Um sistema de evas?o de colis?o com respeito ? COLREGS para ve?culos n?o-tripulados que navegam na superf?cie da ?gua

Autor: Jurak, Darlan Alves
Přispěvatelé: Amory, Alexandre de Morais, Jorge, Vitor Augusto Machado
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da PUC_RS
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS)
instacron:PUC_RS
Popis: Os ve?culos de superf?cie n?o tripulados (USVs) constituem uma categoria de rob?s aqu?ticos que atuam sem tripula??o na superf?cie da ?gua, apresentando comportamento aut?nomo ou sendo controlados remotamente. Nas ?ltimas d?cadas, v?rios estudos foram realizados para tornar os USVs aut?nomos. As atuais aplica??es de USVs incluem monitoramento do ambiente, explora??o de recursos oce?nicos como petr?leo e g?s, vigil?ncia portu?ria e costeira para fins militares, transporte e pesquisa cient?fica. O Regulamento Internacional para evitar Abalroamento no Mar (RIPEAM) determina regras que devem ser seguidas por marinheiros para evitar colis?es em poss?veis cen?rios de colis?o, como cruzamento, encontro frontal e ultrapassagem. Atualmente, colis?es diretas entre navios representam 60% dos acidentes no mar, e 56% das colis?es s?o causadas por viola??o do RIPEAM. Portanto, os USVs devem estar em conformidade com o RIPEAM. Nesta disserta??o, apresentamos o sistema que desenvolvemos para orientar USVs em miss?es aut?nomas e em conformidade com o RIPEAM. O principal m?dulo de orienta??o do nosso sistema ? um planejador de caminhos que respeita o RIPEAM. Adaptamos a t?cnica de Artificial Terrain Cost, apresentado por Agrawal [3] et al., ? nossa solu??o baseada em A*, dessa forma, bloqueamos no espa?o de busca as posi??es n?o compat?vel com o RIPEAM, atrav?s da cria??o de obst?culos virtuais. Desenvolvemos o nosso sistema usando o ROS (Robotic Operating System) e integramos ele a um barco diferencial dispon?vel no simulador USV_sim, um simulador para USVs, capaz de gerar dist?rbios realistas, como vento e corrente de ?gua. Para a avaliar o sistema proposto, medimos o tempo computacional, o vento m?ximo sustentado e a dist?ncia m?nima mantida ao encontrar outra embarca??o nos cen?rios de encontro frontal, de cruzamento pela esquerda, cruzamento pela direita e ultrapassagem. Unmanned surface vehicles (USVs) are a category of aquatic robots that act unmanned on the water surface, performing autonomous behavior or being remotely controlled. In recent decades, several studies have been carried out to make USVs autonomous. The main challenges are related to collision avoidance, accurate navigation on the high seas, and compliance with international maritime rules, such as the Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea (COLREGS). Current applications of USVs include monitoring the environment, exploiting ocean resources such as oil and gas, port and coastal surveillance for military purposes, transport, and scientific research. COLREGS determines rules that must be followed by sailors to avoid collisions in possible collision scenarios, such as crossing, head-on, and overtaking. Currently, direct collisions between vessels represent 60% of accidents at sea, and the violation of COLREGS causes 56% of collisions. Therefore, USVs must comply with COLREGS. In this master?s thesis, we present the system we developed to guide USVs on autonomous missions while following the COLREGS. The main guidance module of our system is a path planner that follows the COLREGS. We adapted the Artificial Terrain Cost method, presented by Agrawal [3] et al., to our solution, blocking locations in the search space that are not compliant with COLREGS, through the creation of virtual obstacles. We integrated our system to a differential boat available in the USV_sim simulator, a simulator for USVs, capable of generating realistic disturbances, such as wind and water current. To evaluate the proposed system, we measure the computational time, the maximum sustained wind, and the minimum distance maintained when encountering another vessel in the scenarios of head-on, crossing from the left, crossing from the right, and overtaking encounters.
Databáze: OpenAIRE
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