Opmåling med drone og brug af dybdedata i fremtidens autonome skibe

Fremtidens brug af autonome skibe vil stille nye og større krav til opmåling af vores farvande og erhvervshavne. De autonome skibe vil kræve flere og bedre kortdata. Det samlede areal, som er opmålt, skal øges, og det samme skal opmålingsfrekvensen. Data skal være let tilgængelig og omkostningen skal ligge på et niveau, som er attraktivt for erhvervshavne og rederier.

AF MARTIN STOCKHOLM, DANADYNAMICS

Ovenstående var bevæggrunden for at starte en maritim dronevirksomhed, der kunne levere autonome (sejlende) droner, som var designet til at løse specifikke opgaver med søopmåling, og som sejlede med danskudviklet software.

Med støtte fra rederierne gennem Den Danske Maritime Fond og gennem et ophold i et nyoprettet maritimt inkubatormiljø, Maritim Startup Hub i Svendborg, udviklede vi på mindre end et år den første danske drone, som kan sejle autonomt og indsamle bathymetriske data med multibeam sonar.

Filosofien har hele tiden været, at opgaverne skal løses bedst muligt ved at specieldesigne dronerne til de konkrete opgaver. Søopmåling stiller krav om et stabilt fartøj selv med en avanceret IMU (Inertial Measurement Unit - den enhed, der samler data fra dronens bevægelser) af høj kvalitet. Jo mere stabilt man sejler, når data indsamles, jo bedre bliver det endelige opmålingsresultat. Da dronen både skal operere i beskyttet farvand i erhvervshavne, i åbne sejlløb og nogle gange kystnært, var det nødvendigt at udvikle et fartøj, der var let, men samtidig yderst stabilt.

Søopmåling med autonom maritim drone

Vores gule søopmålingsdrone har et forskib med meget lidt reserveopdrift. I vandlinjeplanet er dronen meget smal i forskibet. Det betyder, at bølgernes tag i fartøjet reduceres betydeligt, hvilket giver en roligere gang i søen. De to sideskrog, som foldes ud under sejlads, forhindrer dronen i at rulle tværskibs. Søopmålingsdronen, der er til kystnært brug, kan operere i bølger af 0,5 meter (sea state 2) og stadig sejle tilpas roligt til at indsamle data, se figur 1.

Figur 1. Opmåling for Vejle Erhvervshavn med søopmålingsdrone. Foto: DanaDynamics

Vi har selv udviklet det autonome styre- og navigationssystem, som benyttes i dronerne. Systemet bruger bl.a. kortdata, GPS, AIS-data fra skibe (automatic identification system) og input fra en LIDAR, som hele tiden scanner omgivelserne rundt om dronen.

Den elektriske drone er fleksibelt opbygget forstået på den måde, at den kan udstyres med forskellige typer af multibeam sonar. Den har ligeledes plads til et elektrisk spil, som kan benyttes til en lydhastighedsmåler.

Datafangst og datakvalitet

Indsamlet data gemmes lokalt om bord, men kan også reduceres og løbende sendes til land. Kvaliteten af bathymetriske opmålinger afhænger meget af det udstyr, som benyttes. En god opmåling kræver et godt datagrundlag og punktopløsningen afhænger af sonarens kvalitet.

I figur 2 ses en opmåling foretaget med Teledyne Reson SeaBat T20 ved Frederikssund. Vanddybden er ca. 11 meter og sandbølgerne er ca. 1 meter høje.

Mens markedet modnes

Der er flere grunde til, at vi driver egen opmålingsvirksomhed. Ved at arbejde med dronen indhentes erfaringer til udvikling af fremtidige designs og videreudvikling af det autonome styresystem. Samtidig modnes markedet for brug af droner til indsamling af data.

Vi kan ikke levere et ordentligt produkt uden selv at kunne forstå arbejdet. Vi har derfor tilknyttet en uddannet søopmåler. Vi har siden 2020 opmålt en række erhvervshavne herhjemme. Opmåling med drone giver en række fordele specielt, når dronen selv kan indsamle data. Dronen navigerer selv og returnerer med et brugbart datasæt.

Målet er en platform, der er så autonom, at den kan indsættes i en havn og selv finde ud af, hvordan den skal sejle optimalt uden at kollidere med forhindringer eller fartøjer. Det er planen at udvikle nye typer droner med længere aktionsradius, og vi kigger mod Arktis, hvis de rette samarbejdspartnere melder sig på banen.

Bathymetriske opmålinger i søer

Medlemslandene i EU har forpligtet sig til at overvåge miljøet i vores søer iht. EU’s Vandrammedirektiv og EU’s habitatdirektiv. Det betyder, at tusindvis af søer overvåges hvert år. Mange søer er ikke opmålt med sonar.

Vi barsler med en ny mindre amfibiedrone, som søsættes sidst på året. Den nye drone skal lette arbejdet med miljøovervågning i søer. Den indsamler data og fysiske prøver til videre analyse med specieludviklet prøvetagningsudstyr. Dronen er selvfølgelig autonom og udstyres med en multibeam sonar, så den kan levere bathymetriske opmålinger.

Miljødronen lanceres til brug i søer, men vil kunne indsættes fra kysten og hjælpe med indsamling af vandprøver og monitorering af søgræs.

Vi udvikler den danske miljødrone i et samarbejde med Miljøstyrelsen, SDU og KC Denmark A/S.

Autonomi i kommerciel skibsfart

Sidste efterår begyndte videreudviklingen af det autonome navigationssystem, så det kan benyttes i kommercielle skibe. Det sætter os i stand til at sejle på et højere niveau af autonomi. Det første autonomisystem er klar til levering næste sommer.

Figur 2. Opmåling med SeaBat T20 ved Frederikssund. Foto: Teledyne

Navigationssystemet bygger på sensorfusion og gør brug af de traditionelle sensorer på et skib som radar, AIS og GPS. Hertil kommer brug af LIDAR-teknologi, sonar og kameraer til objektgenkendelse. En kunstig intelligens trænes til at genkende maritime objekter som fx skibe og bøjer. Udover sensorerne benyttes der også data fra søafmærkningsregistret og Geodatastyrelsen leverer dybdedata i et testområde ved Svendborg til udvikling.

Udviklingen sker med støtte fra Innovationsfonden og Den Danske Maritime Fond. Blandt samarbejds partnerne er den maritime uddannelsesinstitution SIMAC og DanPilot (den statslige lods), begge i Svendborg.

DanaDynamics har 10 ansatte og startede i sommeren 2018. Første autonome drone blev søsat inden for et år i sommeren 2019.

DanaDynamics udbyder søopmåling med drone. Miljøovervågningsdronen (amfibiedrone) lanceres sidst på året og kan opmåle fra søbred eller kyst.

DanaDynamics kan levere et autonomisystem til skibsfart i sommeren 2022.

Læs mere på www.danadynamics.com