Tilbake til søkeresultatene

POLARPROG-Polarforskningsprogram

OASYS - Ocean-Air synoptic operations using coordinated autonomous robotic SYStems and micro underwater gliders

Alternativ tittel: OASYS - Ocean-Air synoptic operations using coordinated autonomous robotic SYStems and micro underwater gliders

Tildelt: kr 6,8 mill.

En av barrierene mot en bedre forståelse og bærekraftig utvikling av havrelatert økonomisk aktivitet er de høye kostnadene forbundet med havobservasjonssystemer. Autonome robotsystemer revolusjonerer stadig måten vi innhenter data på og samhandler med havet. Imidlertid krever de fleste eksisterende autonome systemer fortsatt involvering av bemannede oppdrag i utplasserings-/gjenopprettingsfasene som representerer en høy prosentandel av de totale driftskostnadene. OASYS-prosjektet hadde som mål å demonstrere en innovativ type helautomatisert hav-luft-koordinert robotoperasjon med potensiale for å drastisk redusere kostnadene ved havobservasjonssystemer. Prosjektet foreslo utvikling av en sverm av rimelige Miniature Underwater Gliders (MUGs) som kan operere autonomt med støtte fra Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) og Unmanned Surface Vessels (USVs) for utplassering, gjenvinning, batterilading og kommunikasjonsrelé . Systemet reduserer menneskelig intervensjon til et minimum, og revolusjonerer rimeligheten til et bredt spekter av overvåkings- og datainnsamlingsoperasjoner. To ulike oppdragsscenarier ble foreslått: I det første er basestasjoner lokalisert på land, eller på eksisterende offshoreplattformer. Dette scenariet passer kystovervåking, og kontinuerlig miljøovervåking rundt olje- og gassplattformer til havs. I det andre scenariet fungerer en lang utholdenhetsbølgedrevne USV-er som basestasjon for UAV og en sverm av MUG-er. Dette gjør det mulig å utvide mulighetene til langdistanse USV-er med muligheten for å legge til flere samtidige observasjoner i vannsøylen til en brøkdel av kostnadene deres. Teknologiene utviklet gjennom prosjektet muliggjør etablering av fremtidige produkter, løsninger og vitenskapelig forskning, relatert til kommersialisering av de autonome observasjonssystemene og de genererte dataene. Prosjektet inkluderte felteksperimenter i Oslofjorden, Trondheimsfjorden og i en tidevannsbre på Svalbard, Norge. Et av hovedresultatene av prosjektet er utviklingen av en miniatyr undervannsglider (MUG) prototype. Et lett trykkskrog av karbonfiber er designet og testet med suksess i laboratorieforhold til en tilsvarende dybde på 1000m. Et variabelt oppdriftssystem (VBS) er utviklet som bruker lette og små komponenter, og er testet i laboratorieforhold til en tilsvarende dybde på 1000m. Testene ble brukt til å karakterisere optimale driftsforhold når det gjelder energieffektivitet, og valg av komponenter. Det er utviklet et laveffekt langtrekkende kommunikasjonssystem basert på 4G mobiltelefonnettverk (NB-IoT / LTE-M), Wifi og miniatyr Iridium satellittmodem, som kan tilby rimelig kommunikasjonsdekning på kyst- og fjordområder. Det viktigste elektronikksystemet til glideren er designet. Et av de forfulgte forskningsområdene er å utforske ytelsesgrensene til navigasjonssystemer med begrensede sensorsuiter. Miniatyrglideren er i prinsippet ikke utstyrt med DVL/akustisk posisjonering som gjør navigering til en utfordrende oppgave. Prosjektteamet har forsket på bruk av maskinlæringsmetoder som kan forbedre dead reckoning ved å lære kjøretøydynamikk under forhåndsdefinerte eksperimenter. En siste prototype av undervannsglider ble testet i Oslofjord, hvor pitch/roll-funksjonaliteten og VBS-systemet ble validert. For å lokalisere MUG ble det designet en spesiell markør, som gjenkjennes av UAV-kamerasynssystemet. Detekterbarheten av markøren på vann, land og kunstige overflater har blitt verifisert med suksess i en serie flyginger under forskjellige lysforhold og i forskjellige høyder. Konseptet med tidlig hentemekanisme ble verifisert under flyging, men viste seg å kreve en større redesign. En ny design viser bedre resultater, men er ennå ikke testet i vannmiljø. En UAV-programvareverktøykjede er konfigurert som muliggjør en trinnvis utvikling, inkludert forenklet innendørstesting, simulering-i-sløyfe og utendørsflyvninger ved bruk av en rekke multirotorplattformer. En prototype av miniatyrfluorimeter er utviklet av TriOS og integrert i glideren. En miniatyr CT-sensor med høy nøyaktighet er også integrert. Sensorene er lette, har lite hus og ekstremt lavt strømforbruk. Fluorometeret er festet som en ekstern nyttelast for en enkel utveksling siden operasjonene vil være annerledes og fluorometrene må tilpasses disse. En foreløpig versjon av en skybasert overvåkings- og kontrollprogramvareinfrastruktur er utviklet. Dette gjør bruk av Googles skytjenester og kan brukes til å overvåke, kontrollere og oppdragsprogrammering fra et nettgrensesnitt.

The OASYS project is an international collaboration with partners from Norway (OsloMet, NTNU, NPI) and Germany (TriOS gmbh). The project has produced a total of 12 research publications, and included 5 Master thesis, and 1 PhD thesis. The project members are also working on the commercialization of research results which include the creation of up to two new startup companies.

One of the barriers towards a better understanding and sustainable development of marine related economic activity is the high cost associated with ocean observing systems. Autonomous robotic systems are steadily revolutionizing the way we obtain data and interact with the ocean. However most of existing autonomous systems still require the involvement of manned missions in the deployment/recovery phases which represents a high percentage of the total operational costs. The OASYS project will develop and demonstrate an innovative type of fully automated Ocean-Air coordinated robotic operation that has the potential for drastically reducing the cost of ocean observing systems. The project proposes the development of a swarm of low cost Micro Underwater Gliders (MUGs) that can operate autonomously with the support of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and Unmanned Surface Vessels (USVs) for deployment, recovery, battery charging, and communication relay. The system reduces human intervention to the minimum, revolutionizing the affordability of a broad range of surveillance and data collection operations. Two different mission scenarios are proposed: In the first, base stations are located onshore, or on existing offshore platforms. This scenario suits coastal monitoring, and continuous environmental monitoring around oil and gas offshore platforms. In the second scenario, a long endurance wave powered USVs serves as base station for UAV and a swarm of MUGs. This allows to extend existing long range USVs with the possibility of adding persistent synoptic observations in the water column at a fraction of their cost. The technologies developed through the project will enable the creation of future products, solutions, and scientific research, related to the commercialization of the autonomous observing systems and the generated data. The proposed observing systems will be demonstrated during sea trials in Trondheim fjord and in a tidewater glacier in Svalbard, Norway.

Budsjettformål:

POLARPROG-Polarforskningsprogram