ENG: In the rapidly evolving field of maritime technology, the introduction of Maritime Autonomous Surface Ships (MASS) stands out as a landmark innovation, offering a glimpse into the future of autonomous maritime navigation. However, the journey towards fully autonomous maritime operations faces significant challenges, particularly in developing control systems adept at navigating the unpredictable conditions of the open sea. Traditional models have largely focused on calm water scenarios, neglecting the complex dynamics of sea forces, such as wave loads, on ship maneuvering. To bridge this gap, Assistant Professor Daejeong Kim and his team at Korea Maritime & Ocean University have developed a groundbreaking control approach that incorporates these sea forces, marking a significant advance in MASS technology.
At the heart of their innovation is a control model that not only acknowledges but integrates the impact of various sea forces on critical ship components like hulls, propellers, and rudders. By shifting from a traditional time-based model to a spatially focused framework, the team has been able to optimize ship maneuvering time, a crucial factor for the efficiency and safety of autonomous vessels. This model is then woven into a nonlinear MPC framework, yielding a control strategy that significantly outperforms existing methods by accurately considering the unpredictable nature of sea conditions.
To evaluate the effectiveness of their method, the researchers conducted simulations using a real ship model navigating through different wave conditions. They compared three control strategies: one ignoring wave loads, one considering them only during planning, and a comprehensive strategy incorporating wave loads in both planning and execution phases. Their analysis showed that the comprehensive strategy, despite its complexity, offers substantial improvements in MASS reliability and performance by thoroughly accounting for wave influences. This research not only addresses a critical deficiency in autonomous ship navigation but also establishes a new standard for the development of sophisticated, environment-adaptive maritime technologies.
RO: În domeniul în rapidă evoluție al tehnologiei maritime, introducerea Navelor Maritime Autonome de Suprafață (MASS) reprezintă o inovație remarcabilă, oferind o viziune asupra viitorului navigației maritime autonome. Cu toate acestea, drumul către operațiuni maritime complet autonome întâmpină provocări semnificative, în special în dezvoltarea sistemelor de control capabile să navigheze în condițiile imprevizibile ale mării deschise. Modelele tradiționale s-au concentrat în mare parte pe scenarii în ape calme, neglijând dinamica complexă a forțelor marine, cum ar fi sarcinile generate de valuri, asupra manevrării navei. Pentru a umple acest gol, profesorul asistent Daejeong Kim și echipa sa de la Universitatea Maritimă și Oceanică din Coreea au dezvoltat o abordare de control revoluționară care include aceste forțe marine, marcând un progres semnificativ în tehnologia MASS.
În centrul inovației lor se află un model de control care recunoaște și integrează impactul diferitelor forțe ale mării asupra componentelor critice ale navelor, cum ar fi coca, elicele și cârmele. Prin trecerea de la un model tradițional bazat pe timp la un cadru axat pe spațiu, echipa a reușit să optimizeze timpul de manevră al navei, un factor crucial pentru eficiența și siguranța navelor autonome. Acest model este apoi integrat într-un cadru neliniar, obținând o strategie de control care depășește în mod semnificativ metodele existente prin luarea în considerare cu acuratețe a naturii imprevizibile a condițiilor marine.
Pentru a evalua eficacitatea metodei lor, cercetătorii au efectuat simulări folosind un model real de navă care navighează în diferite condiții de valuri. Aceștia au comparat trei strategii de control: una care ignoră sarcinile cauzate de valuri, una care le ia în considerare doar în timpul planificării și o strategie cuprinzătoare care încorporează sarcinile cauzate de valuri atât în faza de planificare, cât și în cea de execuție. Analiza lor a arătat că strategia cuprinzătoare, în ciuda complexității sale, oferă îmbunătățiri substanțiale în ceea ce privește fiabilitatea și performanța MASS prin luarea în considerare în detaliu a influențelor valurilor. Această cercetare abordează o deficiență critică în navigația autonomă a navelor, stabilind un nou standard pentru dezvoltarea unor tehnologii maritime sofisticate și adaptabile la mediu.
Source (Korea Maritime & Ocean University, “National Korea Maritime & Ocean University Researchers Develop a New Control Method That Optimizes Autonomous Ship Navigation”, 12.03.2024)
Paper: Zhang, M., Kim, D., Tezdogan, T. and Yuan, Z.M., 2024. Time-optimal control of ship manoeuvring under wave loads. Ocean Engineering, 293, p.116627.
