Tytuł projektu – Budowa Systemu Pilotowo-Dokującego (PNDS) dla zbiornikowców LNG oraz promów morskich.
Kierownik projektu – dr hab. inż. Lucjan Gucma prof. nadzw. AM
Harmonogram realizacji – Przewidywany czasokres realizacji projektu to 24 miesiące. 01.10.2009 - 30.09.2011.
Beneficjenci - Akademia Morska w Szczecinie jest przodującym ośrodkiem naukowo-badawczym i dydaktycznym w zakresie inżynierii ruchu morskiego i rozwoju technologii nawigacyjnych w Polsce. Projekt jest skierowany do polskich producentów urządzeń elektroniki morskiej. Z wyników produktu końcowego korzystać będą piloci i kapitanowie jednostek, właściciele i zarządzający nabrzeżami oraz organizacje odpowiedzialne za zapewnienie bezpieczeństwa.
Opis zadań badawczych – Realizacja projektu umożliwi integrację wszystkich dotychczas opracowanych przez naukowców Akademii Morskiej systemów wdrażających szereg innowacyjnych rozwiązań w dziedzinie transportu morskiego. Opracowanie, budowa, implementacja oraz przygotowanie fazy przedprodukcji (przedprototyp) systemu pilotowo-dokującego pozwoli w skuteczny sposób realizować szereg badań naukowych na rzecz innowacyjnej gospodarki transportu wodnego.
Jednym z zagrożeń związanych z manewrowaniem statku w porcie jest ryzyko kolizji z elementami nabrzeża. Manewry takie są jednymi z najczęściej wykonywanych, a statystyki pokazują, że wypadki zdarzające się w trakcie ich wykonywania nie należą do rzadkości (ponad jeden wypadek na statku rocznie). Podczas tego typu manewrów istotne są czynniki energii kinetycznej statku oraz odległości od kei, ponieważ pomiar energii jest dokonywany pośrednio to parametrem mierzonym jest prędkość podejścia względem kei.
Zadaniem systemu PNDS jest dostarczanie pilotowi lub kapitanowi na statku, manewrującym w pobliżu nabrzeża dokładnej informacji o odległości i prędkości zbliżania statku do nabrzeża. Jedną z podstawowych kwestii, jakie powinny być rozwiązane to: architektura systemu. Podstawowa koncepcja systemu pilotowo-dokującego jest przedstawiona na Rys. 1 i 2.
Rys. 1. Koncepcja systemu PNDS i scentralizowanego systemu wymiany danych
Rys. 2. Koncepcja systemu PNDS i zdecentralizowanego systemu wymiany danych
Koncepcje zcentralizowanego przesyłu danych i zdecentralizowanego są równoważne i powinny zostać szczegółowo zbadane. Niezależnie od wybranej architektury strona naukowo-badawcza budowanego systemu musi odnieść się do problemów:
opracowanie niezawodnego systemu przeznaczonego na różne jednostki;
budowa specjalizowanych czujników spełniających założone warunki dokładności pomiaru;
stworzenie algorytmów pracy systemu;
opracowanie metod wymiany informacji pomiędzy sensorami na lądzie i użytkownikami;
zbudowania redundantnej sieci transferu danych lądowych, i dodatkowych elementów jak np. źródła zasilania (fotowoltaiczne, rezerwowe, główne);
opracowanie oprogramowania spełniającego wymogi pracy na statkach;
optymalnych interfejsów użytkownika;
Architektura systemu – PNDS ze zdecentralizowanym systemem transmisji składa się z następujących elementów (Rys. 3):
autonomicznego, lądowego czujnika pomiarowego, z głowicą laserową oraz modułem transmisji bezprzewodowej
łącza transmisyjnego opartego na technologii RF w częstotliwości od 400MHz do 2.4 GHz (zasadność doboru odpowiedniej częstotliwości zostanie potwierdzona badaniami rzeczywistymi)
przenośnego modułu pilotowego, wnoszonego na statek, zawierającego oprogramowanie wizualizacyjne, mapę oraz odpowiednie łącze transmisyjne do odbioru danych z sensorów lądowych.
Rys. 3. Architektura pojedynczego elementu pomiarowego w wersji zdecentralizowanej
Dla systemu scentralizowanego należy dodać następujące elementy:
sieć strukturalną pomiędzy czujnikami (modbus, Ethernet),
serwer danych z czujników lądowych,
sieć routerów bezprzewodowych łączących się z użytkownikami.
System w wersji scentralizowanej posiada następujące wady w stosunku do zdecentralizowanego: znikoma redundancja w przypadku uszkodzenia sieci strukturalnej, bądź serwera, większa komplikacja w budowie, znacznie większe koszty budowy i eksploatacji.
Ze strony sprzętowej kluczowym czynnikiem jest budowa i dokładność pracy laserowej głowicy skanującej. Wykorzystywane są tu lasery impulsowe He-Ne i lasery półprzewodnikowe złączowe (na studniach kwantowych), przy czym te drugie obecnie są stosowane najczęściej. Laser w trybie impulsowy mierzy odległość z dokładnościami do 3mm i dodatkowo poprzez pomiar fazy fali powracającej możliwy jest pomiar prędkości obiektu do 5mm/s.
Algorytm pomiaru pozycji i prędkości statku z n-sensorów – zostanie zbudowany nowy algorytm określania położenia statków z wykorzystaniem, co najmniej 2 sensorów emitujących dane statyczne (o swoim położeniu, kierunku) i dynamiczne (odległość, namiar, błąd pomiaru itp). Podstawowymi problemami podczas budowy algorytmu będą:
nierównoległość burty statku do nabrzeża,
korekty błędów w wyniku niedokładnego lub braku odbicia,
skomplikowane kształty burt statków,
konieczność znajomości kształtu wodnicy statku lub przynajmniej jego wymiarów podstawowych.
Schemat określania położenia statku przy cumowaniu przedstawiono na Rys. 4. Sensory 1, 2, 3 określają w sposób ciągły odległości do statku D1 i D2. Za pomocą tych pomiarów oraz pozycji czujników w systemie mobilnym określana zostaje proste referencyjna burty jednostki r oraz po przesunięciu prosta środka ciężkości sc. Prędkości podejścia statku względem nabrzeża zostaną określone już na tym etapie. Wiedza z systemu GPS lub z punktu referencyjnego 3 może być wykorzystana do określania dokładnej pozycji statku względem nabrzeża.
Rys. 4. Schemat pomiaru położenia statku w systemie
