、プロトコル、ルーチン、ならびに使用可能なサードパーティの車両のための艦隊に参加するための手順と要件が含まれます。作成された文書は理論的ではなく実用的な問題に焦点を当てているため、最終ユーザーがこれらのテクノロジをいつ、どのように使用すべきか、ソフトウェアをダウンロードしてインストールする方法、新しい車両を艦隊に入れる準備をする方法空中および水中の通信要件、使用する通信プロトコルなどです。

新しいチームの統合は、常に技術的、人間的な大きなチャレンジです。このプロジェクトは、油流出対応者が分散型で柔軟性があり、拡張性があり、輸送が容易で低コストでオープンなシステムを利用できるようにすることを目的としています。私たちのプロジェクトは、より訓練されたエージェントが関わっているほど、システムがより効率的に利用可能であり、有用で安価であるという考えに基づいています。

著者

Javier Gilabert博士は、スペインのカルタヘナ工科大学（UPCT）化学・環境工学科の教授であり、油流出の準備ができている水中ロボット工学のPIです。

（ Marine Technology Reporterの MArch 2018版に掲載されているように）