Морские дроны, искусственный интеллект (ИИ) и безэкипажный флот интенсивно внедряются в судоходство. Они становятся полноправными участниками процесса, оказывая влияние на обстановку и безопасность акваторий.
Все эти темы активно развиваются во всем мире, и Россия – не исключение. Например, изучением и продвижением применения морских дронов в гидрографии, а также использование ИИ в подъеме судов со дна занимается компания Tazmar Maritime.
«Медиапалуба» поговорила с кандидатом технических наук, доцентом, конструктором Tazmar Maritime Анной Гринек и кандидатом технических наук, доцентом, руководителем исследовательских проектов Tazmar Maritime Игорем Бойчуком о машинном зрении, о роботизации подъема судов и других современных направлениях деятельности.
П: Игорь, Анна, расскажите, чем занимается ваш отдел в компании Tazmar Maritime?
И. Б.: Направленность Tazmar Maritime — это гидрографические исследования и все, что с ними связано. Тут широкое поле для деятельности: гидрография акваторий и водных маршрутов; инженерное сопровождение дноуглубительных и строительных работ; батиметрические исследования донных поверхностей, разработка программного обеспечения для картографии. Другое направление деятельности — обеспечение этих технологических процессов современными беспилотными аппаратами и гидрографическими оборудованием. Научно-техническая поддержка этих решений позволяет сделать работу более эффективной и надежной. Например, под оригинальным программным обеспечением «Gisma», разработанным в Tazmar Maritime, кроется сфера математического моделирования, связанного с обработкой сигналов, построением цифровых моделей донных поверхностей. Решения в области использования беспилотников требуют знаний в области использования малых автономных надводных средств. В настоящее время наш отдел исследует возможность, например, расширения функций уже имеющихся и приобретаемых беспилотных аппаратов.
А. Г.: Речь идет еще о том, что перечень услуг и процессов, которые обеспечивает предприятие, может и должен быть расширен функционально, аппаратно и программно. К примеру, гидрография связана с безэкипажным судовождением. Соответственно, стоит вопрос о разработке алгоритма взаимодействия маломерных аппаратов с оператором, с портовыми службами, между собой, с препятствиями. Актуален вопрос расширения функций алгоритмов оборудования, который уже имеется на предприятии. Мы как научные специалисты не один год занимаемся темами, связанными с системами управления, моделированию электроэнергетических систем, надежности, человеко-машинному взаимодействию. На данном этапе мы пытаемся применить наши знания и умения в области работы компании.
И. Б.: На рынке есть компании, которые занимаются научными изысканиями. Они используют уже известные наработки в мире и в России. В настоящее время научные наработки концентрируются, в основном, в научно-исследовательских центрах и университетах. В вузе есть своя специфика научной работы, часто базирующаяся на энтузиазме сотрудников. Потому что учебные заведения не могут производить свои продукты: либо не хотят, либо не имеют на это финансирования. Внедрение требует вложений. В этом могут помочь или госпрограммы по финансированию научных коллективов, или коммерческие компании. И получается ситуация – либо финансируют фундаментальную науку и академический коллектив специалистов, либо заранее коммерчески выгодные стартапы. В работе стартапов есть нюансы – чтобы попасть в эту «обойму», нужно иметь несколько выраженных признаков предприятия стартапа: всегда быть в курсе дел, участвовать в различные рода программах и акселераторах, что отнимает очень много энергии. На практике эти процессы не всегда связаны с прорывными технологиями в принципе. И для того, чтобы современным разработкам выйти на большой рынок, нужно университетам либо взаимодействовать с промышленными компаниями, либо таким компаниям привлекать к своей работе ученых, которые занимаются соответствующими разработками в университетах.
П: Расскажите, пожалуйста, о научной составляющей работы компании?
А. Г.: Например, при судоподъеме, когда требуется поднять сложный массивный объект со сложной структурой и неизвестным позиционированием в не до конца определенных физических условиях. Процесс включает в себя такие стадии, как: разделение судна, демонтаж конструкций, подъем и утилизацию, оформление документации. Эти процессы обычно происходят с использованием высококвалифицированных кадров и на основании уже имеющихся сценариев и опыта исполнителей. Для данной сферы остро стоит вопрос математического описания процессов, разработки роботехнических систем и алгоритмов взаимодействия сложного оборудования. Научный анализ в данном случае будет заключаться в предварительной оценке состояния многокомпонентной конструкции, моделировании поведения конструкции, разработке траекторий движения роботизированного оборудования. Такие работы, как опускание аппаратов, поднятие-захват элементов, резка металла, расчет траекторий и тяговых усилий могут быть проведены с оптимальными критериями производительности или безопасности.
И. Б.: Возьмем гидрографию, где возможно применение и улучшение, благодаря внедрению вышеперечисленных инструментов. Есть эхолот, который дает сигнал, мы получаем облако точек, и дальнейшая работа строится на том, насколько хорошо обработано облако. Мировые тенденции в этом направлении – использование искусственного интеллекта. Искусственный интеллект – это алгоритмы глубокого обучения, которые позволяют обучаться машине очень долго и на каких-то примерах. Алгоритмы глубокого обучения могут дать существенное дополнение и плюсы, связанные с обработкой большого объема информации в течение длительного времени. В этом плане искусственный интеллект, возможно, более надежен, потому что не устает, и может замечать закономерности, которые человек может упустить. Но, в то же время, как бы не был привлекателен ИИ, все равно все работы нужно проводить под наблюдением человека.
Также наблюдается движение в направлении использования ИИ в машинном зрении. Машинное зрение может выступать вспомогательной функцией для оператора. Если посмотреть на безэкипажные суда или морские дроны, то с ними связано много вопросов и задач, которые до конца не решены до сих пор. Они касаются правил расхождения судов, работы береговых служб и прочих систем и служб. Остальной флот использует международные правила предотвращения столкновения судов МППСС-72, где четко прописано, что делать. Применение дрона под эти правила не совсем подходит. Почему? Потому что при встрече судна и малого морского дрона судно однозначно должно иметь преимущества, поскольку дрон по своим габаритам и стоимости не может сравниваться с судном. Малые автономные суда пока не могут иметь приоритеты. Но тогда возникает сразу же другой вопрос – идут два дрона навстречу друг другу, неподалеку третье судно, как быть в таком случае? Три объекта, движение которых влияют друг на друга. И вопрос геометрической задачи с определенными условиями математически не решается. Соответственно, дроны надо учить, то есть, как один из способов, анализировать все варианты развития событий и искать безопасные.
П: Насколько дроны внедрены в судоходство сейчас? Бывают ли уже такие ситуации правовой и научной недостаточности, о которых вы выше рассказали?
А. Г.: Тут речь идет не об автономном грузовом крупнотоннажном флоте, сейчас мы говорим о небольших дронах, несущих функцию не по перевозке людей или груза, поэтому у них снижен уровень ответственности и требований к ним. В акватории какого-нибудь порта или судоходной реки, или гигантских пляжей вопрос обязательного обеспечения морскими дронами будет вставать в ближайшие годы.
Актуальна проблема обеспечения надежности дронов. Предполагается повышение надежности таких аппаратов. Компании не захотят лишаться аппаратов или поднимать их потом со дна. Используемые дроны подвержены поломкам в море, и эта проблема должна быть решена. Если случается происшествие на море, то мы сталкиваемся с задачей минимизации последствий. Вторая проблема – портовая инфраструктура. Судно должно подойти к оборудованному причалу, заправиться или зарядить батареи. И это только часть вопросов. Пусть необходимо предсказать состояние объекта в течение определенного времени. Когда у него может случиться отказ, какие элементы или компоненты могут выйти из строя, что может износиться по тем или иным причинам. Все элементы выстраиваются в единую иерархически структурную математическую модель. Это позволит с определенной степенью вероятности предсказать поведение объекта. Чем проще объект, тем достовернее будет предсказание.
П: Расскажите про модель надежности и рисков при гидрографических работах.
А. Г.: При судоподъёме стоит задача оценки потенциальных рисков, связанных с поднятием. Для этого необходимо разработать модели и сценарии поведения конструкции. Например, модели ударных нагрузок и разрушения, расчет усилий и давлений в подъёмном оборудовании, схему их расстановки. Такие рассуждения входят в этапы судоподъёма и обеспечиваются специалистами компании. Стремительное развитие беспилотных технологий в судоходстве порождает ряд серьезных вызовов, связанных с необходимостью эффективной обработки и управления колоссальными объемами пространственных данных, получаемых от многочисленных сенсоров и систем автономных судов. Современный беспилотник оснащается целым комплексом датчиков, включая лидары, радары, сонары, видеокамеры, высокоточные системы позиционирования. Ежесекундно они генерируют гигабайты информации об окружающей обстановке, которую необходимо в реальном времени анализировать и использовать для обеспечения безопасной и надежной работы судна. Отдельно стоит сказать о выборе подходящих алгоритмов обработки данных с камер наблюдения, обработке изображения и принятии решения о его корректности. Программное обеспечение использует алгоритмы обработки изображения: статистической обработки, фильтрации сигнала, классификации и прочих.
И. Б.: Имеющийся опыт в оценке надежности сложных систем дает представление о том, как можно разработать модель и прогнозировать поведение различных объектов, например, эхолота. Смысл таких задач нагляден. Имеющиеся сегодня технические характеристики всех систем дают возможность строить модели надежности. Опыт Tazmar Maritime в части эксплуатации, применения, хранения, ремонта дает возможность делать прогнозирование отказов, что в перспективе приводит к уменьшению их количества.
П: Какие инновационные решения уже принесли коммерческий результат?
И. Б.: Компания Tazmar Maritime ведет активную разработку передовых решений для беспилотных судов нового поколения. В основе подхода лежит применение универсальной геоинформационной платформы GISMA и комплекса методов полимодального моделирования. GISMA представляет собой универсальную геоинформационную систему, в основе которой лежит создание и управление высокодетализированными цифровыми моделями реальных физических объектов. Платформа предоставляет широкий набор инструментов для безопасного хранения и обработки геопространственной информации, организации распределенного доступа, проведения комплексного анализа и исследований. Фактически мы создаем виртуальную модель акватории, по которой движется беспилотное судно, со всеми находящимися на ней объектами — другими судами, навигационными знаками, прибрежной инфраструктурой и т.д.
Вторым важнейшим компонентом разрабатываемого комплекса решений является методология полимодального моделирования беспилотного судна как сложной многокомпонентной системы, предложенная научными коллективами морских университетов. Ключевая идея заключается в комбинировании различных типов моделей — аналитических, имитационных, логических, алгоритмических и других. Мы использовали весь арсенал современных методов моделирования, от теоретико-множественных подходов до нейросетей и цифровых двойников. Это позволило всесторонне описать разнообразные физические процессы, протекающие в судовых системах, и их взаимодействие. Разработанные модели легли в основу комплекса программных средств, обеспечивающих всестороннее описание функционирования беспилотного судна. Созданы высокоточные имитаторы движения, учитывающие специфику различных акваторий и гидрометеорологических условий. Проведено масштабное численное моделирование динамики судна и критически важных систем — энергетической, информационно-управляющей, механической и других. Построены детальные цифровые модели, на которых отрабатываются алгоритмы автономного управления. Для оценки действий в нештатных и аварийных ситуациях применяются виртуальные тренажеры. Интеграция наших моделей с платформой GISMA дала в результате мощную систему цифровой реальности, которая открывает совершенно новые возможности для создания эффективных и безопасных беспилотных судов. Фактически мы получили универсальный инструментарий для разработки, тестирования и отладки автономных судовых систем. Он найдет применение на всех стадиях жизненного цикла — от проектирования до эксплуатации.
О новом способе проектирования судна в виде единой системы сведений, а не привычных нам разрозненных данных обо всех узлах судна, можно почитать здесь.
Поезд, груженный 62 сорокафутовыми контейнерами, отправился с железнодорожного логистического хаба Цисуму на территории города Уланчаб в конце апреля.
Сегодня транспортный коридор «Север-Юг» обретает стратегическое значение для торговли со странами Южной Азии, Африки, через дружественные страны Закавказья, Каспийского региона, Средней Азии.
Марина рассчитана на более 600 судов международного класса, а общая длина причальной инфраструктуры составит 1941 метр.
Представители Афганистана предлагают территорию своей страны в качестве транзита для развития международного транспортного коридора.
