Autonoom werken is nu nog niet mogelijk omdat het Global Positioning System (GPS), een belangrijke bron van positioneringsinformatie op het land en in de lucht, onder water niet beschikbaar is.
'Budget'-positioneringssystemen
De prestaties van betaalbaardere sensoren van positioneringssystemen zijn de laatste jaren aanzienlijk verbeterd. Toch zijn er momenteel nog geen volledig geïntegreerde 'budget'-positioneringssystemen beschikbaar voor kleine onderwatervoertuigen.
TNO ontwikkelt een klein en goedkoop positioneringssysteem om tegemoet te komen aan de toenemende vraag naar autonomie in hydrografie. Het positioneringssysteem combineert en verwerkt real-time de data afkomstig van verschillende sensoren tot robuuste positie-informatie met behulp van de speciaal ontwikkelde Timing, Orientation & Positioning Service (TOPS) software. Deze baanbrekende oplossing heeft het potentieel om taken voor monitoring en inspectie van ROV's onder water te automatiseren, tegen een kostprijs van minder dan €10.000.
AURO
Danny Maat is, als projectmanager Intelligente Autonome Systemen binnen TNO, verantwoordelijk voor het Autonomous Underwater Remote Operations (AURO) project. Hij werkt al ruim 26 jaar bij TNO en vindt het een grote uitdaging om nieuwe technieken te ontwikkelen en toepasbaar te maken.
“Het AURO project staat nog aan het begin, maar we hebben toch al grote stappen gemaakt. Het is prachtig om onderdeel te zijn van een project, waarin een kennisinstelling en het bedrijfsleven de handen ineenslaan om samen nieuwe ontwikkelingen te stimuleren. We werken aan een systeem dat twee unieke eigenschappen moet combineren: betrouwbare onderwaternavigatie en hoogwaardige autonomie.”
Experiment
In dit project hebben we de compacte en betaalbare ROV van BlueRobotics, de BlueROV2, uitgebreid met een waterdichte box. De box bevat verschillende sensoren en een computer. “TOPS-software is geïnstalleerd op de computer om de sensordata te verwerken. Daarnaast is een GPS-antenne bovenop de ROV aangebracht.” legt Jim Rojer uit, Systems Engineer en Navigatie-Expert bij TNO. “Er is een constructie ontworpen voor de montage van de GPS-antenne, zodat de antenne tijdens de experimenten boven het wateroppervlak uitstak. Hierdoor kon de BlueROV2 volledig ondergedompeld zijn, terwijl er nog steeds een nauwkeurig GPS-signaal beschikbaar was. Dit maakte het mogelijk om voorafgaand aan de missie een kalibratiefase uit te voeren, waarin TOPS schattingen kon maken van de sensoreigenschappen. Een kalibratietijd van ongeveer 90 seconden bleek voldoende voor de BlueROV2 om veilig onder water te duiken en zijn missie uit te voeren.”
“Het doel was om een budget-positioneringsoplossing te ontwikkelen die goedkopere sensoren combineert met geavanceerde sensorfusiemethoden.” aldus Danny Maat. “Over het algemeen zullen de budget-sensoren lagere specificaties hebben en meer beïnvloed worden door variërende omgevingsomstandigheden.” De filosofie was om sensorfusie te gebruiken om de sensoreigenschappen te schatten in een voorafgaande kalibratiefase en vervolgens deze effecten te compenseren, zodat er een prestatie kan worden bereikt die 'bijna high-end' is. Validatietests werden uitgevoerd in de haven van Scheveningen, onderdeel van de Proeftuin op de Noordzee, een aangewezen gebied voor het uitvoeren van experimenten, om de prestaties van het systeem te evalueren.
Autonomie
Na de kalibratie werd de GPS niet meer gebruikt door TOPS, maar diende deze alleen als referentiesignaal om de prestaties van de positiebepaling door TOPS te beoordelen.
Om de waarde van innovatie voor technologie-integrators en eindgebruikers aan te tonen, werd een eenvoudige autopilot-functie ontwikkeld om de BlueROV2 autonoom een vooraf geplande route op een vaste diepte te laten volgen. Tijdens de demonstratie werd een patroon gebruikt dat leek op dat van een grasmaaier om de inspectie van de zeebodem na te bootsen. De resultaten van de validatietests in de haven van Scheveningen toonden aan dat de ontwikkelde navigatieoplossing in staat was om de positie van de BlueROV2 nauwkeurig te bepalen, zelfs zonder het gebruik van de GPS. De prestaties zijn vergelijkbaar met die van geavanceerdere volumineuze systemen, maar tegen een lagere kostprijs.
Volgende fase
Om de ontwikkelde navigatieoplossing verder te verbeteren, kunnen de kalibratiefase en de integratie van extra sensoren worden verbeterd. Het verfijnen van de autopilot-functie en het integreren van geavanceerde planningstechnieken zijn ook belangrijke stappen voor verdere ontwikkeling.
Max Schellenbach is Manager Inshore & Nearshore Diving Services bij Boskalis en ziet AURO als een gamechanger. “Deze voortdurende ontwikkeling en verbetering van de navigatieoplossing bieden mogelijkheden voor betaalbare high-end oplossingen voor kleine ROV's en autonome onderwaternavigatiemogelijkheden. Dit opent nieuwe perspectieven voor efficiënte inspectie en monitoring van onderwateractiva in verschillende sectoren, waaronder offshore windparken, kabels, kademuren, sluizen, enzovoorts.”
Partners
TKI Offshore Energy heeft het project mede mogelijk gemaakt. TNO en haar partners, waaronder Boskalis, staan te trappelen om de stap naar praktijktesten te maken. “Door de ontwikkeling van AURO kan Boskalis haar duikers veel gerichter inzetten op expertiseklussen ook omdat het bedrijf ervan overtuigd is dat in de toekomst gespecialiseerde duikers steeds moeilijker te vinden zullen zijn,” legt Max Schellenbach uit. “De directe beschikbaarheid van data die de ROV doorgeeft, is een groot voordeel. Daarnaast zijn dit soort geavanceerde technologische oplossingen 24/7 inzetbaar en dat zijn schaarse vakkundige mensen niet.”
Dit artikel maakt deel uit van de serie Project in Beeld. Bekijk hier meer projecten.