Design and Implementation of a Dual Uncrewed Surface Vessel Platform for Bathymetry Research under High-flow Conditions

要約

水中トポグラフィーの研究である海底地域は、水没した構造のソナーマッピングに依存しています。
インフラストラクチャの健康監視に重要なこれらの測定は、多くの場合、高価な計装が必要です。
センサーの損傷または血管損失に関連する高い財政的リスクは、海底地形のために不規則な表面容器（USV）を展開することを嫌がります。
ただし、乗組員は費用がかかり、人員に危険をもたらし、特に高流の下での海底地形データ収集に必要な安定した条件を達成できないことがよくあります。
自律的な制御、ナビゲーション、およびデータ処理技術を前進させるためには、さらに研究が不可欠です。
データの評価と処理だけでなく、水域に焦点を当てた自律制御とナビゲーションの両方で統合された研究を可能にするアクセス可能なハードウェアプラットフォームが顕著に不足しています。
このペーパーでは、不規則な海底地形研究に合わせた2つの補完的なUSVシステムの設計と実装を通じてこのギャップに取り組んでいます。
これには、ナビゲーションおよび制御研究のための低コストのUSV（NAC-USV）と、高解像度マルチビームソナーを備えた2番目のハイエンドUSVと、水域データ品質評価と後処理研究のための関連するハードウェアが含まれます（
bep-usv）。
NAC-USVは、自律的でフェイルセーフナビゲーションと制御の調査を促進し、高品質の海水測定データ収集の安定性要件を強調し、機器のリスクを最小限に抑えます。
NAC-USVハードウェアを反映したBEP-USVは、追加の制御検証と海底地形データ評価と後処理方法論の詳細な調査に使用されます。
両方のシステムの設計と実装、および設計のオープンソースについて詳しく説明します。
さらに、さまざまな運用シナリオでシステムの有効性を示します。

要約(オリジナル)

Bathymetry, the study of underwater topography, relies on sonar mapping of submerged structures. These measurements, critical for infrastructure health monitoring, often require expensive instrumentation. The high financial risk associated with sensor damage or vessel loss creates a reluctance to deploy uncrewed surface vessels (USVs) for bathymetry. However, the crewed-boat bathymetry operations, are costly, pose hazards to personnel, and frequently fail to achieve the stable conditions necessary for bathymetry data collection, especially under high currents. Further research is essential to advance autonomous control, navigation, and data processing technologies, with a particular focus on bathymetry. There is a notable lack of accessible hardware platforms that allow for integrated research in both bathymetry-focused autonomous control and navigation, as well as data evaluation and processing. This paper addresses this gap through the design and implementation of two complementary USV systems tailored for uncrewed bathymetry research. This includes a low-cost USV for Navigation And Control research (NAC-USV) and a second, high-end USV equipped with a high-resolution multi-beam sonar and the associated hardware for Bathymetry data quality Evaluation and Post-processing research (BEP-USV). The NAC-USV facilitates the investigation of autonomous, fail-safe navigation and control, emphasizing the stability requirements for high-quality bathymetry data collection while minimizing the risk to equipment. The BEP-USV, which mirrors the NAC-USV hardware, is then used for additional control validation and in-depth exploration of bathymetry data evaluation and post-processing methodologies. We detail the design and implementation of both systems, and open source the design. Furthermore, we demonstrate the system’s effectiveness in a range of operational scenarios.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google