Ervoor zorgen dat schepen, andere zeevaartuigen hun weg vinden

Bijna alles in ons dagelijks leven – van de elektronische gadgets die we allemaal gebruiken, tot de koffie die we drinken en de bananen die we eten – is afhankelijk van verzending. Schepen wereldwijd vervoeren jaarlijks ongeveer 11 miljard ton goederen, wat neerkomt op ongeveer 1,5 ton voor elke persoon op aarde.

Maar hoe navigeren die schepen veilig op de open oceaan of in de drukke wijken van scheepvaartroutes?

De antwoorden op die vragen en meer zijn te vinden in de tweede editie van een populair leerboek over de begeleiding, navigatie en besturing van zeevaartuigen. De uitgever John Wiley & Sons Ltd. heeft zojuist de Handbook of Marine Craft Hydrodynamics and Motion Control, geschreven door professor Thor I Fossen, van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie (NTNU).

“De nieuwe editie omvat naast schepen en semi-submersibles ook autonome voertuigen zoals onbemande oppervlaktevoertuigen (USV’s) en autonome onderwatervoertuigen (AUV’s).

De tweede versie van het boek bevat ook nieuwe resultaten over intelligente navigatiesystemen en modellen van autonome voertuigen die onder water en aan de oppervlakte opereren. Het wordt geleverd met populaire software genaamd de Marine Systems Simulator, een GitHub-repository die over de hele wereld wordt gebruikt.

Fossen is cyberneticus, wat betekent dat hij allerlei feedbackmechanismen bestudeert die worden gebruikt bij de communicatie en besturing van schepen, vliegtuigen, autonome robots en drones.

“Ik raakte geïnteresseerd in het onderwerp als promovendus. Ik schreef mijn proefschrift over autonome onderwatervoertuigen in 1991,” zei hij. “Autonome voertuigen zijn hot tegenwoordig, dus je mag wel zeggen dat ik vroeg was.”

Hij is hoogleraar Begeleiding, Navigatie en Controle bij NTNU en is plaatsvervangend hoofd van NTNU AMOS, het Centrum voor Autonome Mariene Operaties en Systemen. Hij staat ook internationaal aan de top als een veel geciteerde professor, met tot nu toe meer dan 32.000 citaties.

Een van de opkomende problemen waarmee cybernetica en autonome zeevaartuigen worden geconfronteerd, is cyberbeveiliging, zei Fossen.

“We maken ons grote zorgen over cyberbeveiliging, aangezien autonome voertuigen kunnen worden gekaapt en zelfs als wapens kunnen worden gebruikt. Daarom coderen we alle sensor- en besturingssignalen in de feedback-controlelussen”, zei hij. “Dit vereist een nieuw type coderingsmethoden, omdat er grote gegevensstromen zijn die in realtime moeten worden versleuteld.”

Fossen behaalde zijn MSc in Naval Architecture en zijn Ph.D. in Engineering and Cybernetics van het Norwegian Institute of Technology, een van de voorgangers van NTNU.

Fossen werd in 1998 verkozen tot lid van de Norwegian Academy of Technological Sciences en werd in 2016 een Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Fellow.

“Bijna niemand heeft zo’n enorme academische voetafdruk en in navigatie-, navigatie- en controlesystemen voor zeevaartuigen achtergelaten en zulke normen gesteld voor scheepsbeheer als Thor”, zegt Asgeir Sørensen, die nauw samenwerkt met Fossen en hoofd is van NTNU AMOS.

De uitgevers zeggen dat het handboek de nieuwste tools biedt voor analyse en ontwerp van geavanceerde GNC-systemen (Guidance Navigation and Control), en een uitgebreide studie is van het nieuwste onderzoek op het gebied van hydrodynamica, geleiding, navigatie en controlesystemen voor zeevaartuigen.

“De tekst stelt vast hoe de implementatie van wiskundige modellen en moderne regeltheorie kan worden gebruikt voor simulatie en verificatie van regelsystemen, beslissingsondersteunende systemen en situationele bewustzijnssystemen. De dekking omvat hydrodynamische modellen voor zeevaartuigen, modellen voor wind, golven en oceaan stromingen, dynamiek en stabiliteit van zeevaartuigen, geavanceerde geleidingsprincipes, sensorfusie en traagheidsnavigatie”, aldus een samenvatting op de website van de uitgever.