استقلال المحيط: النرويج إلى الصدارة

مفهوم يانج بيركيلاند من سفينة Kongsberg. (الصورة: كونجسبرج)

البروفيسور Asgeir Johan Sørensen (صورة من NTNU AMOS ، تأليف ثور نيلسن)

مفهوم Oceaneering للحرية ، وعرض في شكل نموذج 3D المطبوعة في مؤتمر وادي Subsea في أوسلو. (الصورة: إيلين ماسلين)

Previous Next

إن النظم البحرية المستقلة التي تعمل بشكل مستقل وفي الأنظمة المتصلة تصبح بسرعة قطاعا تنمويا داخل مجال صناعة المحيطات ، بما في ذلك صناعة النفط والغاز.

يبدو أن ظهور أنظمة بحرية مستقلة جديدة هو حدث أسبوعي. ومع انخفاض التكاليف في العديد من المجالات ، من أجهزة الاستشعار إلى الأقمار الصناعية ، فإن بعض هذه الأنظمة تأتي أيضًا في متناول المواطنين العاديين ، وكذلك علماء المحيطات ، الذين يتطلعون إلى فتح أسرار العمق.

جزء من محرك هذه الأنظمة ، في صناعة النفط والغاز على الأقل ، هو تقليل استخدام السفن السطحية المأهولة ، والتي تكون مكلفة للعمل وتنبعث منها أبخرة ، في أحسن الأحوال.

الهدف المحدد للجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا (NTNU) هو تقليل استخدام السفن السطحية بنسبة 80٪ في العديد من عمليات النفط والغاز. لدى مركز NTNU للعمليات والنظم البحرية المستقلة (AMOS) مهمة إيجاد حلول لتحقيق هذا الهدف ، بالإضافة إلى أهداف لزيادة رسم الخرائط ورصد التغطية بمقدار 10 في عشر التكلفة. هدف آخر هو "العمليات البحرية الآمنة في أي مكان في أي ولاية بحرية بواحد عشر التكلفة" ، يقول Asgeir Johan Sørensen ، أستاذ ومدير AMOS.

لدى النرويج حوافز أخرى لإنتاج تقنيات المحيط المتقدمة. لدى البلاد مناطق محيطية أكبر بخمس إلى ست مرات من مساحة اليابسة ، كما يقول سورينسن. وتغطي صناعاتها الرئيسية مصائد الأسماك ، والنقل البحري ، وعلى مدى الخمسين سنة الماضية ، النفط والغاز. يقول سورنسن: "نحن نتحرك الآن نحو الرياح البحرية وتربية الأحياء المائية". "لكي نكون منافسين ، نحن (النرويجيين) يجب أن يكون لدينا جودة عالية ومنخفضة التكلفة" ، وهذا هو السبب الذي يجعل الشركات تستكشف استخدام الأنظمة المستقلة. "تتحمل النرويج أيضاً مسؤولية كبيرة عندما يتعلق الأمر بحوكمة وإدارة المحيطات ، بما في ذلك في القطب الشمالي".

في البداية ، كان العمل في قطاع النفط والغاز ، لتجنب المخاطر على الغواصين ، التي أدت إلى النرويج لتتبع تقنيات تحت سطح البحر تعمل عن بعد. لقد كان في الآونة الأخيرة أن الصناعة كانت تبحث لتطوير أنظمة تحت سطح البحر أكثر مستقلة ، من تجهيز المعدات إلى المركبات تحت سطح البحر ، مثل تتبع خطوط الأنابيب تحت الماء المركبات المستقلة.

في غضون العام الماضي ، تعمل شتات أويل النرويجية على استخدام مفاهيم المركبات المقيمة تحت سطح البحر ، ونشر سيارتين مختلفتين تعملان عن بعد (ROVs) ، وواحدة من شركة Oceaneering (البريد الإلكتروني) ومقرها هيوستن ، وواحدة من IKM مقرها النرويج ، على مدار عدة أسابيع. وحتى نشر الشهر. ومع ذلك ، في حين أن عمليات النشر هذه تعني أن المركبات ذاتية الحكم من حيث أنها لم تعد بحاجة إلى سفينة دعم ، فإنها لا تزال مقيدة ومدارة من قبل الموظفين على الشاطئ.

وستكون الخطوة التالية هي السيارات التي يمكن أن تعمل بدون حبل ، مثل مفهوم الحرية الجديد لـ Oceaneering ، الذي كشف النقاب عنه في مؤتمر وادي الساطيء في أوسلو. إنها مفهوم ROV مقيم ، يعتمد على سيارة هجينة ، والتي يمكن أن تعيش في محطة إرساء تحت سطح البحر وتكون قادرة على الطيران في مهمات إما في وضعية (تعمل عن بعد) أو غير مقيدة (ذاتية الحكم). سيكون لديها بطاريات على متن الطائرة التي سيتم إعادة شحنها في محطة الإرساء الخاصة بها و "مجلة" الأدوات التي يمكن أن تختار منها. وتأمل الشركة في إجراء تجارب في الخارج بنموذج أولي يتوقع أن يبلغ طوله نحو 3.3 أمتار ، في العام المقبل ، حسبما قال مدير العمليات في شركة "آرف إيفرسن" ، في وادي سوبيا.

أكثر من ذلك يجري القيام به لتطوير نظم مستقلة ، ولكن. تم إنشاء NTNU AMOS بين قسم تكنولوجيا البحرية والهندسة Cybernetics في NTNU ، والعمل مع شركاء أبحاث دوليين آخرين وشركات نرويجية ، كدعم مركز التميز (CoE) من قبل مجلس البحوث في النرويج ، من 2013 لمدة 10 سنوات. منذ عام 2013 ، حققت الشركة بالفعل 53 طالبًا لدرجة الدكتوراة والعديد من الشركات الفرعية الأخرى ، بما في ذلك شركة Scout ، وشركة BluEye ، وهي شركة ROV (أعمق طائرة تجارية بدون طيار تحت الماء) ، مع إمكانية استخدام نمط Go-Pro. يعطي هذا المزيج من الشركات فكرة عن اتجاه البحث ، أي شبكات أنظمة مترابطة.

بالإضافة إلى العمل على تحسين الذكاء في الأنظمة ، مثل أنظمة الطاقة ، مما يجعلها أكثر ذكاءً لتحسين استهلاك الطاقة واستخدام البطارية ، تتطلع AMOS أيضًا إلى الأسراب والأنظمة غير المتجانسة ، التي تشمل الطائرات بدون طيار والهواء ، وكذلك المستقلون غير المستقلين. السفن السطحية ، والتي سوف ترد على البنية التحتية الساتلية للاتصال والتواصل.

من المفيد ، أن تكلفة إرسال قمر صناعي إلى الفضاء قد انخفضت ، إلى 390،000 - 520،000 دولار ، كما يقول Sørensen. ويقول: "في حين أن وظائفها محدودة ولا تستمر إلا من ثلاث إلى خمس سنوات ، فإنها مهمة للأنظمة المستقلة". "يمكننا استخدام القمر الصناعي ، وإرسال طائرة بدون طيار ، والعمل مع السفن غير المأهولة ، لعمليات مشتركة."

وقد أصبحت النرويج أرضاً اختباراً لهذه التقنيات ، حيث تم تعيين عدد من المناطق كمجردات اختبار ، بما في ذلك تروندهايمسفيورد في نورثرن النرويج ، ستورفجورد في الجزء الشمالي من غرب النرويج ، وهي منطقة بها العديد من معابر العبارات التي تعتبر مناسبة لاختبار وتطوير تكنولوجيا الاستشعار و نظم الإدارة ، وهورتن على اوسلو المضيق البحري في جنوب النرويج.

في الواقع ، تعمل Kongsberg ، التي تعمل بكثافة في مجال الشحن الذاتي ، بما في ذلك سفينة الحاويات "المستقلة والكهربائية بالكامل" ، Yara Birkeland ، مع NTNU غير المأهولة ، "الروبوت" المدمر تحت الماء "Eelume". كما تشارك Kongsberg بشكل كبير في عدد من المشاريع الأخرى (بعد أن أسست مكانتها في سوق السيارات المستقلة تحت الماء (AUV) مع Munin و Hugin AUVs) ، بما في ذلك Sea-Kit ، وهو طراز AUV-ASV الهجين ، والتي ستلعب في Kongsberg K-MATE نظام التحكم في السفينة سطح مستقل.

ولكن ، نحن بحاجة إلى توخي الحذر في كيفية تعريف الاستقلالية ، مقارنة بالأتمتة ، كما يقول سورينسن. "الأتمتة هي كيفية أداء مهام محددة بشكل جيد دون تدخل بشري. الحكم الذاتي هو عند التعامل مع بيئة غير منظمة وعدم اليقين. تذهب عادة مع أنظمة غير مأهولة عندما يكون هناك ثلاثة Ds: مملة وقذرة وخطرة. المستقل هو عندما لا يكون لدينا روابط وهذا هو السبب أيضا في أن تحت البحر يقود هذا المجال. يجب أن يكون هناك (نظام أو مركبة) من تلقاء نفسه واتخاذ القرارات. البعثات المخطط لها مسبقا ليست ذاتية. إنها الاستقلالية فقط عندما يحدث حدث غير مخطط له ويتعين عليه اتخاذ قرار.

هناك أيضا مستويات مختلفة من الحكم الذاتي ، كما يقول ونهج مختلفة. واحد ، لا يزال الإنسان في الحلقة. ثانياً ، الإدارة بالرضا ، باستخدام التليبيروترات (teleoperators) ، وهو مجال بدأ في صناعة الفضاء بسبب التأخير الزمني في إرسال الإشارات. ثلاثة ، الإدارة عن طريق الاستثناء. "يوجد الكثير من منصات النفط والغاز والمنشآت البحرية في المستوى الثالث ، والإدارة استثناء. في السفينة ، هناك الآلاف من الإشارات فقط للسيطرة على محطة الطاقة. لذلك فإن النظام مستقل بشكل أو بآخر. أربعة ، الحكم الذاتي للغاية. يقول Sørensen أن الحكم الذاتي الكامل لا يستخدم - فالمناقشة تزداد فلسفية.

كيف يتم تنفيذ الحكم الذاتي يمكن أن تتخذ أيضا أشكالا مختلفة. يمكن للمنصات الإحساس ثم التصرف ، أو الإحساس ، أو النموذج ، أو التخطيط ثم التصرف. في حين أن شيئًا مثل نظام إدارة الطاقة في Kongsberg لتحديد المواقع الديناميكية لديه استقلالية ، فإنه ليس قادرًا كثيرًا على إعادة التكوين والقيام بخيارات تداولية ، كما يقول Sørensen ، على سبيل المثال. وبالمثل ، فإن النظام الأساسي غير المستقل ليس مستقلاً ، إنه رد فعل ، كما يقول. يمكن جعلها أكثر استقلالية عن طريق إدخال بنية التحكم التداولية. خذها خطوة أخرى ويمكن للنظام أن يتعلم عن طريق الاستشعار عن طريق العمل.

بشكل حاسم ، يجب بناء الوعي الظرفي ، لتوفير مستوى عالٍ من الاستقلالية. "هذا هو أحد المجالات المهمة المتعلقة بتكنولوجيا الاستشعار ،" مما يؤثر على مدى إدراك البيئة للنظام. "هل هي قادرة على إدراك واستشعار المعلومات ثم البدء في عرض تلك المعلومات في المستقبل (أي جعل التوقعات والتصرف عليها)؟ هذه واحدة من المجالات البحثية الهامة التي نعمل عليها. "

ومن الأمثلة على ذلك أنظمة الخرائط القادرة على اكتشاف ، بحد ذاتها ، أي فجوات في البيانات التي جمعتها والعودة إليها وملئها ، أثناء البعثة. تم استخدام نظام ذكي مثل هذا لتعقب العوالق في عمود الماء ، بعد أن وجد العوالق في المقام الأول ثم اتبعها. وستكون هذه القدرات حاسمة عندما تعمل الأنظمة مع وحول أنظمة الغاز والنفط تحت سطح البحر ، والتي من المتوقع أن تكون واحدة من المجالات الرئيسية التي تتطلب أنظمة مستقلة ، إلى جانب علوم المحيطات ، حسب قول سورينسن.

مهما كان الغرض ، سواء كان استكشاف النفط والغاز أو الطاقة المتجددة أو تنمية تربية الأحياء المائية أو النقل البحري أو علوم المحيطات ، فإن نطاق وقدرة المعدات البحرية والأنظمة المساعدة والدعم يتسع يوما بعد يوم ، مدعوما بالتطورات في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات وتكنولوجيا النانو وحتى التكنولوجيا الأحيائية. (بالنسبة لحركة الثعبان التي تستخدمها Eelume ، على سبيل المثال) ، بما في ذلك المواد الجديدة والأنظمة الميكانيكية والكهربائية الدقيقة والبيانات الضخمة. وكمثال على ذلك ، يجري تطوير الأنظمة التي يمكن أن تستشعر القوى وتوزعها على طول جسم مركبة تحت الماء ، من أجل التعويض عن السحب أو الحد منه ، كما يقول سورينسن. كما أنه يستشهد بالماكرو إلى تشغيل الماكرو والاستشعار ، وأنظمة الرؤية الآلية باستخدام الاستشعار الطيفي الذي يمكن أن يأخذ أي طول موجي لتصنيف وكشف الأشياء التي لم نتمكن من قبل. الاحتمالات واسعة.

يرى سورينسن أيضًا "إضفاء الديمقراطية" على هذا الفضاء. بوجود سواتل أرخص وطائرات تجارية بدون طيار تجارية متاحة للجمهور ، "يمكن لأي شخص أن يكون عالما في المحيطات." إنه توفير التكنولوجيا في الوقت المناسب ، يقول سورينسن. "يجب أن يكون الجميع على بينة من المحيطات ، وكيف نهتم بهم. وضع البلاستيك في المحيط ، لن نفلت من ذلك ، سيشاهده الجمهور أكثر فأكثر.

"إننا نرى أن هناك إمكانات هائلة لأنظمة ذاتية غير مأهولة ، من الفضاء إلى قاع البحر لرسم خرائط ومراقبة المحيطات" ، كما يقول سورينسن.

كيف سيحكم هذا العالم وينظم في بعد لم يتم الرد عليه. هناك أيضا مخاوف بشأن الأمن السيبراني. ولكن ، يحتاج الناس أيضًا إلى النظر في نماذج أعمالهم ، كما يقول سورينسن. "في أي مكان تجلس فيه ، سأكون قلقة بشأن نموذج عملي. هناك تغييرات مستمرة ، يجب أن تكون مستيقظاً "، يقول سورنسن.


(كما نشرت في طبعة أبريل 2018 من مراسل تكنولوجيا البحرية )