SVEUČILIŠTE U RIJECI

POMORSKI FAKULTET U RIJECI

Milan Krčalić

DALJINSKI UPRAVLJANE I AUTONOMNE

RONILICE

DIPLOMSKI RAD

Rijeka, 2011.

SVEUČILIŠTE U RIJECI

POMORSKI FAKULTET U RIJECI

DALJINSKI UPRAVLJANE I AUTONOMNE

RONILICE

Predmet: Automatsko upravljanje plovnim objektima

Mentor: Dr.sc. Vinko Tomas

Asistent: dipl.ing. Marko Valčić

Student: Milan Krčalić

Matični broj: 14889/E

Studij: Elektroničke i informatičke tehnologije u pomorstvu

Rijeka, veljača, 2011.

SADRŽAJ

1. UVOD..........................................................................................................1

2. POVIJESNI RAZVOJ.................................................................................2

3. KLASIFIKACIJA RONILICA..................................................................11

3.1. DALJINSKI UPRAVLJANE RONILICE.........................................11

3.1.1. Ekonomski prihvatljive mikro ronilice...........................................11

3.1.2. Male promatračke ronilice..............................................................13

3.1.3. Promatračke ronilice.......................................................................13

3.1.4. Lagane radne ronilice......................................................................14

3.1.5. Teške radne ronilice........................................................................15

3.1.6. Pridnena vozila................................................................................16

3.1.7. Tegljeni sustavi...............................................................................18

3.2. AUTONOMNE RONILICE..............................................................19

3.2.1. Prema primjeni................................................................................19

3.2.2. Prema autonomiji............................................................................25

3.2.3. Ostali kriteriji..................................................................................29

3.3. HIBRIDNE RONILICE.....................................................................31

4. KOMPONENTE........................................................................................32

4.1. TRUP RONILICE..............................................................................32

4.2. AKTUATORI.....................................................................................33

4.3. SENZORI...........................................................................................36

4.4. KOMUNIKACIJA I NAPAJANJE....................................................41

5. UPRAVLJANJE, NAVIGACIJA I KONTROLA....................................46

5.1. OSNOVNI POJMOVI........................................................................48

5.2. UPRAVLJANJE BESPILOTNIM RONILICAMA...........................52

5.3. NAVIGACIJA BESPILOTNIH RONILICA.....................................59

5.4. MATEMATIČKI MODEL I SIMULACIJA.....................................68

5.4.1. Simulacija promjene kursa..............................................................86

6. ZAKLJUČAK............................................................................................89

7. LITERATURA..........................................................................................91

1. UVOD

Razvoj čovjeka, od svojih najranijih početaka, okarakteriziran je razvojem inteligencije, a

time i inventivnosti u savladavanju neprilagođenosti okolišu. Čovjek je uvijek tražio načine na

koje bi mogao na jednostavniji i sigurniji način sebi osigurati ono najbitnije, hranu, vodu i

sklonište. Kroz tu potragu, čovjek je osigurao temelje za povećanje populacije i stvaranje prvih

civilizacija. Ljudsku povijest krase brojni pronalasci i izumi koji su čovjeku omogućili prodor u

sve više nepristupačne dijelove svijeta pa je već odavno, cijeli kopneni svijet detaljno istražen i

kartografiran. Ne samo da je čovjek naselio i istražio cijelu zemaljsku kuglu, već se vinuo i u

visine i čak izašao iz čvrstog zagrljaja majke Zemlje, pa bismo mogli reći da je napustio fazu

djetinjstva i ušao u fazu adolescencije. Krenuli smo u visine, ali dubine su još velikom većinom

ostale neistražene.

U ovom radu će biti opisana sredstva pomoću kojih je čovjeku omogućeno istraživanje

svijeta ispod površine vode. Dakle, podvodna vozila možemo najjednostavnije podijeliti na

podmornice, koje imaju posadu i/ili putnike i na ronilice, koje se pak mogu podijeliti na one

kojima se direktno upravlja na daljinu i na autonomne ronilice koje su u biti potpuno

automatizirani elektromehanički uređaji upravljani računalom, odn. roboti. U opisima i principu

rada zadržati ćemo se na ronilicama, dakle daljinski upravljanim i autonomnim, a podmornice

nećemo obraditi. Također ćemo opisati razvoj tehnologije kroz povijest, navesti i obraditi

različite vrste ronilica i njihove primjene, te na kraju reći nešto o navigaciji i upravljanju

ronilicama.

1

2. POVIJESNI RAZVOJ

Povijesne činjenice govore nam da je čovjek već duže vrijeme prisutan u podmorju.

Razlozi tome su raznovrsni, od sakupljanja hrane do spašavanja izgubljenih blaga. Prvi zapisi o

pomagalima za ronjenje, ne računajući slamčice korištene kao dihalice, sežu još u vrijeme

Aristotela u 4. stoljeće prije Krista u kojima on bilježi o dostignućima svog suvremenika

Aleksandra Velikog: „...omogućavaju roniocima da dišu jednako dobro i ispod vode na način da

uranjaju kotao, jer on se ne napunja vodom, već zadržava zrak, zbog toga što je na silu naopako

uronjen“[1]. Nadalje, značajniji zabilježeni napredak čovjeka u podmorje ne pojavljuje se do

Guglielma de Lorena (16.st.) koji je razvio unaprijeđeno ronilačko zvono na osnovu nacrta

Leonarda da Vincia te pomoću njega istražio dvije potonule galije rimskog cara Kaligule[2].

Nakon toga, poznati su mnogi pothvati u savladavanju sve većih dubina i izumima sve

praktičnijih naprava od ronilačke kacige pa sve do prvih podmornica.

Slika 1. Prikaz Guglielma de Lorena u njegovoj napravi[2]

2

Kada govorimo o začetku misli o daljinski upravljanim i autonomnim ronilicama,

moramo spomenuti torpedo (1866. godina) i njegovog izumitelja Ivana Lupisa te njegovog

partnera Roberta Whiteheada. Iako torpedo nije zamišljen kao naprava za istraživanje i obavljanje

operacija u podmorju, svejedno ga moramo spomenuti kao prvu ronilicu koja nema posadu i ima

vlastiti izvor energije za pogon.

U ovom radu bi ipak kao početak razvoja ronilica odredili godinu 1953. kada je Dimitri

Rebikoff razvio i predstavio prvu daljinsko upravljanu ronilicu nazvanu POODLE[3]. Neko

vrijeme nakon toga nije bilo značajnih otkrića i unapređenja na tom području. Jedan od razloga je

to što je Rebikoffov POODLE bio namijenjen isključivo arheološkim istraživanjima, znači nije

imao mogućnost prilagodbe za kompleksnije operacije i time nije privukao pažnju industrija jer

nisu uvidjele korisnost takve naprave za njihove svrhe. Samim time naravno nije ni bilo nikakvih

ulaganja u to područje pa nije niti moglo biti napredaka.

Slika 2. a) Fotografija jednog od prvih testnih torpeda u Rijeci, b) Rebikoffov POODLE[3]

Iako je Rebikoffu dodijeljeno jedinstveno mjesto u povijesti kao izumitelju prve daljinski

upravljane ronilice, prvi pravi korak razvoju i gradnji praktične i iskoristive ronilice napravila je

Američka mornarica. Naime, problem je bio u velikom broju izgubljene testne artiljerije na

morskom dnu na dubinama preko 600 metara, te je trebalo pronaći način da se točno locira i vrati

na površinu. Razvili su prvu daljinski upravljanu ronilicu nazvanu CURV (eng. Cable-controlled

Undersea Recovery/Research Vehicle)[4]. Ronilica se proslavila diljem svijeta kada je

1966.godine pomoću nje izronjena izgubljena hidrogenska bomba uz španjolsku obalu sa dubine

od 869 metara što premašuje dubinu za koju je dizajnirana. Taj uspjeh je bio ključna točka u

razvoju ronilica jer je dokazana korisnost takve naprave te su ubrzo sljedili nasljednici CURV II,

3

CURV II-B, CURV II-C i CURV III. CURV III se također proslavila 1973.godine kada je na

dubini od 480 metara uz Irsku obalu kod otoka Cork locirala potonulu mini-podmornicu PISCES

III sa dva člana posade te spojila sajlu pomoću koje je podmornica bila izvučena i posada

spašena.

Slika 3. Daljinski upravljana ronilica CURV (Cable-controlled Undersea Recovery/Research Vehicle): a) CURV I, b) CURV II [4]

Nakon tih uspjeha, mornarica je opravdano dalje ulagala u razvoj sličnih projekata te su

usljedili kompleksnije ronilice sa specifičnijim namjenama. Primjer je Pontoon Implacement

Vehicle ili PIV, ronilica velikih dimenzija čija je namjena bila izvlačenje potonulih podmornica.

U to vrjeme, dakle početkom sedamdesetih godina prošlog stoljeća, mornarica je razvila i

SNOOPY, prvu ronilicu vrlo malenih dimenzija, koja je u biti bila ništa više nego pokretna

kamera čija je glavna namjena bila snimanje. Također je imala svjetlo, dubinomjer, kompas i

jedan manipulator (robotska ruka). Pogon se ostvarivao na način da je na matičnom brodu bila

hidraulična pumpa koja je preko veznog kabela pokretala dva vijka. U seriji SNOOPY ronilica,

uslijedile su još dvije ronilice koje su imale potpuno električnu propulziju te unaprijeđene

kontrolne mehanizme.

4

Slika 4. Daljinski upravljana ronilica a) SNOOPY, b) SNOOPY electric[5]

Po dimenzijama i dosegu, negdje između SNOOPY-a i CURV-a moramo spomenuti i

SCAT (Submersible Cable-Actuated Teleoperator). Ova ronilica je bitna za spomenuti jer je

dzajnirana sa svrhom isprobavanja novog unaprijeđenog načina snimanja. Naime, imala je

ugrađen sustav od više kamera pomoću kojih se dobivala stereoskopska slika, dakle

trodimenzionalna, koji je bio montiran na posebnu pomičnu platformu. Na drugoj strani kabela,

operater je nosio specijalno dizajniranu kacigu koja je na sebi imala senzore pokreta pa je

okretanjem glave u željenom smjeru pomicao kameru i na taj način je bio ostvaren osjećaj da je

operater zapravo u ronilici.

Značajniji iskorak u razvoju područja, mornarica je napravila 1977. godine kada su

izumitelji John D. Hightower, George R. Beaman,

George A.Wilkins i Douglas W. Murphy, predstavili RUWS (Remote Unmanned Work System).

RUWS je bio napredan zbog više razloga. Prvo, bio je dizajniran za velike dubine do 6100

metara, što mu je davalo pristup 98% morskog dna. Drugo, bio je opremljen sa dva kompleksna

manipulatora koja su bila sposobna za različite zadaće. Samim time RUWS je bio prilagodljiv i

sposoban za različite komplicirane zadatke.

Slika 5: Remote Unmanned Work System[6]

5

Manipulatorima i kamerom je operater vrlo jednostavno upravljao iz kontrolne sobe

pomicanjem posebno dizajniranih poluga koje su predstavljale same manipulatore i pomoću već

opisane kacige koja je bila dizajnirana za SCAT. Sustav manipulatora i poluga je imao i povratnu

vezu, dakle težine i sile s kojima se manipulator susretao pri obavljanju zadataka, bile su

reproducirane na polugama, te ih je operater mogao osjetiti i ponašati se u skladu s tim. Princip

rada je prikazan na slici 6.

Slika 6: Upravljanje manipulatorima i kamerom RUWS-a[3]

Još jedna prednost koju je RUWS posjedovao je bio inventivan način rješavanja problema

dugog kabela. Naime, sam RUWS se zapravo sastojao od dva modula. Drugi modul je zapravo

bio svojevrsni uteg koji se zajedno sa RUWS-om spuštao u dubinu. Kad bi dosegli određenu

dubinu, RUWS se odvojio od teškog PCT-a (Primary Cable Termination) i obavio zadatak i dalje

spojen sa PCT-om preko kabela na izvlačenje dugog maksimalno 260 metara. Na taj način je

neutralizirano povlačenje ronilice težinom kabela koje bi se pojavilo da je RUWS direktno bio

vezan sa matičnim brodom.

6

Slika 7. RUWS: Porinuće i obavljanje zadaće [7]

U to doba, dakle u prvoj polovici sedamdesetih godina prošlog stoljeća, osim projekata

Američke mornarice, postojalo je još nekoliko projekata razvoja ronilica, uglavnom financiranih

od vlada i ministarstava Velike Britanije, Finske, Norveške i Sovjetskog saveza. No, još uvijek

industrije nisu krenule ulagati sredstva u razvoj tog područja pa nije ni bilo serijske proizvodnje

ronilica, već se zadržalo na razvoju pojedinačnih projekata. Npr. godine 1974. napravljeno je 20

ronilica od čega ih je čak 17 bilo financirano od vlada pripadajućih država. Godinu 1975.

možemo smatrati prekretnicom, jer do kraja 1982. godine, broj ronilica je porastao na 500.

Privlačenje pozornosti industrija i privatnih ulagača možemo pratiti i kroz činjenicu da od svih

ronilica napravljenih od 1953. do 1974. godine, samo 15% ih nije bilo financirano od vlada, a od

njih 350 napravljenih od 1975. do 1982. godine, 96% ih je bilo financirano od strane privatnih

ulagača i industrija. U to doba je bio veliki razvoj naftne industrije i napredak u iskorištavanju

pomorskih dobara. Te industrije su uvidjele prednost ronilica bez posade u obavljanju poslova na

velikim dubinama koji su se do tada obavljali mini podmornicama sa posadom ili su ih obavljali

posebno obučeni ronioci. Taj posao je uključivao veliku dozu rizika, a rizik od povreda i nesreća

na radu je postajao sve neprihvatljiviji. Sa prisutnim drugim rješenjem nadohvat ruke, naftna

industrija je brzo počela ulagati u razvoj tog područja i prilagodbu njenim potrebama jer je

napokon postalo očito da ronilice mogu posao napraviti jeftinije, brže i kvalitetnije. Glavne tvrtke

koje su u to vrijeme proizvodile ronilice su bile vezane za ronilice od samih početaka kada ih je

financirala vlada, samo su sada dobivale druge izvore financija a samim time i specifične

7

zahtjeve. Najznačajnije tvtke zaslužne za daljnji razvoj ronilica su bile Hydro Products, Ametek

Strata, ISE Ltd. (International Submarine Engineering Ltd.) i Perry Oceanographic u sjevernoj

Americi te Slingsby Engineering, SubSea Offshore i OSEL Group u Velikoj Britaniji.

Sljedeći korak u razvoju ronilica je bio smanjivanje dimenzija i povećavanje pouzdanosti.

Te nove ronilice su bile lako prenosive i po cijeni prihvatljive ne samo velikim naftnim

kompanijama već i raznim civilnim udrugama, oceanografskim institutima, komunalnim

društvima za inspekciju cjevovoda, građevinskim tvrtkama za pregled brana ili tunela itd. Jedan

od prvih primjera te nove generacije je bio MiniRover kojeg je razvio Chris Nicholson. Druge

tvrtke koje su krenule tim putem su bile Deep Ocean Engineering sa svojom serijom ronilica

Phantom i Benthos koja je preuzela projekt MiniRover.

Slika 8: a) Benthos Stingray,[8] b) Deep Ocean Engineering Phantom[9]

Bitan podatak u povijesti razvoja ronilica je taj da je godine 1995. japanska ronilica Kaiko

tvrtke JAMSTEC zaronila do najdublje točke na zemlji, do 10909 metara dubokog dna

Marijanske brazde.

Od tih početaka do danas osnovna građa ronilica nije se puno mijenjala, no današnje

ronilice su daleko naprednije od tih prvih generacija. Ono na čemu se radilo od 1980-tih godina

se uglavnom odnosilo na poboljšavanje upravljivosti, sigurnosti, pouzdanosti i robusnosti. Tih

godina događao se nagli procvat elektroničke i informatičke industrije pa su ronilice prelazile iz

potpuno daljinski upravljanog načina rada na poluautonomni rad. Naime, te nove tehnologije su

omogućile ronilicama veću otpornost na kvarove i samostalno rješavanje problema koji su se

pojavljvali tokom obavljanja zadaće. Zahvaljujući razvoju informatičke tehnologije, satelitskih

8

komunikacija i interneta, mogao se ostvariti puno brži prijenos izmjerenih podataka od ronilice

do operatera, koji više nisu morali biti osobno prisutni na matičnom brodu već su sa jednakom

učinkovitošću upravljali ronilicama i sa kopna.

Paralelno razvoju daljinski upravljanih ronilica, odvijao se i razvoj autonomnih ronilica.

1957. godine, na sveučilištu u Washingtonu, razvijena je prva autonomna ronilica nazvana

SPURV (Special Purpose Underwater Research Vehicle). Glavna namjena joj je bila proučavati

pojave koje se javljaju pri širenju zvuka kroz vodu. Razvoj autonomnih ronilica nije išao istim

tempom kao i razvoj daljinski upravljanih iz više razloga, ali glavni razlog je bio to što do sredine

1980-tih godina, jednostavno nije postojala tehnologija koja bi realizirala sve zahtjeve koje su se

pred takve ronilice postavljale.

Slika 9. a) Prvi AUV nazvan SPURV (Special Purpose Underwater Research Vehicle), University of Washington Applied Physics Laboratory, SAD, 1957. godina;[10] b) AUV za inspekciju naftovoda, EAVE I, Marine Systems Engineering Laboratory, SAD, 1977. godina [10]

Dakle, daljinski upravljane ronilice su vodile glavnu riječ kod tih kompliciranih operacija

u podmorju dugi niz godina. Autonomne ronilice prve generacije koristile su se samo za

jednostavne operacije snimanja i mjerenja po nekoj zadanoj putanji na većem području. Iako su

zbog naprednijh tehnologija autonomne ronilice danas puno pouzdanije, mogu prepoznavati

zapreke na putu i izračunavati najekonomičnije putanje obilaska, prepoznavati zadane objekte na

putanji (npr. naftovod) i izračunavati i korigirati odstupanja na putanji, opremljene

manipulatorima i sposobne za sitne popravke poput npr. AUV-a ALIVE (slika 10.), novije

generacije autonomnih ronilica ipak nisu puno odmaknule od tih prijašnjih primjena. Sa

današnjim dostignućima u razvoju umjetne inteligencije, autonomne ronilice bi lako mogle

9

istisnuti daljinsko upravljane iz svih područja djelatnosti ali to se još ne događa. Zamjetnije

povećanje broja autonomnih ronilica u komercijalnoj upotrebi primjećuje se tek od 2000. godine

ali i to povećanje broja ide jako sporo.

Slika 10: a) AUV za inspekciju, održavanje i popravak, Autonomous Light Intervention Vehicle (ALIVE), Cybernetix, Francuska, 2002. godina[10]; b) AUV za izviđanje, nadgledanje i protuminske mjere, Talisman M, BAE Systems, UK, 2008. godina[10]

Glavni korisnik bespilotnih ronilica, a time i pokretač razvoja tog područja, dakle naftna

industrija, još uvijek se pouzdaje u stariji i skuplji način obavljanja podmorskih zadataka, dakle u

daljinski upravljane ronilice. Autonomne ronilice u naftnoj industriji se još uvijek koriste samo

kao pomoćna sredstva u obavljanju jednostavnijih zadaća. U vrijeme razvoja daljinski

upravljanih ronilica, postojao je jedan faktor koji je uvelike pogodovao razvoju ronilica i

komercijalnoj upotrebi. To je bio razvoj standarda i povrede i nesreće na radu jednostavno više

nisu bile „ekonomski prihvatljive“, tako da su daljinski upravljane ronilice jedva dočekane kao

rješenje tog problema. Za sada sve dobro funkcionira i sa daljinski upravljanim ronilicama pa ne

postoji dovoljno bitan razlog za prelazak na autonomne. Mišljenje je autora da će se i to ubrzo

promijeniti zbog sve veće važnosti novca, te će vodeći ljudi i u ovom području, kao što su to već

uvidjeli u mnogim drugim, sve više morati poslovati u skladu s logikom, a fraze poput „dobro je

nama i ovako, to novo nam ne treba“ će morati biti zaboravljene.

10

3. KLASIFIKACIJA RONILICA

Današnje bespilotne ronilice se mogu kategorizirati po više čimbenika. Neki od njih su

veličina, težina, brzina, doseg, snaga, cijena itd., ali najbitnija podjela od koje moramo krenuti je

stupanj autonomnosti. Prema tome, dalje imamo daljinsko upravljane ronilice kojima operater

upravlja na daljinu preko kabela i autonomne ronilice koje imaju malu ili često nikakvu vezu sa

matičnim brodom i operaterima. Kasnije u radu ćemo vidjeti primjere ronilica koje ne bi mogli

svrstati niti u jednu od tih grupa jer neke daljinski upravljane ronilice također imaju određeni niži

stupanj autonomije i isto tako postoje ronilice koje mogu raditi i samostalno a može ih se i spojiti

na kabel pa upravljati njima po želji. No zasada, ova podjela će biti dostatna da opišemo različite

vrste ronilica i njihove primjene.

3.1. DALJINSKI UPRAVLJANE RONILICE

Glavna podjela daljinski upravljanih ronilica je prema primjeni, dakle na promatračke

ronilice (observation class) i radne ronilice (working class). Izvan ove podjele često se spominju i

još neke vrste ronilica pa se tako unutar promatračke klase izdvajaju ekonomski prihvatljive i

male promatračke ronilice, unutar radne klase ronilice se dijele na lagane i teške itd. U ovom radu

ćemo nastojati obuhvatiti sve vrste ronilica i ukratko opisati njihove karakteristike i primjene.

Klasifikaciju ćemo početi s najmanjim i najjeftinijim a završavati prema sve većim i skupljim

ronilicama.

3.1.1. Ekonomski prihvatljive mikro ronilice

Ova klasa ronilica se obično spominje unutar klase promatračkih ronilica, ali zbog

činjenice da ekonomski prihvatljive ronilice čine 22%[11] ukupnog broja ronilica danas, u ovom

radu dobivaju posebnu klasu. Prvi put su se pojavile 1981. godine kada su u International

Submarine Engineering-u predstavili ROV RASCAL. Tada mu je cijena bila 45,000 USD, što je

u usporedbi sa današnjima veoma mnogo. Razvoj tehnologije je omogućio još veće smanjivanje

dimenzija zbog trenda minimizacije elektronike te ugradnje potpuno električne propulzije a i

cijene uz istodobno povećanje pouzdanosti, snage i brzine. Danas npr. jedna od najjeftinijih

ronilica ove klase je Videoray Scout, tvrtke Videoray LLC, čija je osnovna cijena 5,995

11

USD[12]. Osnovne karakteristike ove ronilice su maksimalna dubina do 90 metara, težina 3,5 kg

i brzina prema naprijed 2 čvora. Inače, ova vrsta ronilica, najčešće je dizajnirana za dubine do

150 metara, no postoje i ronilice koje mogu zaroniti i do 300 metara. Primjer je ronilica Deep

Blue, također tvrtke Videoray LLC, no njena cijena je 46,500 USD[12]. Dakle kao što smo već

rekli, koriste se isključivo za promatranje i inspekciju jer se u tako male dimenzije nemogu

ugraditi dovoljno veliki manipulatori i ostvariti dovoljna snaga za obavljanje bilo kakvih radova.

Zbog prihvatljive cijene su našle širok spektar primjena jer si ih mogu priuštiti i ne tako bogate

institucije, privatne industrije i drugo, već i javne ustanove i sl. Kad govorimo o prihvatljivoj

cijeni, moramo znati da je ona relativna, jer je promatramo u odnosu na ostale ronilice iz većih

klasa te se ona kreće od 5,000 USD pa sve do višestruko većih iznosa. U odnosu na cijene

ronilica iz većih klasa, to je vrlo jeftino. Dakle, primjenu su našle u brojnim područjima pa se

tako koriste u akcijama traganja i spašavanja, u inspekcijama podvodnih objekata, u manjim

projektima obalnog kartografiranja i istraživanja, inspekcijama nuklearnih postrojenja ali i u

rekreacione svrhe.

Slika 11: a) Promatračka ekonomski prihvatljiva ronilica AC-ROV  SP50, AC-CESS, UK[13]; b) Promatračka ekonomski prihvatljiva ronilica Videoray Scout, Videoray LLC, SAD[12]

12

3.1.2. Male promatračke ronilice

Kao i ekonomski prihvatljive ronilice, i male promatračke ronilice spadaju u klasu

promatračkih ronilica, ali ćemo ih posebno obraditi. Za razliku od ekonomski prihvatljivih

ronilica, male promatračke ronilice nisu strogo ograničene cijenom pa su nešto većih dimenzija i

dizajnirane su za dubine do 1500 metara. Osnovni dizajn ovih ronilica nije se mijenjao od

početka 1980 tih godina kada je krenula komercijalna proizvodnja, no današnje ronilice su ipak

puno naprednije jer koriste napredniju elektroniku, kontrolne mehanizme te električnu

propulziju. Vodeći proizvođač u ovoj kategoriji ronilica je SeaBotix Inc. Njihove ronilice serije

LBV su klasični primjeri malih promatračkih ronilica. Na slici 12. je prikazana ronilica

LBV1500F "Fly Out" čije su osnovne karakteristike maksimalna dubna do 1500 metara, težina

16 kg i brzina prema naprijed 3 čvora.

Slika 12. a) Mala promatračka ronilica LBV1500F "Fly Out", SeaBotix Inc., SAD[14]; b) Mala promatračka ronilica Outland 1000, Outland Technology Inc., SAD[14]

3.1.3. Promatračke ronilice

Glavna razlika između podklasa ekonomski prihvatljivih ronilica i malih promatračkih

ronilica te klase promatračkih ronilica je u tome što ova klasa ronilica nije ograničena cijenom

niti dimenzijama, pa mogu biti veće i kompleksnije. Samim time otvaraju se veće mogućnosti što

se tiče snage, maksimalne dubine, broja senzora te dodatne opreme, tako da uz obično

promatranje i inspekciju ove ronilice mogu imati različite pakete opreme za raznolike operacije.

Primjer je promatračka ronilica Seaeye Tiger, tvrtke SAAB SEAEYE Ltd., koja je uz onu

13

osnovnu i standardnu opremu promatračkh ronilica kao što su kamere, sonar, reflektori i slično,

opremljena i dodatnim paketom opreme koji uključuje manipulator, rezač žice, CP opremu

(cathodic protection) za zaštitu od korozije, FMD opremu (Flooded Member Detection) za

otkrivanje poplavljenih dijelova podvodnih struktura i još jedan manji manipulator za preciznije

operacije. Ova klasa ronilica je dizajnirana za dubine i do 4000 metara poput promatračke

ronilice Rover MK II tvrtke Argus Remote Systems i zbog mnogobrojne opreme mogu težiti i do

700 kg poput ronilice TrailBlazer tvrtke International Submarine Engineering[14].

Slika 13. a) Promatračka ronilica Seaeye Tiger, SAAB SEAEYE Ltd., UK[14]; b) Promatračka ronilica Stealth2, Shark Marine Technologies Inc., Kanada[14]

3.1.4. Lagane radne ronilice

Radne ronilice, kao što samo ime govori služe za obavljanje različitih zadaća ispod vode.

Naravno, te zadaće mogu biti vrlo jednostavne poput otvaranja ili zatvaranja ventila ali i vrlo

kompleksne poput montiranja kompletne aparature na naftnu bušotinu. Razlika između radnih

ronilica i promatračkih ronilica je u zastupljenosti opreme na ronilici. Dok su kod promatračkih

ronilica najviše zastupljeni senzori i kamere, a manipulatori samo opcionalni, kod radnih ronilica

se najviše prostora pridaje upravo manipulatorima i drugim vrstama opreme za obavljanje

različitih zadaća. Naravno, i radne ronilice moraju imati pakete opreme za promatranje, jer inače

operater ne bi mogao adekvatno upravljati manipulatorima i općenito ronilicom u obavljanju

zadaće. Samim time, radne ronilice od promatračkih se moraju razlikovati i po snazi, jer

manipulatori i druga oprema, bilo hidraulička ili električna, zahtjeva puno više raspoložive snage

nego elektronička oprema poput kamera i senzora.

14

Osim po kompleksnosti zadaće, ove ronilice se još dijele na lagane i na teške ronilice. U

ovom poglavlju ćemo obraditi lagane ronilice. Maksimalna dubina laganih radnih ronilica je do

3000 metara a mogu težiti od 200-tinjak kilograma pa sve do jedne tone. Klasični primjer lagane

radne ronilice je H1000 francuske tvrtke ECA Hytec. Maksimalna dubina ove ronilice je 1000

metara, težina 525 kg i maksimalna brzina prema naprijed 3 čvora. Opremljena je sa dva

multifunkcionalna manipulatora i setom hidrauličkih alata poput rezača žice i slično.

Slika 14. a) Lagana radna ronilica H1000, ECA Hytec, Francuska[14]; b) Lagana radna ronilica MAXRover, Deep Sea Systems International Inc., SAD[14]

3.1.5. Teške radne ronilice

Radne ronilice veće klase, dakle teške radne ronilice, su građene za obavljanje zadaća

koje zahtijevaju puno veće snage manipulatora i propulzora te veći broj istih. Da bi se to ostvarilo

ova vrsta ronilica je nužno daleko većih dimenzija i težine. Također, zbog te potrebe za velikom

snagom, u ovu vrstu ronilica se uglavnom ugrađuju hidraulični manipulatori i sustavi propulzije.

No, u zadnje vrijeme zbog razvoja tehnologije električnih komponenti taj trend se ubrzano

mijenja te teške radne ronilice sve više postaju potpuno električne. Razlog tome je veća

pouzdanost i jednostavnost električnih sustava od hidrauličnih koji su ktome još i energetski

neučinkovitiji.

Najčešće su dizajnirane za dubine do 3000 metara, ali postoji nekoliko primjeraka teških

radnih ronilica za obavljanje zadaća na najvećim dubinama. Primjer je teška radna ronilica

HYSUB5000 tvrtke International Submarine Engineering koja je dizajnirana za dubine do 5000

15

metara. No, klasični primjer teške radne ronilice je Millenium Plus, tvrtke Oceaneering

International Inc. Ova ronilica je dizajnirana za dubine do 3000 metara, snage 164 kW (220

konjskih snaga) i težine 3995 kg[14]. Opremljena je sa osnovnim paketom promatračke opreme

koji se sastoji od pet kamera i osam reflektora od po 250 W, osam propulzora, dva

multifunkcionalna manipulatora i dodatnim setovima hidrauličkih alata poput rezača žice, pumpi,

opreme za rezanje i varenje optičkih kablova itd. Način na koji je organiziran prostor je

uglavnom jednak za sve ronilice ove klase. Naime ronilica je podijeljena na najčešće dva dijela.

Osnovni dio ronilice je predviđen za osnovne sustave ronilice kao što su balastni sustav,

propulzori, računalo i promatrački paket opreme a drugi dio je napravljen kao odvojivi kavez u

kojem su smješteni manipulatori i ostali dodatni alati. Taj dio je zamjenjiv i mogu se montirati

različiti paketi opreme, ovisno o namjeni ronilice.

Slika 15. a) Teška radna ronilica Millennium Plus, Oceaneering International Inc, SAD[14]; b) Teška radna ronilica UHD, Schilling Robotics, SAD[15]

3.1.6. Pridnena vozila

Pridnena vozila su najveća, najteža i po snazi najjača vrsta daljinski upravljanih ronilica.

Njihova namjena je jednostavna, tj. nisu prilagodljive za različite vrste zadataka već jednostavno

kopaju kanale, polažu cijevi ili kablove i zakapaju ih. Od opreme, opremljeni su jednostavnim

vodenim mlaznicama ili plugom za kopanje kanala i jednostavnim manipulatorima. Od one

osnovne promatračke opreme, često imaju samo jednu jednostavnu kameru i reflektor a često niti

to, jer nemaju klasično upravljanje daljinskim ronilicama. Naime, gibanje se ostvaruje

namatanjem vučnog užeta na vitlo smješteno na matičnoj platformi na brodu a kontrola gibanja

16

se ostvaruje pomoćnim kablovima i ponekad i propulzorima. Od ronilice do ronilice, u ovoj klasi

postoje najveće razlike u dizajnu, zbog činjenice da se pojedina ronilica dizajnira za posebnu

vrstu tla. Drugim riječima, koliko ima vrsta tla, toliko ima i vrsta pridnenih ronilica. Tako imamo

ronilice koje se kreću na gusjenicama ili na saonicama, koje za kopanje koriste obični plug ili pak

svrdlo, koje za korekciju gibanja imaju propulzore ili pak zakretna krilca itd. Prisutne su i velike

razlike u veličini i težini pa tako imamo pridnenih ronilica od nekoliko stotina kilograma pa sve

do stotinjak tona. Na slici 16. su prikazane dvije vrste pridnenih ronilica koje se uvelike

razlikuju.

Slika 16. a) Pridneno vozilo Sea Plow SCP 1, Soil Machine Dynamics Ltd., UK[16]; b) Pridneno vozilo Triton T800, Perry Slingsby Systems,UK[14]

Prvo vozilo uvelike nalikuje nekom kopnenom buldožeru dimenzija 900cm x 460cm x

380cm (dužina x širina x visina) i težine 14 tona[16]. Služi za polaganje kablova na dubinama do

1500 metara pomoću pluga i diska. Drugo vozilo je sofisticiranije, te iako manjih dimenzja

(520cm x 360cm x 300cm), zbog kompleksnijeg dizajna sa puno više opreme teži znatno više,

20,9 tona[14]. Osim kopanja, polaganja i zakapanja ima i dodatnu opremu za vršenje inspekcije i

održavanje kabela. Osim toga, razlika je i u vrsti alata za kopanje i zakapanje, koji su u ovom

slučaju vodene mlaznice.

17

3.1.7. Tegljeni sustavi

Ova vrsta uređaja se često spominje kada se govori o daljinski upravljanim ronilicama,

iako ona nisu ništa više doli senzora koji se spuštaju na određenu dubinu i onda vuku matičnim

brodom. No, kod velikog broja tegljenih sustava ipak postoji određena vrsta daljinskog

upravljanja, koja doduše služi samo za korekciju eventualnih malenih odstupanja od putanje

matičnog broda. Postoji veliki broj različitih vrsta tegljenih sustava za različite namjene, poput

npr. za oceanografska istraživanja mjerenja količine planktona na većim područjima, mjerenja

promjena u osvjetljenju ili salinitetu sa promjenom dubine, kartografiranje dna i cjevovoda ili

kablova itd. Uglavnom, sve vrste primjene ove klase ronilica se svode na promatranje pa su

samim time i opremljene specifičnim paketima promatračke opreme sa raznovrsnim senzorima.

Jedna od najpoznatijih tegljenih ronilica je ARGO, razvijena i sastavljena na Woods Hole

Oceanographic Insttution-u. Naime, svoju slavu stekla je 1985. godine prvim video snimkama

najpoznatijeg potonulog broda, Titanika. Današnji moderni tegljeni sustavi imaju više

hidrodinamičniji dizajn i klasični primjer je FOCUS-2 tvrtke MacArtney Underwater Tehnology.

FOCUS-2 je dizajniran prvenstveno za oceanografska istraživanja te u skladu s time proizvođač

nudi veliku paletu senzora kojima sustav može biti opremljen od kojih su neki sonar za poprečno

skeniranje (Side Scan Sonar), višezračni sonar (Multi beam sonar), Synthetic Aperture Sonar

(SAS), Sub bottom profiler (sonar koji pruža informacije o sastavu tla) itd.[18].

Slika 17. a) Tegljeni sustav ARGO, Woods Hole Oceanographic Institution, SAD[17]; b) Tegljeni sustav FOCUS-2, MacArtney Underwater Tehnology, Danska[18]

18

3.2. AUTONOMNE RONILICE

U poglavlju u kojem smo opisali povijesni razvoj ronilica, jasno je vidljivo da su u

daljinski upravljane ronilice bila ulagana veća sredstva pa je time i njihov razvoj bio napredniji.

Zbog te, ako možemo tako reći, „zapostavljenosti“ autonomnih ronilica, one nisu sustavno

razvijane i nemaju nekakav logičan tijek svoje povijesti. Kroz povijest, glavna podjela

autonomnih ronilica je bila na krstareće i lebdeće ronilice. To je bila u biti podjela prema

primjeni. Naime, krstareće ronilice su bile namijenjene obavljanju jednostavnih misija snimanja i

nadgledanja na većim područjima i nisu imale mogućnost okretanja i manevriranja u mjestu.

Lebdeće ronilice su bile puno rjeđe, jer je njihova namjena bila obavljanje jednostavnijih radova

na određenom manjem području, a to područje djelatnosti je tradicionalno pripadalo daljinski

upravljanim ronilicama. Dakle, autonomne ronilice nisu kao daljinski upravljane ronilice bile

korištene u svim područjima podvodnih aktivnosti i zbog toga danas izvan glavne podjele prema

primjeni moramo spomenuti još neke kriterije po kojima se izdvajaju dvije ili tri skupine.

3.2.1. Prema primjeni

Postoji veliki broj po izgledu različitih autonomnih ronilica ali sve se mogu svrstati u

dvije već spomenute glavne kategorije. To su krstareće i lebdeće ronilice. Ova podjela prema

primjeni, vidjeti ćemo dalje u radu, usko je vezana sa podjelom prema obliku tijela, dakle na

oblik torpeda i na oblik otvorenog okvira.

Daleko najbrojnije autonomne ronilice su krstareće ronilice. To proizlazi iz činjenice da

su kroz povijesni razvoj autonomnih ronilica krstareće bile najviše razvijane zbog potrebe za

oceanografskim istraživanjima na velikim područjima, gdje daljinski upravljane ronilice nisu

mogle naći svoju primjenu.. Krstareće ronilice su uglavnom bile oblika torpeda. Razlog je,

naravno, bio u hidrodinamičkim prednostima tog oblika jer im je glavna namjena bila dugotrajna

i jednostavna mjerenja i snimanja po određenoj putanji bez mnogo manevriranja. Razvoj

tehnologije omogućio je širenje područja primjene autonomnih ronilica, ali u ovoj kategoriji su

ostale nezamjenjive i još uvijek ih je ovdje najveći broj. Na slici 18. prikazane su dvije krstareće

ronilice torpednog oblika. Prva je ARCS, tvrtke International Submarine Engineering, razvijena i

sastavljena početkom osamdesetih godina prošlog stoljeća. Po bitnim karakteristikama za ovu

19

vrstu ronilica, ARCS je bila vrlo moderna i napredna za svoje vrijeme. Maksimalne brzine 5.5

čvorova, maksimalne dubine 300 metara uz autonomiju do 10 sati i domet do 72 kilometra (ne

maksimalnom brzinom), dugo godina nije imala pravog konkurenta, te slobodno možemo reći da

predstavlja vrh ove klase ronilica osamdesetih godina[19]. U današnje vrijeme ARCS je još

uvijek u funkciji i služi za testiranje novo razvijenih komponenti za autonomne ronilice poput

npr. napajanja pomoću gorivih ćelija.

Druga ronilica na slici 18. je AutoSub6000, razvijena i sastavljena 2007. godine u

National Oceanographic Centre-u u Southamptonu, UK. Ona predstavlja vrh ove klase ronilica

danas te za razliku od ARCS-a, AutoSub6000 ima maksimalnu brzinu od 3 čvora, ali maksimalne

dubine do 6000 metara uz autonomiju do 8 dana i domet do 1000 kilometara (ne maksimalnom

brzinom)[20]. Usporedimo li ove parametre, možemo jasno vidjeti do kolikog je napretka došlo u

tehnologiji čak i bez spominjanja naprednog računala, sustava globalnog pozicioniranja i

suvremenih načina obrade izmjerenih i snimljenih veličina korištenih u AutoSub6000-u.

Slika 18.a) Krstareća autonomna ronilica ARCS, International Submarine Engineering Ltd.,Kanada[19]; b) Krstareća autonomna ronilica AutoSub6000, National Oceanographic Centre, UK[20]

Iako prethodno spomenute ronilice predstavljaju klasične primjere ove klase, morali

bismo spomenuti i ronilice koje se ponekad svrstavaju u zasebne klase. Po primjeni i bitnim

karakteristikama veoma su slične krstarećim ronilicama, štoviše, određen broj ih je i nastao

razvojem postojećih projekata oblika torpeda i prenamjenom za kompleksnije i specifične

namjene. Zbog toga bismo ih mogli smatrati prijelaznom klasom između klasičnih krstarećih i

lebdećih ronilica. Primjeri ove vrste ronilica su prikazani na slici 19. Prva ronilica je

URASHIMA, japanske organizacije JAMSTEC (Japan Agency for Marine-Earth Science and

20

Technology) razvijana krajem devedesetih godina prošlog stoljeća. Prema izgledu, veoma je

slična klasičnim krstarećim ronilicama oblika torpeda, no većih je dimenzija i zaobljenog

pravokutnog presjeka. Sam proizvođač je klasificira kao krstareću autonomnu ronilicu i razvijena

je sa svrhom testiranja i unapređivanja postojećih tehnologija korištenih kod krstarećih

autonomnih ronilica. No od klasičnih krstarećih ronilica, osim po obliku, razlikuje se i po većem

broju propulzora, tako da osim glavnog porivnog ima još i bočne horizontalne i vertikalne

propulzore koji joj omogućavaju brže i kvalitetnije manevriranje čak i u mjestu, što recimo

zakretna krilca korištena kod klasičnih ne omogućavaju. Opremljena je i sustavom akustičkog

pozicioniranja te prepoznavanja prepreka na putu, što joj omogućava krstarenje po nepravilnom

morskom dnu uz česte promjene smjera gibanja. Sve to joj omogućava povremeno zaustavljanje i

detaljnije proučavanje i visokorezolucijsko snimanje određenih zanimljivih područja što je

izdvaja iz kategorije klasičnih krstarećih autonomnih ronilica. Druga ronilica je Talisman L,

tvrtke BAE Systems. Ova ronilica, kao i URASHIMA, ima, osim glavnih porivnih propulzora i

dodatne koji joj omogućuju viši stupanj pokretljivosti od klasičnih krstarećih. Izgledom se veoma

razlikuje od klasičnih krstarećih oblika torpeda no po bitnim karakteristikama ipak im je puno

srodniji nego lebdećim autonomnim ronilicama. Sposoban je samostalno obavljati misije

nadgledanja i snimanja te inspekcije trupa broda, no glavna namjena mu je, za što je i bio

razvijen, vojne podvodne djelatnosti. To prije svega znači lov na mine (eng. mine hunting) ali za

razliku od klasičnih lovaca na mine, specijaliziran je za osiguravanje zatvorenih područja poput

luka ili karakterističnih strateški važnih zaljeva. Jedna od glavnih karakteristika Talismana L su

malene dimenzije te mogućnost spajanja sa puno većom ronilicom iste klase, Talismanom M, te

tako ostvariti potpuno autonomni sustav koji je sposoban djelovati jednako dobro i na otvorenim

morima kao i u manjim zatvorenim područjima.

21

Slika 19. a) Autonomna ronilica URASHIMA, JAMSTEC, Japan[10]; b) gore: Talisman M, dolje: Talisman L, BAE Systems, UK[10]

Lebdeće autonomne ronilice su kroz povijest bile slabo zastupljene te sve do kraja

devedesetih godina postoji svega nekoliko primjeraka. Ta malobrojnost proizlazi iz činjenice da

im je područje primjene zadiralo u primjenu daljinski upravljanih ronilica. Danas se te ronilice

uobičajeno nazivaju intervencijske ronilice (eng. intervention AUVs) i zbog praktičnosti obično

poprimaju oblik otvorenog okvira. Konstrukcijski zahtjevi koji se postavljaju pred ovu vrstu

ronilica su mnogo veći nego kod krstarećih ronilica. Naime, pošto je namjena ovih ronilica da

samostalno obavljaju neku složenu zadaću, moraju biti opremljene, uz one osnovne senzore i

odgovarajućim setom alata za tu zadaću. Dalje, moraju imati i jače propulzore i veći broj istih za

održavanje pozicije pri obavljanju zadaće, te dovoljnu zalihu energije za napajanje tih sustava.

Osim tih fizičkih zahtjeva, moraju imati i napredne upravljačke mehanizme poput

najsuvremenijih autopilota, sustava za dinamičko pozicioniranje i moćna računala koja

omogućuju određenu mjeru umjetne inteligencije nužne za rješavanje eventualnih problema pri

radu. Sve to rezultira kompleksnosti sustava takve ronilice te se na tržištu sve do kraja prošlog

stoljeća moglo naći malo primjeraka koji su mogli parirati daljinski upravljanim ronilicama. U

proteklih desetak godina svjedoci smo sve većem razvoju autonomnih ronilica te prodoru njihove

primjene u područje daljinski upravljanih ronilica.

22

Slika 20. a) Lebdeća autonomna ronilica The Twin-Burger, Institute of Industrial Science, University of Tokyo, Japan[21]; b) Lebdeća autonomna ronilica ALIVE, Cybernetix, Francuska[10]

Na slici 20. prikazane su dvije ronilice ove klase. Prva je ronilica The Twin-Burger,

razvijena na Institute of Industrial Science na sveučilištu u Tokyu 1992. godine. Glavna namjena

joj je bila da služi kao platforma za razvoj i testiranje novih vrsta upravljačkih metoda i

usavršavanje postojećih (Sliding controler). The Twin-Burger je dakle bila potpuno autonomna

ronilica opremljena brojnim senzorima i snažnim računalom sposobnim da izađe na kraj sa

kompleksnim zadatcima koji su uključivali i suradnju sa drugim ronilicama i roniocima.

Druga ronilica na slici je ALIVE (Autonomous Light Intervention Vehicle), tvrtke

Cybernetix, razvijena 2003. godine. Nju je bitno spomenuti jer je ta ronilica bila jedna od prvih

razvijenih u projektu „FREESUB“. FREESUB je bio projekt sponzoriran od Europske Unije

kojemu je glavna namjena bila povećavanje mobilnosti i suradnje između mladih znanstvenika u

vodećim tvrtkama i na europskim sveučilištima u svrhu razvoja i unapređivanja tehnologije

autonomnih ronilica za intervencije. Partneri projekta su bili sve odreda vodeće ustanove u tom

području kao npr. CEA Teleoperation and Robotics Department (Francuska), Cybernetix

(Francuska), Instituto Superior Técnico (Portugal), The Joint Research Centre of the European

Commission (Italija), IFREMER (Francuska), University of Southampton (UK) itd. Dakle,

ronilica ALIVE predstavlja početak nove ere razvoja autonomnih ronilica kada ih počinje biti sve

više i pomalo prodiru u sva područja podvodne djelatnosti. Ronilica ALIVE je dugačka 4 metra,

teška tri i pol tone i opremljena sa 5 električnih propulzora, jednim višefunkcijskim i dva

jednostavna hidraulička manipulatora. Naravno, ima sustav dinamičkog pozicioniranja te

23

mogućnost sidrenja uz podvodne objekte. Uz sve to opremljena je paketom olovnih baterija koje

joj pružaju autonomiju od 7 sati.

No, lebdeće ronilice nisu isključivo intervencijske. Naime, taj oblik otvorenog okvire sve

više prelazi u domenu istraživačkih, tako da u zadnjih nekoliko godina imamo više ronilica ovog

oblika a da nisu opremljene nikakvim setovima alata za obavljanje fizičkih radova osim

eventualno za uzimanje uzoraka. Glavni razlog tome je sve veća ekološka osvještenost i ulaganje

u detaljnija proučavanja manjih područja karakterističnih po nekom kriteriju i zbog toga značajna

za istraživanje i očuvanje. Na takvim istraživačkim misijama nisu potrebne velike brzine ronilice

po jednoj putanji već je potrebno provesti više vremena na manjem području uz više

manevriranja i zbog toga nije prikladan oblik torpeda već otvoreni okvir.

Slika 21. a) Istraživačka autonomna ronilica DEPTHX, Stone Aerospace, SAD; b) Prikaz akustičkih snopova niza sonara potrebnih za 3D kartografiranje i navigaciju[22]

Primjer takve ronilice je DEPTHX (DEep Phreatic THermal eXplorer) tvrtke Stone

Aerospace. Ova ronilica je razvijena u NASA-inom programu razvoja naprednih robota

sposobnih za različite operacije koji bi se koristili u predlošku ekspedicije na Jupiterov mjesec

Europu. Pretpostavlja se da Europa ispod ledene površine skriva prostrane oceane tekuće vode u

kojima su uvjeti slični kao u najdubljim i najmračnijim zemaljskim oceanima gdje, poznato je,

postoji život u svom najjednostavnijem obliku. DEPTHX je dakle, razvijena kao testna platforma

24

za istraživanje u Europinim oceanima koji su najizgledniji za razvoj izvanzemaljskog života u

Sunčevu sustavu. To je prva ronilica, zapravo prvi pokretni robot uopće, koji koristi napredni

sustav 3D-SLAM (Simultaneous Localization and Mapping in 3D) za trodimenzionalno

kartografiranje i istovremeno pozicioniranje na osnovu upravo snimljenih 3D karti ukomponiran

u sustav navigacije. Na slici 21 je prikazan specifični dizajn otvorenog okvira te kompliciranost

niza sonara potrebnih za ostvarivanje preciznog sustava navigacije i 3D-SLAM-a. Time se

ostvario izrazito precizan sustav za navigaciju te je ova ronilica sposobna potpuno neovisno

istraživati i kartografirati odprije nepoznate komplicirane strukture podvodnih špilja i termalnih

izvora. Osim sofisticiranih sustava navigacije i senzora, opremljena je i sondom za prikupljanje

bioloških uzoraka.

Slika 22. a) Prikaz 3D karte termalnog izvora Cenote La Pilita prije računalne obrade, kompleks Zacaton, Meksiko; b) 3D karta nakon računalne obrade i prikaz pozicije ronilice u odnosu na zidove izvora[22]

3.2.2. Prema autonomiji

Uz ovu glavnu podjelu, kriterij koji moramo posebno spomenuti kada govorimo o

klasifikaciji autonomnih ronilica je autonomija, odnosno maksimalni domet ili pak maksimalno

trajanje misije. Prema ovom kriteriju, mogli bismo izdvojiti ronilice malog, srednjeg i velikog

dometa. Moramo imati na umu da podjela u ovom radu nije standardna te da si je autor dozvolio

slobodu u klasifikaciji prema ovom kriteriju na osnovu novijih istraživanja u području propulzije

25

autonomnih ronilica i svojih zaključaka. Naime, nekakva standardna klasifikacija bi bila da

autonomne ronilice malog dometa budu amaterski uradci i najjednostavnije sveučilišne

istraživačke ronilice dometa svega nekoliko kilometara, ako i toliko, srednjeg dometa ronilice

raznih vrsta do maksimalno stotinjak kilometara, i velikog dometa, skupe i velike krstareće

ronilice dometa puno više od sto kilometara. U ovom radu, zbog uzimanja u obzir i relativno

nove vrste ronilica koja se odlikuje izrazito malenom potrošnjom energije, dakle klizača (eng.

glider), vidjeti ćemo dalje, ta podjela je donekle promijenjena.

Dakle, prva kategorija bi bile autonomne ronilice malog dometa. U ovom radu u nju

spadaju ronilice raznovrsnih primjena koje imaju domet od svega nekoliko stotinjaka metara pa

sve do stotinjak kilometara, ali najveći ih je broj dometa od par desetaka kilometara. Najveći

postotak svih intervencijskih ronilica spada upravo u ovu kategoriju, no zbog velike premoći u

brojnosti istraživačkih krstarećih ronilica općenito, ipak ih je veći broj i u ovoj kategoriji. To su

uglavnom manje krstareće ronilice koje se odlikuju, osim malim dimenzijama, i malom cijenom

pa su široko rasprostranjene u oceanografskim i privatnim istraživanjima manjih razmjera. Na

slici 23 su prikazani primjeri ronilica koji spadaju u ovu kategoriju. Prva je Taipan 300,

francuskog laboratorija za informatiku, robotiku i mikroelektroniku iz Montpelliera (LIRRM).

Ova ronilica je razvijena za detaljnu i visokorezolucijsku batimetriju, odn. određivanje

konfiguracije dna. Glavne zadaće su joj na manjim područjima te joj maksimalni domet iznosi

4.8 kilometara, odn. maksimalno trajanje misije od jednog sata. Druga ronilica je intervencijska

autonomna ronilica Rauver Mk II, razvijena u Ocean Systems Laboratory-u, na sveučilištu Heriot

Watt. Glavna namjena joj je inspekcija, održavanje i jednostavni popravci. Proizvođač ne daje

informacije o maksimalnom dometu iz jednostavnog razloga što za ovakvu ronilicu to i nije bitna

stavka, no daje informacije o nominalnoj brzini od 0.5 m/s i maksimalnom trajanju misije od

šest sati pa iz tih informacija jednostavnom računicom dolazimo do dometa ronilice od otprilike

desetak kilometara.

26

Slika 23. a) Autonomna ronilica Taipan 300, LIRRM, Francuska[10]; b) Autonomna ronilica Rauver MkII, Ocean Systems Laboratory, Sveučilište Heriot Watt, UK[10]

Drugu kategoriju predstavljaju ronilice koje su razvijene za samostalna oceanografska

istraživanja na velikim područjima. Potreba za takvim načinom istraživanja javila se prvenstveno

na područjima gdje je jednostavno neisplativo i nepraktično slati ronilicu na kraće misije od

nekoliko desetaka kilometara. Primjer je istraživanje prostranih oceana nepristupačnih zbog

površinskog leda gdje je vrlo nepraktično svakih par desetaka kilometara bušiti rupe u ledu. Ova

vrsta ronilica omogućava kvalitetno oceanografsko istraživanje na takvim područjima gdje

lokacije porinuća i izvlačenja mogu biti udaljene i više od 1000 kilometara. Primjer ove klase

ronilica je ronilica Autosub6000 koja je već opisana u jednom od prijašnjih poglavlja. No, nisu

ograničene samo na oceanografska istraživanja, već postoje i takve ronilice koje su sposobne za

obavljanje radova kao što je postavljanje kablova, isto tako po vrlo dugim trasama. Doduše ti

kablovi su uglavnom tanji i manje mase, najčešće optički kablovi za prijenos informacija. Na slici

24 su prikazani primjeri takvih ronilica. Prva ronilica je Theseus, kanadske tvrtke Intenational

Submarine Engineering Ltd. dužine 10.7 metara i težine 8600 kilograma. Litij-ionske baterije od

600 kWh joj osiguravaju maksimalno trajanje misije od 100 sati, odn. maksimalni domet od 1400

kilometara[23]. Zabilježena je u povijesti kada je 1996. godine ostvaren rekord u do tada

najdužem trajanju misije od 60 sati neprekidnog rada. Naime, tada je postavljeno nekoliko

optičkih kablova dužine 220 kilometara ispod arktičkog leda na dubini od 600 metara. Druga

ronilica je Seahorse II, razvijena na sveučilištu Pennsylvania u SAD-u. Dimenzija nešto manjih

od Theseusa, dakle dužine 8.66 i promjera 0.97 metara, te težine 4762 kilogram, razvijena je za

jednostavnije misije oceanografskih istraživanja, poput kartografiranja morskog dna. Proizvođač

27

navodi maksimalno trajanje misije od 125 sati, što uz nominalnu brzinu prema naprijed od 2.06

m/s daje maksimalni domet od približno 930 kilometara.

Slika 24.a) Autonomna ronilica Theseus, International Submarine Engineering, Kanada[23]; b) Autonomna ronilica SeahorseII, PennState ARL, SAD[10]

Treću kategoriju predstavljaju klizači (eng. glider). To su istraživačke ronilice koje poriv

ostvaruju promjenama u lokaciji balastne mase i time uzrokuju pomicanje centra uzgona od nosa

prema repu ronilice i obrnuto. Na taj način se ronilica naginje prema naprijed ili prema nazad te u

kombinaciji sa promjenjivim uzgonom, koji može biti pozitivan ili negativan pa ronilica tone ili

pak izranja, ostvaruje horizontalno gibanje. To horizontalno gibanje doduše nije pravocrtno već

„pilastog“ oblika. Kod klasičnog poriva ostvarenog vijkom mogu se postići puno veće brzine

ronilice, no daleko manji utrošak energije za ostvarivanje ovakve vrste poriva opravdava i potiče

daljnje istraživanje i razvoj. Naime, područje primjene im je orijentirano upravo misijama u

kojima nije bitna brzina kretanja ronilice, već je poželjnije ostvariti dugotrajan boravak u

oceanima i praćenje promjena u mjerenim veličinama. Osim toga, klizači sve više privlače

pozornost i zbog relativno male cijene proizvodnje, jer koštaju daleko manje od klasičnih

krstarećih ronilica ili pak oceanografskih istraživačkih brodova. No, primjena im nije ograničena

28

samo na dugotrajna oceanografska istraživanja. Naime, klizači nemaju bučnih vanjskih pokretnih

dijelova, što ih čini praktički nevidljivim u vodama. Zbog te činjenice, sve su brojnija

istraživanja i razvoj klizača za vojne primjene poput nadgledanja područja, izviđanja, špijunaže,

praćenja podmornica i brodova i slično. Primjeri klizača su prikazani na slici 25. Prvi klizač je

Spray, razvijen na Scripps oceanografskom institutu za dugotrajno oceaongrafsko mjerenje raznih

veličina. Maksimalno trajanje misije 6666.7 sati (oko 280 dana) uz brzinu kretanja od 0.25 m/s

daju maksimalni domet od 6000 kilometara. Drugi klizač naziva Liberdade Xray je novi koncept

koji pokazuje budući razvoj i sve veću primjenu klizača. Razvijen je u vojne svrhe nadgledanja

strateški važnih obalnih područja te otkrivanje i praćenje podmornica. U „stand by“ načinu rada,

pozicioniran je na jednom mjestu i akustičnim senzorima nadgleda široko područje bez velikog

utroška energije. Na taj način može ostati pritajen i do 6 mjeseci. No u aktivnom režimu, može

ostvariti brzine do 3 čvora (1.5 m/s) što je višestruko brže od ostalih klizača uz trajanje misije do

200 sati i maksimalni domet od 1500 kilometara.

Slika 25. a) Klizač Spray, Scripps Institution of Oceanography, SAD[10]; b) Klizač Liberdade Xray, Scripps Institution of Oceanography, SAD [10]

3.2.3. Ostali kriteriji

Postoji još dosta kriterija po kojima bismo mogli unedogled izdvajati i klasificirati

ronilice, no tu bi se izgubio svaki smisao klasifikacije, tako da ćemo u ovom radu još samo

nabrojati i opisati neke od njih.

Prema maksimalnoj dubini, imamo ronilice koje su dizajnirane za najveće moguće

dubine, ronilice za dubine od nekoliko stotina metara i ronilice za plitke vode. Naravno, ronilice

29

za najdublje vode su uglavnom oceanografske i dizajnirane su posebno za misije kartografiranja

nepoznatih morskih dubina i eventualno uzimanje uzoraka za proučavanje života na povišenom

tlaku uz manjak svjetla. Broj ovakvih ronilica je umjeren, jer zbog otežanih uvjeta rada, moraju

biti projektirane na način da izdrže velike pritiske, a to iziskuje veća novčana sredstva,

prvenstveno zbog naprednih čvrstih materijala i inovativnih rješenja. Ronilice dizajnirane za

dubine od nekoliko stotina metara pa sve do par tisuća metara su uglavnom najbrojnije. Razlog

tome je u činjenici da je to područje najzanimljivije, kako industrijama koje iskorištavaju

pomorska dobra, tako i oceanografskim institutima u proučavanju morskog života, morskih struja

i općenito proučavanju mora. I na kraju, imamo ronilice dizajnirane za plitke vode. One su po

konstrukciji daleko manje zahtjevne od dubinskih, no tu postoje drugi problemi, uglavnom vezani

za otežanu kontrolu gibanja uslijed djelovanja valova i drugih površinskih disturbancija.

Prema dimenzijama, mogu se izdvojiti klase malih i klase velikih autonomnih ronilica.

Razvojem malih autonomnih ronilica donedavno su se uglavnom bavili znanstvenici na

sveučilištima, koristeći ih kao razvojne platforme za testiranje novih tehnologija u konstrukciji i

navigaciji. Razlog tome je bio da takve ronilice zbog svojih dimenzija jednostavno nisu imale

dovoljno isplativih funkcija da privuku pažnju ulagača. Veće ronilice su, iako puno skuplje za

razvoj, konstrukciju i iskorištavanje, ipak bile isplativije dugi niz godina. Razlog leži u činjenici

da nisu ograničene dimenzijama, tako da mogu biti kompleksnije, imati veću autonomiju i samim

time i šire područje primjena. No, stvari se u zadnjih nekoliko godina mijenjaju zahvaljujući

razvoju tehnologije i sveprisutnom trendu minimizacije. Naime, sada već postoje male ronilice

koje su po karakteristikama (autonomija, područja primjene, maksimalna dubina) jednake ili čak i

bolje od velikih od prije nekoliko godina. Isto tako moramo spomenuti i sve veća ulaganja u

klizače, koji su prije svega autonomne ronilice mali dimenzija. Taj trend se i dalje nastavlja, tako

da možemo očekivati postepeno prevladavanje malih ronilica nad velikim, naravno osim u

određenim primjenama gdje je neizostavna velika snaga ronilice, koja je direktno vezana uz

veličinu.

30

3.3. HIBRIDNE RONILICE

Kada govorimo o posebnim slučajevima, tu spadaju ronilice koje se nemogu klasificirati

niti kao daljinski upravljane niti kao potpuno autonomne ronilice. One su hibridne ronilice koje

ovisno o situaciji i potrebi mogu nastupati kao jedne ili druge. Primjer takve ronilice je Nereus

razvijena i sastavljena na Woods Hole oceanografskom institutu 2009. godine. Razvijena je za

oceanografska istraživanja na način da se u jednom režimu rada ponaša kao autonomna ronilica i

vrši snimanje i pretragu velikih područja, sve dok ne naiđe na objekat ili područje interesa. Tada

se vraća na matični brod gdje posada i tehničari skidaju podatke i transformiraju Nereus u

daljinski upravljanu ronilicu spajajući je s kontrolnom postajom optičkim kablom i montirajući

saonice sa prostorom za uzorke i manipulator. Nereus se tada nalazi u drugom režimu rada te

operater direktno upravlja njome te je omogućen prijenos kvalitetnih snimki i očitavanja drugih

instrumenata u stvarnom vremenu.

Slika 26. Nereus, Woods Hole Oceanographic Institute, SAD u: a) autonomnom režimu rada kao krstareća ronilica i b) kao daljinski upravljana ronilica [10]

31

4. KOMPONENTE

Svaka ronilica, bilo autonomna ili daljinski upravljana sastoji se od velikog broja

različitih sastavnih dijelova koji čine jednu funkcionalnu jedinicu. Neke ronilice su specifične po

dizajnu i konstrukciji pa mogu sadržavati komponente koje nećemo susresti nigdje drugdje no

uglavnom se sastoje od istih komponenti koje su nužne za funkcioniranje bilo kakvog podvodnog

bespilotnog vozila. U ovom poglavlju ćemo opisati baš te osnovne i neizostavne komponente od

kojih se sastoji svaka ronilica. Krenuti ćemo sa onim osnovnim, dakle opisom konstrukcije trupa

ronilice. Tu ćemo navesti različite oblike trupa, te reći nešto o modularnosti građe ronilica. Dalje

ćemo reći nešto o komponentama koje se montiraju na okvir, dakle o elektromehaničkim

komponentama poput propulzora, o sustavima za prikupljanje podataka i na kraju ćemo reći nešto

o sustavu za prijenos podataka, bio on vezni kabel ili neka druga metoda.

4.1. TRUP RONILICE

Kada govorimo o trupu ronilice, možemo reći da njega sačinjavaju okvir i

vodonepropusne komore, a propulzori, senzori, izvori energije i slično su dodatne komponente

koje se montiraju na okvir ili u vodonepropusne komore, dakle na trup ronilice.

Kao što smo već saznali iz prethodnih poglavlja u kojima smo klasificirali ronilice, trup

ronilice može poprimiti nekoliko karakterističnih oblika. Dakle da ponovimo, krstareće ronilice

moraju imati hidrodinamički oblik trupa, najčešće oblik torpeda ili pak neki sličan oblik izveden

iz oblika torpeda, npr. ovalni, dok lebdeće ronilice i eksperimentalni sustavi obično imaju oblik

otvorenog okvira. Bez obzira na oblik trupa, gotovo sve ronilice barem su dijelom modularne, što

znači da se barem neke njihove komponente mogu lako promijeniti. To se ostvaruje na način da

se na osnovni okvir ronilice opremljen sustavima neophodnim za osnovne funkcije poput gibanja,

navigacije i komunikacije, nadograđuju moduli s uređajima i instrumentima specifičnim za

određenu misiju. Takav način konstrukcije uvelike olakšava i potiče korištenje ronilica, jer jedna

ronilica može obavljati različite vrste zadaća, tj. potrebna su manja ulaganja. Ovakva rješenja

sreću se kod autonomnih lebdećih ronilica, ali najviše se koriste kod daljinski upravljanih ronilica

radne klase. No kod modularne građe ronilica javljaju se određeni problemi. Naime, kod

konstrukcije ronilice mora se uvijek gledati na utjecaj težine i veličine pojedinih komponenti na

cjelokupni sustav jer je uvijek cilj zadržati omjer težine i uzgona približno u ravnoteži, tj. imati

32

približno neutralan uzgon i očuvati statičku i dinamičku stabilnost. Nadograđivanje ronilice

modulima raznoraznih proizvođača te stavke se mogu ozbiljno narušiti. Rješenje tih problema

moglo bi biti u standardizaciji komponenti na način da različiti moduli imaju usklađen volumen,

oblik, metodu montaže, masu, unutrašnju distribuciju mase, napajanje energijom, potrošnju

energije, metodu komunikacije s računalima osnovnog tijela ronilice i dr.

Dakle, okvir trupa ronilice pruža čvrstu konstrukciju na koju se montiraju sve ostale

komponente ronilice. Sve komponente koje nisu vodootporne smještaju se u manje

vodonepropusne komore koje se potom pričvršćuju na okvir. Ako je ronilica dizajnirana za velike

dubine, vodonepropusne komore moraju izdržati znatan hidrostatski tlak vode i stoga se izvode u

otpornom valjkastom ili sferičnom obliku. Poželjno je, pogotovo kod dubinskih ronilica, da budu

što manjih dimenzija, što postavlja dodatne zahtjeve na minijaturizaciju elektronike i drugih

osjetljivih komponenti koje se u njih smještaju. No većina autonomnih ronilica opremljena je

izvorom energije nešto većih dimenzija, koji također ne smije doći u dodir s morskom vodom.

Tada mora postojati glavna velika vodonepropusna komora, prema kojoj će obično biti određena

maksimalna dubina ronilice. No ona obavlja još jednu važnu funkciju. Naime, zrak ili drugi plin

ili tekućina kojim se vodonepropusne komore ispunjavaju obično su lakši od vode, pa je sila

uzgona na komoru pozitivna, i na taj način kompenzira težinu ronilice i ostvaruje približno

neutralan uzgon. Kod daljinski upravljanih ronilica koje nemaju izvor energije montiran na okvir,

pa nisu ni potrebne vodonepropusne komore velikih dimenzija, da bi se održao približno

neutralan uzgon, moraju se ugraditi dodatni blokovi laganog materijala, najčešće od poliuretana

ili neke druge sintetičke pjene.

4.2. AKTUATORI

Aktuatori su uređaji koji pretvaraju elektičnu ili neku drugu energiju u mehaničku. Mogu

se podijeliti u tri skupine, elektromehanički, hidraulični i pneumatski aktuatori. Zbog prirode

radne okoline ronilica, zadnji ovdje jednostavno nemogu naći svoju primjenu, no zato su

elektromehanički i hidraulični veoma zastupljeni. U ovom poglavlju ćemo dakle obraditi

elektromehaničke i hidraulične aktuatore, od kojih su po potrošnji energije i po važnosti

zasigurno prvi porivnici pa ćemo prvo reći ukratko o njima.

33

Kod ronilica se obično koriste tri vrste propulzije za ostvarivanje poriva. To su potpuno

električna propulzija, hidraulična propulzija i rjeđe mlaznice. Često se sreću i ronilice koje koriste

kombinaciju nekih od spomenutih vrsta propulzija. Svaka od ovih vrsta razvijena je za određene

vrste ronilica i određene vrste zadaća, tako da se npr. mlaznice susreću kod ronilica koje obično

zadaće obavljaju u okolišu u kojem slobodno plutaju različiti komadići materijala koji bi mogli

oštetiti vijke električnih ili hidrauličnih porivnika. Hidraulični porivnici se najčešće koriste kod

daljinski upravljanih ronilica radne klase kojima je prioritet velika snaga u obavljanju zadaća.

Iako su hidraulični sustavi, kako kod propulzije, tako i kod manipulatora energetski daleko

neučinkovitiji od električnih sustava, i dalje se koriste kod radnih ronilica velikih dimenzija i

težine gdje su potrebne najveće snage. No daleko najbrojnije su ronilice koje koriste potpuno

električnu propulziju. Razlozi tome su brojni, od povoljnog omjera veličine i snage do visoke

pouzdanosti i ekonomičnosti. Također, jedan od bitnijih razloga je i jednostavna integracija

cijelog sustava upravljanja, navigacije i kontrole u jednu cjelinu upravljanu računalom i nisu

potrebni glomazni i neučinkoviti pretvarački uređaji poput npr. hidraulične pumpe kod

hidraulične propulzije. Električna propulzija se sve više koristi kod svih plovila gdje je potrebna

visoka upravljivost, kao npr. kod velikih cruiser brodova, tako da je logično za očekivati da se

kod ronilica, gdje je visok stupanj upravljivosti neizostavan, koristi upravo ova vrsta propulzije.

Slika 27. a) Hidraulični porivnik SA380, SubAtlantic Ltd., UK; b) DC Električni porivnik SPE250, SubAtlantic Ltd., UK[24]

34

Neovisno o vrsti propulzije, kod ronilica se ona ostvaruje sa dva ili više porivnika

razmještenih tako da porivna sila koju ostvaruju u odnosu na centar gravitacije omogućava

zadovoljavajuće manevriranje i gibanje, ovisno o namjeni ronilice i njenim sposobnostima.

Slika 28. Različiti razmještaji propulzora[3]

Poriv ostvaren sa tri porivnika razmještenih kako je prikazano na slici 28 omogućava

gibanje u samo tri stupnja slobode, napredovanje, poniranje i ošijanje. Napredovanje se ostvaruje

pomoću dva horizontalna porivnika, poniranje sa jednim vertikalnim a ošijanje pomoću

asimetričnog poriva horizontalnih porivnika. Na drugoj slici je dodan i horizontalni bočni

porivnik koji omogućava još i zanošenje te tako povećava upravljivost na četiri stupnja slobode

dok je na trećoj slici prikazan razmještaj porivnika tako da vektor poriva nije paralelan sa

longitudinalnom osi. Na taj način se ostvaruje poboljšana upravljivost što se tiše ošijanja i gibanja

u bilo kojem horizontalnom smjeru uz zadržavanje iste orijentacije.

Osim porivnika, na ronilicama su često prisutni i drugi aktuatori poput raznih alata i

manipulatora. Manipulatori su robotske ruke pomoću kojih se mogu ostvariti razne komplicirane

radnje. Postoje jednostavni manipulatori koji su zapravo ništa više nego hvataljke, dakle imaju

samo jednu funkciju, najčešće stisak. S druge strane pak, postoje i manipulatori koji su po izvedbi

veoma kompleksni pa mogu imati više zglobova od kojih se svaki može zakretati u više

smjerova, pa samim time mogu izvoditi kompliciranije a i preciznije operacije. Hidraulični

manipulatori su se kroz povijest najčešće koristili kod radnih ronilica, no zbog razvoja

tehnologije i inovativnih rješenja, došlo je do pojeftinjenja pa su pomalo prešli u široku upotrebu.

Danas se koriste ne samo kod radnih ronilica za standardne operacije, već i kod jeftinijih

istraživačkih i autonomnih ronilica. Manipulatori su u potpunosti bili hidraulični sve do 2009.

godine kada ECA CSIP Ltd. izdaje prvi potpuno električni manipulator sa 5 funkcija. To se

35

smatra točkom prekretnicom u razvoju robotskih ruka, te se predviđa postepeno prevladavanje

električnih manipulatora nad hidrauličnim. No, sasvim sigurno možemo reći da će hidraulični

manipulatori ostati u upotrebi kod velikih radnih ronilica još neko duže vrijeme zbog potrebe za

velikim snagama, ali prvenstveno zbog konzervativnosti proizvođača i korisnika ovakvih

ronilica.

Slika 29. a) Potpuno električni manipulator, ECA CSIP Ltd., UK[25]; b) Hidraulični manipulator CONAN, Schilling Robotics, SAD[26]

Kod radnih ronilica možemo sresti još i određene paketa alata ovisno o misiji ronilice.

Naravno postoje električni i hidraulični, no najčešće su u upotrebi hidraulični alati. Svi ti alati su

u biti ekvivalenti raznih vrsta bušilica, brusilica, rezača, odvijača, čekića itd. koji se inače koriste

u raznim poslovima na kopnu samo što su ovi razvijeni za upotrebu ispod vode pa ih zbog toga

nećemo posebno predstavljati i obrađivati.

4.3. SENZORI

Da bi ronilica mogla kvalitetno obavljati svoju zadaću, mora imati sposobnost da svoju

okolinu prepozna bilo vizualnim ili nekim drugim sredstvima. Na osnovu tih nužnih podataka o

okolini u kojoj se ronilica nalazi, operater, kod daljinski upravljanih, ili napredni algoritmi, kod

36

autonomnih, mogu donositi ispravne odluke i pratiti posljedice. Dakle, u ovom poglavlju ćemo

opisati vrste senzora koje se najčešće koriste kod ronilica i opisati princip rada pojedinih.

Video kamera je bila prvi uređaj koji se ugrađivao na ronilice, štoviše, prve ronilice nisu

bile nazivane nikakvim podvodnim robotima ili nekakvim sličnim visokotehnološkim terminima

koje susrećemo danas, već su bile poznate kao pokretne podvodne kamere. Suvremene kamere se

isporučuju u raznim varijantama, ali sve su razvijene i posebno dizajnirane za upotrebu ispod

površine vode, što znači uzimanje u obzir smanjenu vidljivost, hidrostatski tlak na većim

dubinama i dr. Postoji velik broj proizvođača podvodne video opreme i svi nude određenu paletu

svojih video sustava, ali svi se oni mogu svrstati u tri kategorije. Prva bi bila monokromatske

kamere koje pružaju jednobojnu sliku u više nijansi. Zbog CCD senzora posebno osjetljivog na

promjene u osvjetljenosti, ova vrsta kamera je idealna za preciznu navigaciju i nadgledanje u

uvjetima ekstremno smanjene vidljivosti, recimo u muljevitoj vodi. Druga kategorija bi bile

kamere u boji koje koriste naprednije CCD senzore i CMOS senzore ostvarujući poboljšanu

kvalitetu slike. One obično služe kao glavna kamera na ronilici za navigaciju i sve ostale

primjene i treća kategorija bi bile digitalne kamere koje pružaju najvišu kvalitetu slike (HD). One

su obično potrebne kod oceanografskih ronilica ali i kod kompleksnijih operacija radnih ronilica i

često ih možemo naći montirane na manipulator ili neki drugi alat. Neovisno o kojoj vrsti kamere

se radi, obično su montirane u čvrsto kućište otporno na visoke tlakove koje se najčešće izrađuje

od nehrđajućeg čelika, titaniuma ili od posebno čvrstih plastika (Delrin®). Također sve kamere se

često isporučuju zajedno sa postoljem koje omogućava zakretanje i nagib kamere u svim

smjerovima (eng. pan&tilt), no za kamere koje se isporučuju bez postolja ono se može i posebno

montirati.

37

Slika 30. a) Ocean ProHD Undersea HDTV kamera, senzor: 1/3 type 2-megapixel HD CMOS, rezolucija: 1920 x 1080, Deep Sea Systems International, SAD[27]; b) 0413 TRZ monokromatska kamera i pripadajuće pan&tilt kućište, senzor: 1/2 interline transfer CCD, rezolucija: 768 x 492, Kongsberg Maritime AS, Norveška[28]

No, same kamere nisu dovoljne za vizualno prepoznavanje okoline. Potreba za dodatnim

osvjetljenjem postaje očita već nekoliko metara ispod površine. Dok na površini obilje sunčeve

bijele svjetlosti omogućava da vidimo svijet u svim njegovim bojama, ispod površine prodor

svjetlosti je puno teži i dolazi do njenog prigušivanja. U primjenama u podmorju koriste se skoro

sve vrste tehnologija u osvjetljenju, tako da u upotrebi imamo fluorescentne, ksenonske,

halogenske i metal halogenske te LED lampe, sve sa svojim prednostima i nedostatcima. Naravno

cilj je ostvariti osvjetljenje što više slično sunčevom svjetlu, no zbog ograničenja u dimenzijama i

pogotovo u potrošnji energije ronilica sve više se koristi LED rasvjeta. Upotrebom dioda

različitog kemijskog sastava mogu se dobiti osvjetljenja različitih boja (ultraljubičasto,

infracrveno i različite boje vidljive svjetlosti) i tako zadovoljiti sve vrste primjena.

38

Slika 31. a) Metal halogeni HID (High intensity discharge) reflektor OE11-141, Kongsberg Maritime AS, Norveška[28]; b) LED reflektor Oceanlight LED „Wide flood“, Deep Sea Systems International, SAD[27] c) Halogeni reflektor Deep-SeaLite, Deep Sea Power&Light, SAD[29];

Osim vizualnih sustava za prikupljanje podataka, ronilice su opremljene i drugim vrstama

senzora, prvenstveno raznim akustičkim senzorima ili sonarima (SOund Navigation And Range).

Akustički senzori se kod ronilica koriste najviše za određivanje konfiguracije dna, ali i kao

pomoć pri navigaciji, prije svega u izbjegavanju prepreka. Imamo različitih vrsta akustičkih

senzora, od kojih kod ronilica gotovo uvijek srećemo ili sonar za poprečno skeniranje (Side-scan

Sonar) ili višezračni sonar (Multi-beam sonar). Side-scan sonar se koristi za lociranje cjevovoda,

potonulih brodova i slično ali i za batimetriju velikih područja gdje velika preciznost nije od

bitnog značaja. Naime Side-scan sonar nema veliku rezoluciju snimanja kao Multibeam sonar

zbog toga što na karti snimljene okoline ostavlja prazna područja ili sjene pojedinih objekata koje

su rezultat snimanja jednom zrakom, tj. konstantnim kutom. Kod Multibeam sonara, kao što i

sam naziv govori, koristi se više zraka koje snimaju pod različitim kutevima tako da se isto

područje snimi više puta te računalnom obradom dobijemo kvalitetniju trodimenzionalnu sliku

bez ikakvih sjena. Zbog toga se Multibeam sonar često koristi i kao pomoć kod navigacije.

39

Slika 32. a) Princip djelovanja Side-scan sonara; b) Primjena Multibeam sonara kod visokorezolucijske trodimenzionalne batimetrije i kod navigacije između podvodnih struktura [30]

Od akustičkih senzora još se sreću različiti „profileri“ poput Sub Bottom profilera koji se

koristi kada je potrebno napraviti kartu dna koja će sadržavati i informacije o vrsti tla, dakle

pružiti vertikalni profil tla do određene dubine. Te informacije su jako bitne kod određivanja trase

po kojoj će se iskopavati kanali za postavljanje kabela i slično. Cross Section profiler je akustički

senzor koji kao i Sub Bottom profiler radi na više frekvencija te mu to omogućuje „dubinski vid“

i daje poprečni presjek cjevovoda, kablova ili pak nekih drugih struktura.

Postoji još veliki broj različitih senzora koji nisu bazirani na svojstvima prostiranja zvuka

kroz medij već na drugim tehnologijama i služe za prikupljanje podataka o sastavu i fizičkim

karakteristikama vode. Tu imamo razne uređaje poput mjerača klorofilne fluoroscencije, na

osnovu čijih podataka se dolazi do informacija o prisutnosti biljnog života, mjerača povratne

difuzije čiji podatci mogu odrediti brojne elemente i njihovu koncentraciju u vodi, raznih

spektrofotometara, kao npr. ultraljubičasti spektrofotometar koji na osnovu količine upijene

ultraljubičaste svjetlosti u vodi određuje količinu i vrste otopljenih kemikalija, mjerača pH

vrijednosti vode, termometra itd.

Ovdje bi još trebali spomenuti uređaje čija je osnovna namjena također prikupljanje

podataka, ali isključivo u svrhu upravljanja, navigacije i kontrole. Tu bi spadali razni žiroskopi,

40

kompasi, akustički sustavi pozicioniranja itd., no pošto će upravljanje, navigacija i kontrola

ronilica biti detaljno opisana dalje u radu, za sada ćemo ih preskočiti.

4.4. KOMUNIKACIJA I NAPAJANJE

Kada se govori o prijenosu podataka, tu se misli na podatke koje prikupljaju istraživački i

navigacioni senzori ronilice, na podatke koje operater šalje prema ronilici, koji se odnose na

kontrolu i upravljanje ronilicom, i kod autonomnih ronilica, na podatke, tj. izvješća o tijeku i

završetku misija, te eventualnim problemima. Ovisno o vrsti ronilice, prijenos podataka se može

ostvariti na više načina.

Kod daljinski upravljanih ronilica se u pravilu koristi vezni kabel. U engleskoj literaturi

srećemo dvije vrste naziva za vezni kabel, „umbilical“ i „tether“. Često se kod opisivanja

tehnologije nepromišljeno koriste oba naziva, no potrebno ih je jasno odvojiti i definirati. Naime,

„umbilical“ predstavlja čvršći „pupčani“ kabel s kojim su ronilica ili pak kavez za porinuće

ronilice vezani za matičnu platformu ili brod, te se pomoću njega ronilica spušta u vodu ili izvlači

na palubu. Također, tegljeni sustavi dobivaju energiju za kretanje upravo preko „pupčanog“

kabela. No osim te bitne funkcije, također služi i za prijenos podataka i za opskrbu ronilice

električnom energijom. Za razliku od debljeg „pupčanog“ kabela, „tether“ ili obični vezni kabel,

nema konstruktivnu snagu, već mu je glavna namjena samo prijenos energije i podataka.

Najčešće se koristi za direktnu vezu sa matičnom platformom ili brodom kod manjih ronilica koje

ne zahtjevaju posebne mehanizme i dizalice za porinuće i kod većih ronilica kao veza ronilice i

kaveza za porinuće. Osim ova dva kod daljinski upravljanih ronilica najčešće korištena sustava za

vezu, kod ronilica koje sa sobom nose izvor energije koristi se i tanki, najčešće optički kabel,

samo za prijenos podataka. Na slici 32. prikazan je sustav za porinuće ronilica LARS (Launch &

recovery system) razvijen u Saab Seaeye Ltd.. Osim očitih prednosti koje korištenje veznog

kabela donosi, dakle brzu izmjenu podataka i neograničen izvor energije, moramo spomenuti i

jedan problem koji se ovdje javlja. Naime, putem kabela se na ronilicu prenose velike i neugodne

vanjske sile i momenti, od kojih su najvažnije sila otpora vode pri kretanju kabela kroz nju te

ljuljanje matičnog broda na valovima. Zbog tih sila kabel mora biti žilaviji i deblji, a ronilica

veća i imati veće i snažnije propulzore, no u većini slučajeva povrh svega toga potreban je sustav

za kompenzaciju tih sila poput na slici prikazanog T.M.S.-a. Koristeći takav ili sličan sustav,

41

neugodne sile će se prenositi samo do kaveza čija će težina držati pupčani vezni kabel napetim i

zategnutim, dok će ronilica biti vezana za kavez labavim veznim kabelom koji je odgovarajuće

dužine dovoljne za obavljanje misije.

Slika 33. Launch & recovery system (LARS), Saab Seaeye Limited, UK[31]

Autonomne ronilice, kao što već znamo, ne zahtjevaju konstantnu vezu između operatera

i ronilice, jer izvođenju misije pristupaju samostalno. No bez obzira na to, povremeno je ipak

potrebno ostvariti komunikaciju sa ronilicom. Ta komunikacija se najčešće ostvaruje po

završetku misije radi proučavanja prikupljenih podataka ili pak davanja novih uputa. Ipak, često

su podatci o tijeku misije i nove upute potrebni i tokom misije, pogotovo kod ronilica čije su

misije veoma dugotrajne, pa se onda komunikacija ostvaruje raznim načinima u trenutcima kada

42

uvjeti to omogućavaju. Npr., ronilica može biti opremljena radiofrekvencijskim

primopredajnikom, pa se prijenos podataka ostvaruje kada ronilica izroni na površinu, ili pak, na

strateškim mjestima mogu biti postavljena umrežena i na razne načine sa kopnom povezana

podvodna pristaništa na koja se onda ronilice spoje te je osim prijenosa podataka moguće i

punjenje baterija. Ipak, najčešće korišteni sustav za komunikaciju kod autonomnih ronilica je

podvodna akustička komunikacija. No tu postoje velika ograničenja, jer prijenos podataka na

takav način, zbog prirode širenja zvučnih valova i podložnosti izobličenjima i prigušenju zbog

brojnih faktora u podmorju, ne osigurava veliku gustoću protoka informacija i velik domet.

Usprkos tome, to je jedini način za bežičnu komunikaciju ispod vode te se to područje zbog svoje

važnosti sve više istražuje i vrlo brzo razvija. Dugo vremena je bila moguća komunikacija samo u

jednom smjeru na relativno malu udaljenost, dok danas, zbog naprednih metoda modulacije i

kodiranja, u širokoj upotrebi možemo naći ne samo komunikaciju u dva smjera, već cijele

podvodne mreže akustičke komunikacije u kojima velik broj korisnika, od brodova do ronilica,

sudjeluje na jednom ili više frekvencijskih pojasa[32].

Slika 34. Akustička podvodna komunikacija,“Micromodems in the Field-Multi-System Use”, Acoustic Communications, Woods Hole Oceanographic Institute, SAD[33]

43

Izvor energije je jedan od najbitnijih parametara koji određuje učinkovitost autonomne

ronilice. Naime, o količini energije koju je baterija ili akumulator sposobna isporučiti ovisi

kompleksnost ronilice, tj. brojnost raznih podsustava i njihova ukupna potrošnja, te ukupno

trajanje misije. No osim količine energije, bitno je spomenuti i tehnologiju koju koriste

(materijal), što utječe na vijek trajanja baterije, mogućnost ponovnog punjenja i gustoću

energije (omjer pohranjene energije i mase). U prošlosti su se uglavnom koristili klasični

olovni akumulatori i nikl-kadmijeve (Ni-Cd) baterije, usprkos niskoj gustoći energije,

uglavnom zbog razvijene industrije proizvodnje što im je osiguravalo malu cijenu. No, olovni

akumulatori sa gustoćom energije od 25 Wh/kg i Ni-Cd baterije sa 50 Wh/kg u današnje

vrijeme ne mogu parirati npr. litij-ionskim baterijama sa gustoćom energije oko 150 Wh/kg,

iako su jeftinije, jer se naglasak stavlja na ekonomsku isplativost ronilice, odn. bitno je da

ronilica ima odgovarajuće dugo trajanje misije i domet, a da ipak baterije ne zauzimaju veliki

dio volumena i mase ronilice. Tako danas u širokoj upotrebi možemo naći litij ionske (Li-ion),

litij-polimer ionske (Li-Poly), srebro-cinkove, alkalijske baterije i gorive ćelije. Od svih

nabrojenih, litij ionske i litij-polimer ionske daju najveće gustoće energije, vrlo dug životni

vijek i pokazale su se kao vrlo pouzdane i lako punjive, te usprkos visokoj cijeni predstavljaju

zasada najekonomičnije rješenje. Primjer ronilice koja koristi litij-polimer ionske baterije je, u

jednom od prijašnjih poglavlja već spomenuta ronilica, AutoSub6000, koja, da ponovimo, ima

autonomiju od 8 dana i domet do 1000 kilometara (ne maksimalnom brzinom). Srebro-

cinkove baterije pružaju gustoću energije nekoliko puta veću od olovnih i Ni-Cd baterija, no

glavni nedostatak im je, pored visoke cijene, vrlo kratak životni vijek. Naime, čak i uz vrlo

pažljivo postupanje, one ne mogu izdržati više od dvadesetak punjenja i pražnjenja, a i

dugotrajno skladištenje bez upotrebe uvelike pogoduje propadanju. Tehnologija gorivih ćelija

još uvijek je u ranim fazama razvoja, što znači da je njihova uporaba na ronilicama složena i

skupa. Usprkos tome, one ipak najviše obećavaju kao izvor energije budućnosti jer već danas

ostvarive gustoće energije gorivih ćelija su nekoliko puta bolje od onih najboljih baterija, dok

teoretske mogućnosti koje tek treba razviti, pružaju čak i do stotinu puta veće gustoće. Primjer

ronilica sa gorivim ćelijama je autonomna ronilica Hugin (Konsgberg Maritime AS,

Norveška), kojoj uz aluminijeve gorive ćelije omogućuju trajanje misije od 50 sati brzinom 4

čvora. Osim ovih klasičnih načina napajanja autonomnih ronilica, moramo spomenuti i

napajanje pomoću sunčeve energije, odn. pomoću solarnih ploča. Primjer ronilice koja za

44

napajanje koristi solarne ploče je SAUV (Falmouth Scientific, Inc., SAD). Naravno, solarne

ploče služe samo za prikupljanje energije kada uvjeti to omogućavaju i ovakve vrste ronilica

svejedno moraju biti opremljene jednima od prije opisanih baterija, pa je tako SAUV

opremljen litij ionskim baterijama.

Slika 35. Prikaz gustoće energije (Wh/kg) i napona (V) različitih vrsta baterija, veličina kugle označava relativnu težinu baterije[34]

45

5. UPRAVLJANJE, NAVIGACIJA I KONTROLA

Površinska i podvodna plovila trebaju biti dizajnirana za ekonomski učinkovito obavljanje

svojih zadaća te moraju biti odgovarajuće pouzdana. Da bi se ti osnovni zahtjevi koji se

postavljaju pred projektante i inženjere ostvarili, najbitnije je uspostaviti učinkovitu kontrolu

gibanja plovila.

Početkom razvoja znanosti o kontroli gibanja plovila smatra se 1908. godina kada je

njemački izumitelj Hermann Anschütz-Kaempfe za potrebe svoje ekspedicije na sjeverni pol

konstruirao prvi navigacijski uređaj na bazi žiroskopa, žirokompas. Njegov žirokompas je bio

uređaj koji za pokazivanje sjevera koristi električni pogonjen žiroskop, i za razliku od magnetnog

kompasa, puno je pouzdaniji jer nije osjetljiv na promjene u magnetskom polju, koje su prisutne

kod čeličnih brodova i podmornica opremljenih raznom elektroničkom opremom. Također,

prednost pred magnetskim kompasom je u tome što pokazuje prema pravom sjeveru, tj. točki

gdje zemljina rotaciona os prolazi kroz zemljinu površinu, dok magnetski kompas pokazuje pol

zemljinog magnetskog polja koje je u vremenu i prostoru promjenjivo. U isto vrijeme, za

žirokompase se zainteresirao i amerikanac Elmer Sperry koji je tri godine poslije također

konstruirao svoju poboljšanu verziju žirokompasa.

Izum žirokompasa omogućio je razvoj prvih autopilota, koji su za razliku od današnjih

bili vrlo jednostavni. Primjer je, također od izumitelja Sperrya, „Metal Mike“, prvi autopilot

razvijen za vrijeme prvog svjetskog rata. Metal Mike je u biti bio žirokompasom vođeni

automatski kormilarski stroj koji je pomoću povratne veze vršio korekcije putanje. Nešto poslije,

godine 1922., Nicholas Minorsky je predstavio detaljnu analizu sustava za kontrolu pomoću

povratne veze te definirao tri principa automatskog upravljanja, proporcionalno, integralno i

derivativno upravljanje koji danas stoje kao osnove automatizacije procesa.

Neko vrijeme nakon tih početaka automatizacije, svi sustavi su uglavnom bili jednostavni

linearni i pratili su samo jednu veličinu, tj., imali su jedan ulaz i jedan izlaz (eng. SISO, Single in

– Single out). No nakon što je Rudolf E. Kalman godine 1960. razvio teoriju estimatora, odn.

predviđanja najvjerojatnije vrijednosti mjerenog signala koji sadrži smetnje (Kalmanov filter),

postalo je moguće ostvariti LQG kontroler (eng. Linear-quadratic-Gaussian controller), koji je

bio primjenjiv i u SISO ali i u MIMO sustavima (eng. Many in – Many out). Tako su se počeli

46

razvijati MIMO sustavi modernih autopilota, sustava za vožnju po trajektoriji i dinamičkog

pozicioniranja, odnosno sustava za kontrolu i upravljanje plovila u više stupnjeva slobode (kurs,

kutovi nagiba, uranjaj) baziranih na matematičkom modelu plovila.

Nakon tih bitnih temelja automatskog upravljanja plovnih objekata, razni stručnjaci su

razvili raznovrsne metode upravljanja i kontrole na bazi matematičkog modela plovila ostvarive

pomoću modernih računala, sve sa svojim prednostima i nedostacima, primjenjive u različite

svrhe. Na slici 36. prikazan je dijagram na kojem se jasno vide stupnjevi i ključne točke u razvoju

sustava automatskog upravljanja plovilima.

U ovom poglavlju ćemo opisati osnove navigacije, upravljanja i kontrole te principe

djelovanja sustava koji se uobičajeno koriste kod bespilotnih ronilica.

Slika 36. Dijagram prikazuje razvoj od ranih autopilota do modernih sustava automatskog upravljanja[35]

47

5.1. OSNOVNI POJMOVI

Kada govorimo o osnovnim pojmovima kod upravljanja, navigacije i kontrole plovila,

prvo moramo definirati i objasniti koja su to moguća gibanja koja je potrebno regulirati. Na slici

37 su prikazani svi mogući stupnjevi slobode gibanja (eng. DOF – degrees of freedom).

Slika 37. Stupnjevi slobode gibanja[36]

Gibanje duž osi x naziva se napredovanje (eng. surge) a rotacija oko osi x valjanje (eng.

roll). Dalje imamo gibanje duž osi y koje se naziva zanošenje (eng. sway) dok je rotacija oko osi

y propinjanje (eng. pitch), i na kraju gibanje duž z osi je poniranje (eng. heave) a rotacija oko iste

ošijanje (eng. yaw). Sva ta gibanja su moguća uslijed raznih vanjskih poremećaja, ali najčešće se

aktivno ne upravlja sa svima, pa tako proizvođači najčešće opremaju ronilice aktuatorima na

48

način da omogućuju napredovanje, poniranje, zanošenje i ošijanje. Valjanje i propinjanje, ako

ronilica ima tu mogućnost, najčešće se ostvaruje na način da je ronilica opremljena balastom

promjenjivog položaja, tako da se mijenja odnos između centra gravitacije i centra uzgona, pa se

ronilica naginje prema naprijed ili nazad kod propinjanja ili pak prema lijevoj ili desnoj strani

kod valjanja. Vezano uz to, kada govorimo o osnovnim pojmovima automatskog upravljanja

plovnim objektima, kod ronilica moramo reći nešto o stabilnosti ronilice. Prvo moramo definirati

uzgon. Naime, hidrostatički uzgon je sila koja djeluje na sva tijela uronjena u fluide (tekućine i

plinove), a nastaje uslijed razlike hidrostatičkih tlakova koji djeluju na donji i gornji dio tijela,

dok je centar sile uzgona točka središnjica volumena vode koji je uronjeni objekat istisnuo, u

ovom slučaju ronilica. Ronilice se najčešće izvode tako da imaju neutralan uzgon, tj. da uronjene

u vodu „lebde“ nezavisno o dubini na kojoj se nalaze. To se izvodi pravilnim odabirom materijala

koji pruža uzgon i balastne mase ronilice, tako da se sila uzgona i gravitacijska sila koje djeluju

na ronilicu poništavaju. Centar mase, ili centar gravitacije je točka iz koje se uzima da

gravitacijska sila djeluje na objekat. Naime, da bi ronilice bile što stabilnije, najčešće se izvode

tako da centar gravitacije bude što niže, a centar uzgona što više, jer što je veća ta udaljenost, u

slučaju odstupanja ronilice od ravnotežnog položaja uslijed djelovanja vanjskih poremećaja,

vraćanje u ravnotežni položaj će biti brže, ali i pružati će veći otpor pomicanju iz tog ravnotežnog

položaja. Na slici 38 prikazani su različiti odnosi između centra gravitacije i centra uzgona i

njihov utjecaj na stabilnost i nagnuće ili trim ronilice.

Slika 38. Utjecaj centra sile gravitacije i centra sile uzgona na stabilnost ronilice[3]

49

Nadalje, kada govorimo o sustavima upravljanja, navigacije i kontrole, potrebno je ta tri

pojma jasno odvojiti i definirati.

Sustav upravljanja je sustav koji kontinuirano generira podatke o referentnim (željenim)

veličinama poput pozicije, brzine, ubrzanja itd.. Glavne komponente sustava za upravljanje su

raznovrsni senzori gibanja, podsustavi koji pružaju podatke o vanjskim uvjetima poput brzine

vjetra, veličini valova, o trenutnoj brzini i kursu itd. te računalo. Računalo prikuplja i obrađuje te

podatke i rezultate prosljeđuje ljudskom operatoru, navigacijskom i kontrolnom sustavu.

Također, često se vrše i napredne optimizacijske tehnike radi izračunavanja najekonomičnijih

trajektorija ili pravaca putanje plovila, optimalne potrošnje goriva, minimalnog trajanja misije ili

puta, izbjegavanja prepreka i sudara itd.

Navigacija je znanost i vještina vođenja broda, zrakoplova i drugih objekata od jedne do

druge točke na Zemlji. Osnovni zadaci navigacijskog sustava su određivanje kursa, udaljenosti

između dva mjesta i određivanje pozicije broda zbog provjere stvarno prevaljenog puta. U nekim

slučajevima u sustavu navigacije se određuje i trenutna brzina i ubrzanje. Postoje razni

navigacijski sustavi koji se baziraju na različitim tehnologijama, pa tako imamo

radionavigacijske sustave (Loran, Decca...), inercijske navigacijske sustave itd., no u današnje

vrijeme kod površinskih plovila navigacija se najčešće vrši pomoću satelitskih navigacijskih

sustava u kombinaciji sa raznim senzorima na plovilu poput žirokompasa. Kod ronilica je od

svih navigacijskih sustava najzastupljenije akustičko pozicioniranje o kojem će biti riječi nešto

kasnije u radu. Podaci koje sustav za navigaciju generira prosljeđuju se dalje kontrolnom sustavu

(autopilotu) i sustavu za upravljanje.

Kontrolni sustav na osnovu stvarnih i željenih veličina generira iznose sila i momenata

koje se trebaju izvršiti da bi se plovilo što je više moguće približilo željenom stanju. Objekt

kontrole može biti minimalna potrošnja energije, praćenje zadane trajektorije, manevriranje itd.

50

Na slici 39. prikazan je sustav za upravljanje, navigaciju i kontrolu te pripadne veze

između pojedinih komponenti. Vidljivo je da je cijeli sustav je organiziran kao petlja sa

povratnom vezom. Naime, sustav za upravljanje na osnovu unesenih podataka o potrebama

misije generira upravljačke naredbe kojima kontrolni sustav upravlja aktuatorima. Sustav za

navigaciju preko senzora određuje trenutno stanje mjerenih veličina i prosljeđuje te podatke

natrag sustavu za upravljanje, koji prati približavanje plovila željenom stanju i ponovno generira

nove upravljačke naredbe.

Slika 39. Sustav za upravljanje, navigaciju i kontrolu[37]

51

5.2. UPRAVLJANJE BESPILOTNIM RONILICAMA

Kada govorimo o upravljanju kod bespilotnih ronilica, prvo moramo odvojiti daljinski

upravljane ronilice od autonomnih, jer su sustavi razvijeni za daljinski upravljane ronilice po

složenosti i metodologiji izvršavanja misija vrlo jednostavniji od sustava za autonomne ronilice.

To proizlazi iz činjenice da daljinski upravljane ronilice imaju konstantnu vezu sa operaterom

koji u stvarnom vremenu na osnovu navigacijskog sustava vrši većinu funkcija sustava

upravljanja. Za razliku od daljinski upravljanih ronilica, kod autonomnih sustav upravljanja je

daleko složeniji i uvijek posjeduje određenu razinu umjetne inteligencije nužne za donošenje

odluka više razine. U ovom poglavlju ćemo opisati glavne karakteristike sustava upravljanja

daljinski upravljanih i kasnije autonomnih ronilica.

Dakle, kao što smo već opisali u jednom od prethodnih poglavlja, kod daljinski

upravljanih ronilica operater ima potpunu kontrolu nad ronilicom preko upravljačke konzole i

veznog kabela. Sve informacije o ronilici poput orijentacije, brzine i sl. operater dobiva iz sustava

navigacije a informacije pomoću kojih donosi odluke o izvršavanju misije uglavnom preko video

kamera i sonara. Takvi sustavi upravljanja ronilicom su sve do nedavno bili najzastupljeniji, dok

su druge metode uglavnom bile u fazi istraživanja i razvijanja. Naime, do potrebe za naprednijim

metodama je došlo zbog činjenice da je operater morao biti vrlo iskusan u svome poslu da bi se

snašao u velikom broju navigacijskih podataka koji su mu se isporučivali u numeričkom obliku

ali još i više zbog velike ovisnosti kvalitete upravljanja o trenutnoj vidljivosti u vodi, pošto je

pomoću video kamera bila ostvarena „tele-prisutnost“ operatera u području obavljanja misije. Ta

tele-prisutnost je bivala ozbiljno narušena kada bi došlo do zamućivanja vode vanjskim

utjecajima ili češto i samim djelovanjem ronilice, pa je operater bio stavljen u poziciju da mora

sam, na osnovu iskustva ili intuicije, donositi riskantne odluke koje u krajnjim slučajevima mogu

dovesti i do gubitka ronilice ili oštećenja objekta misije. Drugi, tj. napredniji način upravljanja

ronilicom uključuje trodimenzionalno grafičko sučelje ili virtualnu stvarnost (eng. virtual reality).

Princip djelovanja takvog načina uvelike ovisi o prethodnom poznavanju okoline u kojoj će se

ronilica nalaziti i to je i glavni problem kod ovakvih sustava, dakle, potrebno je prvo posjedovati

detaljne 3D karte područja interesa. Nakon što su takve karte izrađene detaljnim akustičkim ili

laserskim skeniranjem, softverski se obrađuju i u njih se ubacuju 3D modeli raznih podvodnih

52

struktura poput cjevovoda, ventila, bušotina i sl. U posljednje vrijeme se ti sustavi sve više

unapređuju pa postoje i ronilice opremljene naprednim sustavima senzora koje mogu u stvarnom

vremenu proizvoditi 3D karte područja u kojem se nalaze, a operater na osnovu njih na

grafičkom sučelju dobije prikaz ronilice u prostoru. Glavna prednost ovakvih sustava je

neovisnost o video kamerama te moguće pomicanje točke gledišta operatera iz više kuteva a

samim time i bolju procjenu poločaja ronilice i kvalitetnije upravljanje.

Slika 40. Prikaz operatera u kontrolnoj prostoriji pri misiji istraživanja podmorja daljinski upravljanom ronilicom Little Hercules, Office of Ocean Exploration and Research, National Oceanic And Atmospheric Administration, U.S. Department of Commerce [38]

Na slici 40 se jasno vidi kako upravljanje ronilicom pomoću tele-prisutnosti iziskuje od

operatera vrlo veliku koncentraciju i praćenje više monitora odjednom i uz to još i ostale

navigacijske podatke u numeričkom i grafičkom obliku. Za operatera je to vrlo stresan posao čak

53

i kada su, poput na slici prikazanih, uvjeti vidljivosti vrlo povoljni. Još kada uzmemo u obzir

moguću kompleksnost misije koju treba obaviti, za razliku od jednostavnog snimanja, sve

poteškoće vezane uz ovakvo upravljanje dolaze do još većeg izražaja. Za razliku od takvog

načina na slici 41 je prikazan primjer sustava upravljanja pomoću trodimenzionalnog grafičkog

sučelja sa softverskim dodacima poput mogućnosti unosa detaljnog opisa ciljeva misije i

detaljnog prikaza objekta misije. Također u desnom kutu je moguć odabir između tri opcije,

ROV, SCADA ili SURVEY. Na slici je trenutno odabran SURVEY, što znači da operater može

slobodno istraživati područje bez utjecaja na ronilicu te tako unaprijed isplanirati misiju ili

izviditi situaciju. Opcija ROV trenutno „prebacuje“ operatera u neposrednu okolicu ronilice i tada

operater može upravljati ronilicom, dok opcija SCADA (Supervisory Control and Data

Aquisition) pruža telemetrijske podatke i konzolu za upravljanje raznim automatiziranim

procesima ronilice.

Slika 41. Primjer sustava upravljanja pomoću trodimenzionalnog grafičkog sučelja [32]

54

Za razliku od daljinski upravljanih ronilica kod kojih smo opisali sustave koje pružaju

operateru sučelje za upravljanje ronilicom, dok je operater sam donosio odluke o tijeku misije,

kod autonomnih ronilica, kod kojih to sučelje jednostavno ne postoji, ćemo opisati arhitekturu

upravljanja, odnosno organizaciju svih softverskih dijelova koji zajedno čine „svijest“ ronilice.

Dakle, ta svijest ronilice, ili umjetna inteligencija bi trebala biti sposobna za donošenje odluka

više razine, odn. odlučivati o svom djelovanju u skladu sa zadanim ciljevima, raspoloživim

resursima, skupljenim iskustvom i promjenjivom okolinom te provoditi u djelo i po potrebi

mijenjati donesene odluke. Kod autonomnih ronilica, obično se plan djelovanja, ili ključni ciljevi

misije određuju prije porinuća, od strane operatera, a kvaliteta provođenja tog plana onda ovisi o

samoj ronilici i njenom stupnju umjetne inteligencije. Cijeli sustav za upravljanje autonomne

ronilice možemo podijeliti na nižu i višu razinu. Funkcije niže razine općenito se mogu opisati

kao numerički algoritmi za rad u realnom vremenu koji prikupljaju i obrađuju velike količine

numeričkih podataka, djeluju unutar strogih vremenskih ograničenja i bave se samo svojim usko

specijaliziranim zadatkom. Tu bi spadalo prikupljanje i obrada podataka sa senzora, upravljanje

radom aktuatora, praćenje stanja baterija, navigacija, protokoli komunikacije i sl.. Nasuprot tome,

funkcije više razine su simbolički procesi koji pokrivaju daleko šire područje i pritom barataju s

manjim količinama poopćenih, simboličkih i nepreciznih podataka. Tu bi dakle spadalo

planiranje, odlučivanje i praćenje izvođenja zadataka. Primjer kako bi izgledala izvješća o stanju

ronilice i misije sa više i sa niže razine: „stanje ronilice sa više razine će biti opisano sa: “faza

misije 2A završena; ronilica ulazi u fazu misije 2B; manja zapreka blizu lijevo naprijed van

putanje ronilice; svi podsustavi ispravni”, dok bi istodobno opis stanja na nižim razinama mogao

glasiti: “ronilica na poziciji 150,2 m istočno i 23,9 m sjeverno od ishodišta na dubini 2,3 m;

putuje brzinom 1,2 m/s po kursu 34,6°; odstupanje od putanje +2,3 m uz pogrešku kursa +0,2°,

otklon kormila –10,4°; zapreka na 12,3 m naprijed i na 12,3° do 18,7° lijevo; akumulator na 65,3

posto kapaciteta uz opterećenje 82,3 posto od nominalnog; ... ...”“[36].

Obično je najveći problem kod dizajniranja arhitekture upravljanja autonomne ronilice,

povezivanje ove dvije razine u cjelovitu i funkcionalnu strukturu. Krene li se od viših razina iz

područja umjetne inteligencije, često se dobiva slaba i neoptimalna organizacija softverskih

modula na nižim razinama, dok se na uspješne arhitekture s nižih razina obično ne mogu dobro

nadograditi više razine odlučivanja.

55

Postoje dva načina organizacije arhitekture upravljanja autonomnih ronilica. To su

planerski i reaktivni ili bihevioristički pristup. Kod planerskih arhitektura obično postoji jasni

plan obavljanja misije dok se kod reaktivnih arhitektura upravljanja ponašanje ronilice promatra

kao niz reakcija na vanjske i unutrašnje podražaje. Planerske arhitekture mogu biti organizirane

hijerarhijski, gdje je raspored pojedinih koraka obrade informacija pod centraliziranim nadzorom,

i heterarhijski, gdje je nadzor obrade informacija decentraliziran. Obično je, u svrhu dobrog

upravljanja ronilicom, potrebno provesti sintezu svih ovih načina organizacije arhitekture

upravljanja.

Slika 42. Hijerarhijska arhitektura upravljanja[36]

Na slici 42 je prikazan način organizacije arhitekture upravljanja hijerarhijske

organizacije. Vidljivo je da se odvijanje nekog zadatka odvija kroz nekoliko horizontalno

podijeljenih razina. U najdonju ili funkcionalnu razinu spadaju softverski moduli vezani uz

podsustave poput senzora, aktuatora, navigacije i sl. Srednja ili koordinacijska razina upravlja

radom pojedinih podsustava donje razine na način da poopćene simboličke upute sa više razine

dodatno razrađuje i prilagođuje pojedinim podsustavima donje razine. Dakle, ta srednja razina je

zaslužna za komunikaciju između gornje simboličke i donje numeričke razine. Gornja ili

56

organizacijska razina je zadužena za planiranje pojedinih zadataka misije te za donošenje odluka

o daljnjem odvijanju misije. Naravno, u tu gornju razinu, prije porinuća, operateri unose glavne

ciljeve misije i razne upute te baze podataka na osnovu kojih će ronilica reagirati na razne

nepovoljne scenarije. Osnovne prednosti hijerarhijske arhitekture upravljanja su preglednost,

organiziranost, jasna podjela poslova između pojedinih modula, mogućnost nadogradnje viših

razina, učenje iz iskustva i analiza ispravnosti rada. Ipak, glavni nedostatak je pasivnost nižih

razina jer reagiraju samo na upute sa viših razina a ne „refleksno“ na podražaje iz okoline, pa iz

toga proizlazi da je vrijeme čekanja na reakciju predugo, što može imati razne nepovoljne

posljedice. Hijerarhijske arhitekture upravljanja najpogodnije su za slučajeve kada je okolina

relativno jednostavna i predvidiva, pa je moguće unaprijed sastaviti dobar iscrpan plan

izvršavanja misije.

Kod heterarhijske arhitekture upravljanja razlika je u komunikaciji između pojedinih

podsustava, jer za razliku od hijerarhijske gdje imamo više i niže razine a komunikacija između

njih se odvija posredno preko koordinacijske razine, ovdje su svi podsustavi organizirani na

jednoj razini a komunikacija ide direktno između pojedinih podsustava. Heterarhijska arhitektura

upravljanja pogodna je za višeprocesorske konfiguracije gdje je moguće izvesti decentraliziranu

samoorganizaciju komunikacije pojedinih podsustava bez prethodno zadanog strogog rasporeda.

Na takav način se dobije brža komunikacija a time i brža reakcija cjelokupnog sustava, ali

nauštrb organiziranosti te jednostavnosti učenja iz iskustva.

57

Slika 43. Bihevioristička arhitektura upravljanja [36]

Kod reaktivnih ili biheviorističkih arhitektura upravljanja odvijanje misije ronilice se

promatra kao niz ponašanja (izbjegavanje prepreka, kretanje duž zadane putanje, istraživanje

okoline i sl.) te se svakim od tih ponašanja bavi određeni sloj upravljanja. Svaki od tih slojeva

upravljanja mora biti dostatan za obavljanje njemu dodjeljenog zadatka, iz čega proizlazi da svaki

sloj upravljanja mora imati prihvat ulaznih podataka sa senzora, više razine odlučivanja, niže

razine upravljanja aktuatorima, memoriju i baze podataka i dr.. Naime, kod biheviorističkih

arhitektura osnovna zamisao je da svaki sloj upravljanja djeluje paralelno i neovisno o drugima,

za razliku od planerskih arhitektura kod kojih su sve komponente organizirane u posebne više i

niže razine koje onda obavljaju različite zadatke ovisno o njihovim prioritetima. Kako smo već

rekli, glavni problem kod hijerarhijskih planerskih arhitektura je bio pasivnost nižih razina, tj.

nedjelovanje refleksno na vanjske podražaje, već preko uputa sa viših razina, dok se kod

biheviorističkih arhitektura, razni slojevi upravljanja aktiviraju i isključuju upravo direktno preko

tih podražaja iz okoline. Na takav način ostvarena je glavna prednost biheviorističkih arhitektura

upravljanja, tj. visok stupanj reaktivnosti i prilagodljivosti na zbivanja i promjene u okolini kao i

na kvarove u sklopu same ronilice, te visoka pouzdanost i robusnost cjelokupnog sustava.

58

Također, kod biheviorističkih arhitektura upravljanja procesi viših razina poput razmišljanja,

planiranja i donošenja odluka su u velikoj mjeri izbjegnuti. No nepostojanje centralizirane više

razine, nekonkretnost veza i odgovornosti između različitih slojeva upravljanja imaju za

posljedicu vrlo teško projektiranje i analizu i verifikaciju podataka te se kod čisto reaktivnih

arhitektura upravljanja može pojaviti nekontrolirano prebacivanje upravljanja sa sloja na sloj koje

može dovesti do zamrznuća cijelog sustava upravljanja. Biheviorističke arhitekture su se

pokazale najprikladnijima za upravljanje malim autonomnim ronilicama koje imaju relativno

jednostavne misije ali u nepredvidivim i kompleksnim okolinama.

Kao što smo vidjeli, svaka vrsta arhitekture upravljanja je prikladna za određenu vrstu

okoliša, vrstu i kompleksnost misije i karakteristikama samih ronilica. Iz toga proizlazi da se

ostvarivanju najboljih rezultata u upravljanju autonomnim ronilicama mora pristupiti

kombiniranjem različitih arhitektura na način da se ostvare prednosti svake i u što je većoj mjeri

izbjegnu nedostaci. Moguća rješenja obuhvaćaju širok raspon, od modificiranih hijerarhijskih

arhitektura s uključenim biheviorističkim refleksnim reakcijama, pa do modificiranih

biheviorističkih arhitektura s uključenim centraliziranim hijerarhijskim nadzorom. Koja god

arhitektura upravljanja da se odabere, izbor je potrebno pažljivo provesti, jer praksa je pokazala

da se jednom izabrana upravljačka arhitektura u načelu zadržava kroz čitav radni vijek ronilice.

5.3. NAVIGACIJA BESPILOTNIH RONILICA

Navigacija je određivanje točnog položaja i brzine pokretnog objekta. Općenito, položaj

ronilice određen je s tri pozicijske i tri orijentacijske koordinate. Pozicijske ili linearne koordinate

su položaj ronilice u odnosu na tri koordinatne osi jug-sjever (x), zapad-istok (y) i gore-dolje (z) a

orijentacijske ili kutne koordinate su kutevi između tih koordinatnih osi i trenutnog položaja

ronilice. Mjerenje položaja ronilice po osi z, dakle mjerenje dubine ronilice ili pak visine ronilice

od dna se može ostvariti neposredno, tlakomjerom ili pak raznim sonarima. Također neposredno

se može određivati i orijentacija i brzina promjene orijentacije ronilice raznim senzorima poput

žirokompasa, akcelerometara i sl.. No glavni problem kod navigacije podvodnih plovila

predstavlja određivanje pozicije po x i y osi. Rješavanju tog problema može se pristupiti na više

načina od kojih su najčešće u upotrebi računanje položaja na temelju prijeđenog puta (eng. dead

reckoning), određivanje položaja na temelju poznate okoline, određivanje položaja pomoću

59

satelitskih sustava pozicioniranja i određivanje položaja pomoću akustičkih sustava

pozicioniranja.

Računanje položaja na osnovu prijeđenog puta je daleko najjednostavnija metoda

navigacije. Naime, potrebno je konstantno mjeriti orijentaciju i brzinu ronilice i na osnovu tih

podataka nakon nekog vremena se može odrediti pozicija. No, ovakva metoda navigacije se ne

može učinkovito koristiti kod dužih vremenskih perioda zbog činjenice da se konstantnim

mjerenjem brzine i orijentacije u cijeli proces unosi greška koja se naravno s vremenom

akumulira i postaje neprihvatljiva. Najveću grešku u cijeli proces unosi mjerenje linearnih brzina,

naime metode kojima se najčešće mjeri brzina ronilice u odnosu na okolnu vodu ne uzimaju u

obzir morske struje, što nakon nekog vremena može uzrokovati grešku i do 10% prijeđenog puta.

Najkvalitetnija metoda za mjerenje brzine ronilice je pomoću sonara, no takvi sustavi se mogu

koristiti samo kada je ronilica relativno blizu dna. Danas se ovakvi sustavi navigacije rijetko

koriste samostalno, već su najčešće u kombinaciji sa nekim drugim skupljim sustavom koji se

aktivira povremeno, često i u nepravilnim vremenskim razmacima, dok oni sami služe samo za

upotpunjavanje podataka.

Određivanje položaja na temelju poznate okoline se može koristiti samo kada postoje

dovoljno kvalitetne, precizne i ažurne karte radne okoline ronilice. Naime, princip rada ovakvog

sustava se temelji na ispitivanju konfiguracije okoline ronilice (najčešće dna) te određivanju

točne trenutne pozicije na osnovu prepoznavanja karakteristika te okoline na karti. Iz toga

proizlazi da čak i kada postoje odgovarajuće karte radne okoline ronilice, sama okolina mora

posjedovati određene karakteristike koje bi bilo moguće prepoznati, drugim riječima ovakvi

sustavi se nemogu koristiti kod velikih površina jednolike okoline, npr. velikih površina ravnog

dna. Za razliku od primjene ovakvog sustava kod misija na otvorenom moru, kod obavljanja

misija poput inspekcija podvodnih cjevovoda, kablova, podvodnih dijelova brodova ili platformi,

navigacija pomoću prepoznavanja okoline puno je jednostavnija i često jedino moguće rješenje

jer je ispitivana struktura ujedno i glavni orijentir. Ostvarivanje inteligentne orijentacije prema

okolini, usprkos svim nedostacima današnjih sustava, smatra se kao glavni preduvjet razvoju

istinski inteligentnog i autonomnog robota. Takav vrlo napredan sustav orijentacije prema

okolini uljučivao bi i samostalno kreiranje i ažuriranje karti te raspoznavanje pokretnih i drugih

karakterističnih objekata. Najnapredniji današnji sustav navigacije pomoću prepoznavanja

60

okoline je 3D SLAM (eng. Simultaneous Localization And Mapping) koji je u primjeni kod već

opisane autonomne ronilice DEPTHX.

Kod satelitskih sustava pozicioniranja pokretni objekt hvata signale s nekoliko satelita i

na temelju kašnjenja signala i iz poznatih podataka o položaju navigacijskih satelita računa svoju

poziciju. Satelitsko pozicioniranje je u navigaciju unijelo revoluciju sa iznimnom preciznosti,

jednostavnosti i univerzalnosti. Kao što već znamo, elektromagnetski valovi ne mogu se širiti

kroz vodu, pa se satelitski sustavi pozicioniranja ne mogu izravno primijeniti na pozicioniranje

pokretnih objekata ispod površine, no ipak, koriste ga matični brodovi i površinski akustički

svjetionici, što povećava preciznost podvodnih akustičkih sustava pozicioniranja o kojima će više

biti rečeno u nastavku. Osim toga, navigacijske satelite može izravno koristiti i ronilica ako izroni

na površinu, što naravno nije isplativo samo u svrhu navigacije, no vrlo su česte misije koje traže

stalno ili povremeno zadržavanje blizu površine zbog drugih razloga, pa postoji i ta mogućnost.

U takvim slučajevima satelitsko pozicioniranje se najčešće koristi u kombinaciji sa već opisanim

pozicioniranjem na osnovu prijeđenog puta ili pak na osnovu prepoznavanja okoline.

Akustičko pozicioniranje je u biti sustav identičan sustavu satelitskog pozicioniranja,

samo što se ovdje umjesto satelita u zemljinoj orbiti i elektromagnetskih valova, koriste podvodni

akustički svjetionici i akustički valovi. Naime, pozicija podvodnog pokretnog objekta se računa

na temelju izmjerenih vremena putovanja akustičkih signala između tog objekta i akustičkih

svjetionika. Početak primjene sustava akustičkog pozicioniranja u podvodnim aktivnostima je

potaknut gubitkom američke nuklearne podmornice USS Thresher 10. travnja 1963. godine. Na

oceanografski brod USNS Mizar instaliran je sustav akustičnog pozicioniranja kojim je ronilica

Trieste 1 navođena u potrazi za olupinom. Sljedeća primjena je bila u potrazi i spašavanju

nuklearne bombe nakon pada B-52 bombardera uz obalu Španjolske. Tijekom sedamdesetih

godina prošlog stoljeća, razvoj odobalnih tehnologija u crpljenju nafte i plina, zahtijevao je i

razvoj tehnologije akustičkog pozicioniranja. Točne pozicije za postavljanje bušilica su bile

određene pomoću seizmološke instrumentacije, te su za njihovo postavljanje, ali i druge

podvodne aktivnosti vezane uz eksploataciju nafte i plina, razvijeni precizniji sustavi akustičnog

pozicioniranja.

Glavne komponente sustava akustičkog pozicioniranja su primopredajnici, hidrofoni i

akustički svjetionici. Primopredajnik (transducer) je elektronički uređaj koji pretvara električne

signale u zvučne i obratno. Smješten je na trupu broda ili platforme i šalje upitni signal na jednoj

61

frekvenciji a prima odgovor na drugoj. Najčešće se upotrebljavaju transduceri koji iskorištavaju

piezoelektrična svojstva određenih keramika (barij, tritanat, cirkon). Hidrofon je prijemni uređaj

koji je smješten na trupu broda i prima odgovore sa akustičkih svjetionika na upite poslane od

transducera. Uglavnom se koristio kod starijih sustava akustičkog pozicioniranja kada su

odašiljač i prijemnik bili odvojeni ali ima i danas značajnu ulogu kod sustava sa površinskim

akustičkim svjetionicima (bovama) koji se koriste i GPS-om u svrhu poboljšanja točnosti.

Akustički svjetionici mogu biti u više izvedbi, pa tako imamo transpondere, respondere i pingere.

Transponder je primopredajni uređaj smješten na morskome dnu ili na ronilici koji radi zajedno

sa primopredajnikom na matičnom plovilu (transducer) na površini. Kada primi upit odaslan od

odašiljača na površini, odgovara mu na drugoj frekvenciji i onda miruje do sljedećeg upita.

Postoje i inteligentni transponderi koji mogu primati i telemetrijske podatke te na taj način

mijenjati određene parametre zvučnog signala odgovora. Responder je odašiljački uređaj koji

šalje signal prema prijemnim uređajima na površini bez potrebe da oni prije toga pošalju upitni

signal. Aktivira ga električni signal. Najčešće se koristi na ronilicama u kombinaciji sa

transponderom kada transponder nije u mogućnosti primiti upitni signal zbog smetnji iz okoline.

Pinger je najjednostavniji akustički svjetionik koji u pravilnim razmacima odašilje signal bez

potrebe upitnih signala.

Kroz povijest razvoja akustičkog pozicioniranja, za različite svrhe razvijene su različite

tehnike akustičkog pozicioniranja koje se osim po principu rada razlikuju i po točnosti pa tako

imamo sustav dugih baznih linija (LBL), sustav kratkih baznih linija (SBL), sustav ultra kratkih

baznih linija (USBL) i kombinacije navedenih sustava i kombinacije navedenih sustava sa

drugim sustavima pozicioniranja. U današnje vrijeme, uglavnom se koriste kombinacije različitih

tehnika radi ekonomičnosi i povećane točnosti sustava.

Gdje točnost drugih metoda postaje manja s porastom dubine koristi se sustav s dugim

baznim linijama. Sustav se sastoji od najmanje tri odašiljača (transpondera) postavljena na

morskom dnu, na poznatoj lokaciji. Linija koja spaja dva odašiljača naziva se baza. Duljina bazne

linije varira s dubinom vode, topografijom morskog dna, uvjetima okoliša i zvučnom

frekvencijom koja se koristi, a kreće se od nekoliko 10-taka metara pa do više od 5 km. Podvodni

odašiljači emitiraju signale na različitim frekvencijama, kako bi razlikovali svoje signale od

ostalih. Osnovno mjerenje sastoji se od vremena dvostrukog puta zvučnog signala između objekta

pozicioniranja (transducera) i akustičkog svjetionika (transpondera), iz čega možemo uz poznatu

62

brzinu zvuka izračunati udaljenost. Kod mjerenja udaljenosti minimalno tri svjetionika, pozicija

objekta može biti određena trilateracijom (multilateracijom kod više od tri transpondera). Sustavi

s dugom bazom uvijek su bili preferirani akustički sustavi kad je točnost bila najvažnija. Na slici

44 je prikazan sustav dugih baznih linija kada je objekt pozicioniranja brod na površini i kada je

objekt pozicioniranja ronilica.

Slika 44. Sustav akustičkog pozicioniranja s dugim baznim linijama[40]

Akustički sustav s kratkim baznim linijama je podvodni sustav za pozicioniranje koji se

koristi za određivanje položaja akustičkog svjetionika (transpondera ili pingera) postavljenog na

morskom dnu ili ronilici korištenjem niza prijemnika postavljenih na trupu broda u maksimalnom

mogućem razmaku. Zbog kratkih udaljenosti između prijemnika na trupu broda u odnosu prema

dubini vode određivanje položaja nema veliku točnost, pa udaljenost između matičnog broda i

objekta pozicioniranja mora biti kratka. Ako je položaj svjetionika poznat, onda objekt

pozicioniranja može biti sam brod ako se koriste određeni dodatni senzori. To se često koristi kod

dinamičkog pozicioniranja istraživačkih platformi. Na slici 45 je prikazan sustav kratkih baznih

linija kod pozicioniranja pokretne ronilice u odnosu na matični brod i kod pozicioniranja

istraživačkog broda u odnosu na poznatu poziciju akustičkog svjetionika.

63

Slika 45. Sustav akustičkog pozicioniranja sa kratkim baznim linijama[41]

Sustav ultra kratkih baznih linija poznat i pod nazivom sustav super kratkih linija (Super

short baseline SSBL) koristi niz senzora montiranih na vrlo malim razmacima na trup broda tako

da čine primopredajni uređaj malenih dimenzija (manji od 30 cm). Za razliku od sustava dugih i

kratkih baznih linija, ovaj sustav ne mjeri razlike udaljenosti od pojedinih akustičkih svjetionika,

pa na osnovu razlika određuje poziciju, već mjeri udaljenost od jednog akustičkog svjetionika

montiranog ili na dnu ili na ronilici i smjer prijemnog signala na osnovu razlika u fazi prijemnog

signala pojednih senzora primopredajnika. Kombinacijom udaljenosti akustičkog svjetionika i

smjera u kojem se nalazi jednoznačno se može odrediti pozicija. Glavna prednost ovog sustava je

što ne zahtijeva postavljanje mreže akustičkih svjetionika na dnu mora kao kod LBL sustava niti

postavljanje više primopredajnika na trup broda kao kod SBL sustava, jer koristi samo jedan

USBL primopredajnik. Mane ovog sustava su to što je osjetljiv na promjene položaja broda

(valjanje, poniranje i orijentacija) jer se tada mijenja kut smjera prijemnog signala, ali u

kombinaciji sa ostalim mjernim uređajma broda (žirokompas, GPS) te promjene se mogu

kompenzirati. Slika 46 prikazuje sustav ultra kratkih baznih linija korišten u dva slučaja. U

prvom slučaju koristi se za pozicioniranje istraživačkog broda u odnosu na jedan akustički

svjetionik poznate pozicije. U drugom slučaju, matični brod koristi akustički svjetionik za

dinamičko pozicioniranje i istovremeno služi ronilici kao referentni sustav za pozicioniranje i

navigaciju ronilice.

64

Slika 46. Sustav akustičkog pozicioniranja sa ultra kratkim baznim linijama[40]

Kombinacije navedenih tehnika u praksi daju najbolje rezultate, zato što eliminiraju

slabosti i mane svake pojedine metode i te se dobivaju pouzdani rezultati.

Slika 47. a) Sustav dugih i ultra kratkih baznih linija[40]; b) Sustav dugih, kratkih i ultra kratkih baznih linija[40]; c) GIB sustav[42]

Sustav sa dugim i ultra kratkim baznim linijama predstavlja specijalan slučaj USBL

sustava. Određivanje udaljenosti i navođenje u ovoj metodi svodi se na mjerenje opisano u USBL

sustavu, ali postiže se određeno povećanje točnosti komunikacijom između akustičkih svjetionika

koji se nalaze na morskom dnu.

65

Sustav sa dugim, kratkim i ultra kratkim baznim linijama koristi se kada je potrebna

izuzetno visoka točnost akustičnog pozicioniranja. Četiri ili više akustičkih svjetionika su

grupirana na morskom dnu, dok je više USBL primopredajnika montirano na brodu. Udaljenost

svakog primopredajnika na brodu do jednog svjetionika daje SBL komponentu rješenja.

Udaljenosti jednog primopredajnika na brodu do svih svjetionika daje LBL komponentu. Smjer je

uzet od jednog USBL primopredajnika i daje USBL komponentu. Izjednačenjem ovako

dobivenih podataka postiže se izuzetno visoka točnost akustičnog pozicioniranja.

GIB sustav (GPS intellgent buoys) je sustav obrnut sustavu dugih baznih linija jer se

akustički svjetionici nalaze na površini (bove) i opremljeni su GPS prijemnicima. Bove primaju

akustički signal sa odašiljača montiranog na ronilici i komuniciraju preko radio veze sa matičnim

brodom gdje se obavljaju potrebna izračunavanja pozicije ronilice u odnosu na bove. Glavna

prednost ovog sustava je to što je potreban akustički signal samo u jednom smjeru (od ronilice do

bova) pa se smanjuje utjecaj greške zbog refleksije zvuka.

Energiju zvuka koja se širi pod vodom ometaju različiti zvukovi iz okoliša. Većina

zvukova koji utječu na akustičke sustave imaju frekvenciju manju od 5 kHz. Kako bi se izbjeglo

to ometanje signala, najniža frekvencija koja se koristi za sustave akustičkog pozicioniranja je 8

kHz. Konačni izbor frekvencije za sustav ovisi o potrebnom dometu, točnosti, veličini i

troškovima. Točnost sustava akustičkog pozicioniranja ovisi o frekvenciji, šumovima iz okoline

ili unutar samih instrumenata, refrakciji i refleksiji zvuka. Salinitet i temperatura su stabilniji na

većim morskim dubinama pa se korištenjem sustava dugih baznih linija dobiva najveća

preciznost. Stalna potreba za korištenjem sustava akustičkog pozicioniranja često rezultira

korištenjem nekoliko sustava akustičkog pozicioniranja na više brodova ili platformi u razne

svrhe na istom području. To dovodi do problema akustičke polucije (prenatrpavanja pojasa

frekvencija korištenih za akustičko pozicioniranje).

66

Slika 48. Iskorištenost frekvencija u akustičkom pozicioniranju[43]

Slika 48 prikazuje prenatrpanost pojasa srednjih frekvencija (19 do 36 kHz) od strane

različitih sustava akustičkog pozicioniranja. Nekoliko rješenja za akustičku poluciju je danas u

razvoju ili se već koristi. Jedno od njih je korištenje jedne grupe akustičkih svjetionika za više

namjena (dinamičko pozicioniranje platforme, dinamičko pozicioniranje broda i praćenje i

navođenje ronilice). Također, uspješno se koristi prilagodljiva usmjerenost akustičkih svjetionika.

Naime, kada je potrebna komunikacija prema brodu na površini, snop zvučnih valova mora biti

jači prema površini, a kada je potrebna komunikacja sa ronilicom koja se nalazi u većoj blizini

usmjerenost se prilagođava položaju ronilice. No najviše značaja se pridaje razvoju naprednih

metoda digitalne modulacije akustičkog signala i kodiranju jer se na taj način može drastično

povećati broj kanala u nekom pojasu frekvencija.

67

5.4. MATEMATIČKI MODEL I SIMULACIJA

U ovom poglavlju ćemo opisati matematičko modeliranje plovnog objekta. Korištenje

matematičkog modeliranja u svrhu analize ponašanja raznih sustava danas je uobičajena praksa u

mnogim djelatnostima. U tehnologiji primjene matematičkog modeliranja razlikujemo određene

etape poput izolacije i identifikacije sustava koji se modelira, njegove podjele u logički odvojene

cjeline (podmodeli) te moguća interakcija s okruženjem, izvođenje jednadžbi gibanja za model

korištenjem odgovarajućih zakonitosti (matematički model), rješavanje jednadžbi gibanja

(simulacija), analiza dobivenih rješenja i verifikacija (kalibracija) matematičkog modela.

Prednosti ovakvog pristupa su značajne, a u nekim djelatnostima to je nezamjenljiv

postupak. Simulacije se danas široko primjenjuju kao razvojni alati za istraživanje i razvoj novih

plovnih objekata, razvoj procedura upravljanja u nuždi, kontrolu i upravljanje kursom,

mogućnost držanja pozicije, određivanje svojstava plovnog objekta u uvjetima otkaza pojedinih

dijelova sustava (gubitak snage, zastoj kormila i dr.), obuku posade i dr.

Plovni objekt predstavlja složeni hidrodinamički sustav sa šest stupnjeva slobode gibanja

na koji djeluje okolna voda preko trupa i organa pogona, vanjski poremećaji (morske struje,

valovi, vjetar i dr.) i sustav upravljanja. Općenito govoreći, za objekt koji se giba u svih 6

stupnjeva slobode, potrebno je odrediti šest nezavisnih koordinata pomoću kojih se onda može

odrediti pozicija i orijentacija objekta u trodimenzionalnom prostoru i vremenu. Kod plovnih

objekata, dogovorene oznake tih koordinata su x, y i z koje služe za određivanje pozicije i

predstavljaju gibanja duž osi, i φ, θ i ψ koje služe za određivanje orijentacije i predstavljaju

rotaciono gibanje oko osi.

68

Slika 49. SNAME (eng. The Society of Naval Architects & Marine Engineers) nazivi gibanja u šest stupnjeva slobode

Kao što je već opisano u poglavlju 6.1. , gibanje duž osi x naziva se napredovanje (eng.

surge) a rotacija oko osi x valjanje (eng. roll). Linearnu brzinu gibanja duž osi x predstavlja u, a

silu koja uzrokuje to gibanje X. Kutnu brzinu rotacije oko x osi predstavlja p, a moment koji

uzrokuje tu rotaciju označava se sa K. Dalje imamo gibanje duž osi y koje se naziva zanošenje

(eng. sway) dok je rotacija oko osi y propinjanje (eng. pitch). Linearnu brzinu gibanja duž osi y

predstavlja v, a silu koja uzrokuje to gibanje Y. Kutnu brzinu rotacije oko osi y predstavlja q, dok

je moment koji uzrokuje tu rotaciju M. I na kraju gibanje duž z osi je poniranje (eng. heave) a

rotacija oko iste ošijanje (eng. yaw). Linearnu brzinu duž osi z predstavlja w, a sila koja uzrokuje

to gibanje Z. Kutnu brzinu rotacije oko osi z predstavlja r, dok je moment koji uzrokuje tu

rotaciju N.

Da bismo izradili valjani matematički model, trebamo analizirati kinematiku i dinamiku

čvrstog tijela, u ovom slučaju podvodnog plovila. Kinematika je grana mehanike koja se bavi

proučavanjem gibanja tijela ne uzimajući u obzir sile pod čijim se djelovanjem to gibanje zbiva

dok dinamika proučava djelovanje sila na gibanje tijela.

Prije negoli se upustimo u predstavljanje kinematičkih i dinamičkih jednadžbi gibanja,

moramo definirati prostor u kojem se gibanje odvija. Naime, da bi mogli opisati i analizirati

gibanje u šest stupnjeva slobode, moramo definirati dva koordinatna sustava.

69

Slika 50. Koordinatni sustavi[52]

X,Y,Z – Pomični koordinatni sustav

X0,Y0,Z0 – Inercijalni koordinatni sustav

CoG – težište sustava (centar gravitacije)

v0 – Linearna brzina ishodišta koordinatnog sustava

vc – Linearna brzina težišta (centar gravitacije)

r0 – vektor pozicije ishodišta pomičnog koordinatnog sustava definiran u inercijalnom

koordinatnom sustavu

rG – vektor pozicije težišta definiran u pomičnom koordinatnom sustavu

rC - vektor pozicije težišta definiran u inercijalnom koordinatnom sustavu

Prvi, koji je fiksiran za zemljinu površinu, naziva se i inercijski koordinatni sustav, služi

za određivanje pozicije i orijentacije plovila. Ishodište O je proizvoljno odabrano a osi

koordinatnog sustava (X, Y i Z) su poravnate sa sjeverom, istokom i prema dolje.

70

Drugi koordinatni sustav, koji je pomični, je fiksiran za samo plovilo te se u njemu

izražavaju linearne i kutne brzine plovila. Ishodište O' je obično odabrano u centru gravitacije (ne

i u ovom slučaju) a osi koordinatnog sustava (x, y i z) se podudaraju sa uzdužnom, poprečnom i

okomitom osi plovila.

Kako je u uvodu rečeno, sva gibanja plovnog objekta opisuju se u inercijalnom

koordinatnom sustavu, gdje se obavljaju i sve neophodne integracije iz brzinskih komponenti u

pozicijske (kinematika). Dakle, određivanje pozicije i orijentacije plovila te određivanje linearnih

i kutnih brzina zahtjeva poznavanje transformacije veličina iz jednog u drugi koordinatni sustav.

Te transformacije se mogu računati pomoću različitih metoda poput Euler-Rodriguesovih

parametara, korištenjem kvaterniona te klasičnom Eulerovom transformacijom svaka sa svojim

prednostima i nedostacima, no zbog prirode gibanja plovnih objekata, najčešće, pa i u ovom radu

korišteni su Eulerovi kutevi i odgovarajuća transformacija pomoću transformacijskih matrica [R]

i [T].

[ R ]=[cosψ cosθ cosψ sin θ sin φ−sinψcosφ cosψ sin θ cosφ+sinψ sin φsin ψ cos θ sinψ sin θ sin φ+cosψ cosφ sin ψsinθ cosφ−cosψ sin φ−sin θ cosθ sin φ cos θ cosφ ]

[ T ]=[1 sin φ tanθ cosφ tan θ0 cos φ −sin φ0 −sinφ /cosθ cosφ /cos θ]

Dakle da bi dobili vektor brzine plovila u koordinatnom sustavu vezanom za zemlju

trebamo pomnožiti vektor linearnih brzina u koordinatnom sustavu vezanom za plovilo sa

transformacijskom matricom [R]:

[ XYZ ]=[ R ] [u

vw]

Suprotno tome, ako poznajemo veličine iz koordinatnog sustava vezanog za zemlju,

vektor linearnih brzina u koordinatnom sustavu vezanom za plovilo dobivamo na slj. način:

71

[ uvw]=[ R ]T [ X

YZ ]

Što se tiče orijentacije, brzine promjene Eulerovih kutova definiranih u koordinatnom

sustavu vezanom za zemlju dobiti ćemo pomoću kutnih brzina definiranih u koordinatnom

sustavu vezanom za plovilo na sljedeći način:

[ φθψ ]=[ T ] [ p

qr ]

i obrnuto:

[ pqr ]= [T ]−1[ φθψ ]

Na sljedećih nekoliko stranica će biti predstavljene opće translatorne i rotacione

jednadžbe gibanja čvrstog tijela (dinamika). Također je dan i matrični prikaz sustava jednadžbi

koji predstavlja dinamički model korišten za simulaciju u MATLAB-u.

Izraz

drdt

=r+ω× r

predstavlja pozicijski vektor r u koordinatnom sustavu koji rotira kutnom brzinom ω.

Brzina promjene vektora r je dana izrazom

d rG

dt=rO'+ω× ρG=vO'+ω× ρG

72

Izraz za linearnu brzinu vo' u horizontalnoj ravnini može biti zapisan pomoću koordinata u

sustavu vezanom za zemlju ili za plovilo na sljedeći način:

vO'=rO'=[ dXdt

I + dYdt

J+ dZdt

K ]=[ ui+vj+wk ]

Izraz za ubrzanje u koordinatnom sustavu vezanom za zemlju dobije se deriviranjem

izraza za brzinu promjene vektora r:

rG=vO '+ω× ρG+ω× ω× ρG+w × vO'

Konačni izraz jednadžbe translatornog gibanja dobijemo izjednačavanjem produkta

ubrzanja i mase plovila sa sumom svih sila koje djeluju na plovilo u tri translatorna stupnja

slobode (X, Y, Z).

∑ FTranslational=m ( vO'+ω× ρG+ω×ω× ρG+w × vO' )

Da bi dobili izraz za jednadžbu rotacionog gibanja plovila, moramo izjednačiti sumu svih

momenata koji djeluju na centar mase plovila sa brzinom promjene kutnih gibanja oko centra

mase plovila. Potrebno je izračunati inercijski tenzor (matricu tromosti):

IO'=[ I xx I xy I xz

I yx I yy I yz

I zx I zy I zz]

Gdje su:

I xx=∑i=1

N

d mi( y2+z2)

I xy=I yx=∑i=1

N

d mi(xy)

73

I xz=I zx=−∑i=1

N

d mi(xz)

I yy=∑i=1

N

d mi(x2+z2)

I yz=I zy=−∑i=1

N

d mi( yz)

I zz=∑i=1

N

d mi(x2+ y2)

Ixx, Iyy i Izz su momenti inercije plovila oko X, Y i Z osi dok ostali članovi predstavljaju

ostale produkte inercije.[48]

Suma svih rotacijskih momenata koji djeluju na plovilo je dana izrazom:

∑ M O'=HO '+ρG ×(m vG)

Te da bi dobili konačni izraz jednadžbe rotacionog gibanja u vektorskom obliku moramo

derivirati izraz za moment vrtnje (kutnu količinu gibanja):

HO'=I O' ω

pa dobijemo brzinu promjene momenta vrtnje:

HO'=I

O' ω+ω× HO'

Izraz za ubrzanje pozicijskog vektora u koordinatnom sustavu vezanom za zemlju je:

rO'= vO'+ω× vO'

Zadnja dva izraza uvrstimo u izraz koji predstavlja sumu svih rotacijskih momenata i na

kraju dobijemo:

74

∑ M Rotational=IO ω+ω× ( IO ω )+m ( ρG × vO'+ ρG ×ω× vO' )

Razvojem vektorskih jednadžbi translatornog i rotacijskog gibanja dobiva se šest

skalarnih diferencijalnih jednadžbi koje opisuju gibanje plovnog objekta u pomičnom

koordinatnom sustavu:

m [u−vr+wq−xG (q2+r 2)+ yG ( pq−r )+zG ( pr+ q ) ]=X

m [v−℘+ur− yG ( r2+ p2)+ zG (qr− p )+xG (qp+r ) ]=Y

m [w−uq+vp−zG ( p2+q2 )+xG (rp−q )+ yG (rq+ p ) ]=Z

m [u−vr+wq−xG (q2+r 2)+ yG ( pq−r )+zG ( pr+ q ) ]=X

I x p+ ( I z−I y ) qr+m [ yG (w−uq+vp )−zG ( v−℘+ur ) ]=K

I y q+( I x−I z ) rp+m [ zG (u−vr+wq )−xG ( w−uq+vp ) ]=M

I z r+( I y−I x) pq+m [ xG ( v−℘+ur )− yG ( u−vr+wq ) ]=N

gdje su:

X,Y,Z – vanjske sile

K,M,N – momenti nastali djelovanjem vanjskih sila

Ix,Iy,Iz – momenti tromosti plovnog objekta

xG,yG,zG – položaj težišta sustava (centar gravitacije)

Ovih šest jednadžbi možemo zapisati u matričnom obliku koji predstavlja Newtonov

drugi zakon:

[F ]earth=ddt

[ MV ]earth

Da bi došli do brzinskih komponenti u koordinatnom sustavu vezanom za zemlju,

moramo prvo doći do brzina u koordinatnom sustavu vezanom za tijelo. Nakon toga ih možemo

pomnožiti sa transformacijskim matricama:

75

ddt

[V ]earth=ddt [[ R] 0

0 [T ]][V ]body+[[ R] 00 [T ] ] d

dt[V ]body

Matrični oblik jednadžbi gibanja možemo prikazati i u koordinatnom sustavu vezanom za

plovilo:

[F ]body=[ M ]body([ V ]body+ω× [V ]body)

te na kraju iz tog izraza možemo dobiti matricu ubrzanja na način da lijevu i desnu stranu

pomnožimo sa inverznom matricom masa:

[ V ]body= [ M ]−1body [ F ]body−ω× [ V ]body

U dostupnoj literaturi[48] najčešće je opći prikaz dinamičkih jednadžbi gibanja dan na

način da su na desnoj strani sve vanjske sile i momenti koji djeluju na plovilo a na lijevoj strani

ubrzanja i inercije u koordinatnom sustavu vezanom za tijelo, mase i dodane mase:

[ massinertia

added mass] [ Bod y¿accelerations ]=[ Hydrostatic forces∧momentsHydrodynamic forces∧moments

Thruster forces∧moments ]Hidrostatske sile i momenti su vezani uz težinu tijela i uzgon i prema tome djeluju u

vertikalnom smjeru. U koordinatnom sustavu vezanom za zemlju, gravitacijska i sila uzgona

mogu se prikazati kao

FW=0 I +0J +WK

i

FB=0 I +0 J−BK

76

Da bi ih dodali u dinamičke jednadžbe gibanja, moramo ih prvo transformirati u

koordinatni sustav vezan za tijelo pomoću transformacijske matrice:

Fhydrostatic=(W−B)[ −sin θcosθ sin φcosθ cos φ]

Vektor gravitacijske sile (težina) djeluje na tijelo u točki koju nazivamo centar mase ili

centar gravitacije, a vektor sile uzgona djeluje na točku koju nazivamo centar uzgona ili centar

volumena. Da bi plovilo imalo dobru stabilnost, potrebno je da centar mase bude što je više ispod

centra uzgona. Hidrostatički moment koji djeluje na plovilo u slučaju odstupanja od ravnotežnog

položaja je dan izrazom:

M hydrostatic=W ρG×[ −sin θcos θ sin φcosθ cosφ]−B ρB ×[ −sin θ

cosθ sin φcosθ cosφ ]

Ukupni vektor hidrostatičkih sila i momenata dodajemo desnoj strani općeg oblika

dinamičkih jednadžbi gibanja i dan je izrazom:

[ Fhydrostatic

M hydrostatic ]=[−(W −B)sin θ

(W −B)cosθ sin φ(W−B)cosθ cosφ

( yG W− y B B ) cosθcosφ−(zGW −zB B)cosθsinφ

−( xG W−xB B ) cosθcosφ−(zG W −zB B)sin θ

( xG W−x B B ) cosθsinφ+( yG W− y B B)sinθ]

77

Hidrodinamičke sile i momenti su vezani uz brzine i ubrzanja plovila te usmjeravajuće

površine plovila (kormila, krilca..), te da bi dobili potpune dinamičke jednadžbe gibanja korištene

u simulaciji, moramo ih izjednačiti sa desnom stranom šest skalarnih diferencijalnih jednadžbi

gibanja. Hidrodinamičke sile i momenti su dani izrazima[48]:

Napredovanje:

X H=D 4 ( X pp p2+ Xqq q2+ X rr r2+X pr pr )+D3 ( X u u+ Xwq wq+X vp vp+ Xvr vr )+D2 (X vv v2+Xww w2 )XT=D2 X¿u2

X F=D2 (u2 (X δr δrδ r

2+ Xδe δeδ e

2 )+uw (X wδ eδ e)+uv ( Xv δr

δr ))+ D3(uq (X q δeδe )+ur ( X r δr

δr))

Zanošenje:

Y H=D4 (Y p p+Y r r+Y pq pq+Y qr qr )+D 3 (Y v v+Y upup+Y ur ur+Y vq vq+Y ℘℘+Y wr wr )+ D2 (Y v uv+Y vw vw )

Y F=D 2 (u2 (Y δr δ r ))

Poniranje:

ZH=D 4 (Z q q+Z pp p2+Z pr pr+Z rr r2 )+D3 (Z w w+Zuquq+Z vp vp+Zvr vr )+D2 (Zw uw+Zvv v2)

ZF=D2 (u2 Zδeδ e)

Valjanje:

K H=D5 ( K p p+K r r+K pq pq+K qr qr )+D4 ( K v v+ K pup+ K r ur+K vq vq+K℘℘+K wr wr )+D3 ( K v uv+ K vw vw )

78

Posrtanje:

M H =D5 ( M q q+M pp p2+M pr pr+M rr r2 )+D 4 ( M w w+M q q+M vp vp+M vr vr )+ D3 ( M w uw+M vv v2 )M F=D3(u

2 M δeδe )

Ošijanje:

N H=D5 ( N p p+N r r+N pq pq+N qr qr )+D4 ( N v v+N pup+N r ur+N vq vq+N℘℘+N wr wr )+D3 ( N v uv+ N vw vw )

N F=D3(u2 N δrδ r)

79

Ako pretpostavimo da hidrodinamičke sile koje djeluju na plovilo nastaju samo zbog

otpora ketanju tijela u fluidu i zbog dodanih masa, a da je sila poriva ostvarena samo

propelerima, onda iz longitudinalnih jednadžbi gibanja možemo dobiti vrlo jednostavan model

porivnika[52][53]. U ovom dijelu je predstavljen jedan takav model, koji je u biti preuzet iz [52]

[53] te je dorađen i kombiniran sa modelom iz [54].

Potisak propelera je vezan uz broj okretaja, koeficijent otpora kretanja, i brzini

napredovanja plovila. Uzdužna sila gibanja, dakle po osi x, u [48] je dana sa:

∑ F x=D2u2 Cd 0 (η|η|−1 )

gdje je

η= steady state speedmax rpm

nu

Fx je ukupna uzdužna sila (uključujući potisak),

D2=0.5ρL2 gdje je ρ gustoća fluida, L karakteristična dužina plovila,

n broj okretaja u minuti,

i Cd0 koeficijent otpora kretanju tijela u fluidu.

80

Nakon što smo opisali matematičko modeliranje plovnog objekta i predstavili jednadžbe

gibanja, sljedeći korak je rješavanje tih jednadžbi, odn. simulacija. U ovom radu ćemo predstaviti

samo simulacijski model sustava za kontrolu gibanja u horizontalnoj ravnini (eng. heading

control) autonomne ronilice NPS AUV II, bez ulaženja u kontrolu gibanja u svih 6 stupnjeva

slobode iz razloga što bi takav matematički i simulacijski model bili veoma kompleksni i zauzeli

bi velik dio ovoga rada, a koji se u biti bazira na enciklopedijskom prikazu područja bespilotnih

ronilica. Svi podaci koji se fizičkih karakteristika ronilice, poput mase, duljine, raznih

hidrodinamičkih i hidrostatičkih koeficijenata su preuzeti iz [48] i [55] te se čitatelji za detaljnije

obrazloženje jednadžbi upućuje na iste.

Matrični oblik jednadžbi gibanja predstavljen je izrazom (jednadžba stanja):

x=Ax+Bu

y=Cx+Du

gdje su

x vektor stanja,

u kontrolni (upravljački) vektor,

A matrica dinamike linearnog sustava,

B matrica raspodjele upravljanja,

C matrica raspodjele mjerenja stanja na izlazu i

D matrica direktne raspodjele ulaznih signala na izlazu sustava.

81

Glavna namjena automatske kontrole kursa je održavanje ψ plovila jednakim zadanom

referentnom kursu ψref.

Jednadžbe gibanja u horizontalnoj ravnini su dane izrazima[53]:

m (v+ur+xG r )=D4 Y r r+D3 (Y v v+Y r ur )+D 2(Y v uv+ y δru2 δr)

I z r+m xG v+m xG ur=D5 N r r+D 4 ( N v v+N r ur )+D3 (N v uv+N δru2 δr )

gdje su

D2=1/2ρL2

D3=1/2ρL3

D4=1/2ρL4

D5=1/2ρL5

Pretpostavimo li da je brzina gibanja prema naprijed konstantna u0=const i iznosi 3 m/s

[48], jednadžbe gibanja možemo zapisati u matričnom obliku kao prijenosnu funkciju:

[a11 a12 0a21 a22 00 0 1] [ v

rψ ]=[b11 b12 0

b21 b22 00 1 0] [ v

rψ]+[Y δ

N δ

0 ]δ r

ili

[ a ] [ x ]= [b ] [ x ]+d [u ]

gdje su

a11=m−Y v

a12=m xG−Y r

a21=m xG−N v

a22=I zz−N r

82

b11=Y v u0

b12=( Y r−m) u0

b21=N v u0

b22= ( N r−m xG )

Nakon kratkog računanja sa matricama dolazimo do općeg matričnog oblika jednadžbe

stanja:

[ a ] [ x ]= [b ] [ x ]+d [u ] → [a ]−1 [ a ] [ x ]=[ a ]−1 [b ] [ x ]+ [ a ]−1 [ d ] [ u ] → [ x ]=[ A ] [ x ]+ [ B ] [u ]

Te izračunom članova matrica dolazimo do:

A=[−0.4462 −1.0563 0−0.09 −0.939 0

0 1 0 ]B=[ 0.337

−0.4130 ]

C=[0 1 00 0 1]

D=[00]Nakon što smo odredili članove matrica, možemo u MATLAB-u kreirati sustav po konceptu

stanja sustava (eng. state-space model):

i na osnovu prethodno dane prijenosne funkcije u matričnom obliku:

83

koja nakon rješavanja daje dvije prijenosne funkcije:

Izraz:

δ r=K 1ψerr+K 2ψ

predstavlja zakon po kojem će se vršiti automatska kontrola kursa,

gdje je ψerror = ψ - ψref[53].

Prijenosna funkcija kontrole kursa se dobiva kombiniranjem #1 prijenosne funkcije i

zakona po kojem će se vršiti automatska kontrola kursa:

ψψref

=K1n

( K1+K2 s ) n−sd

gdje n predstavlja nazivnik a d brojnik prijenosne funkcije #1 pa kada uvrstimo njihove

vrijednosti dobivamo:

ψ ( s )ψref ( s)

=K1 (−0.1033 s−0.02684 )

( K1+K2 s ) (−0.1033 s−0.02684 )−s ( s2+0.6927 s+0.08099 )

84

Blok shema sustava za kontrolu kojeg predstavlja gornji izraz:

Slika 51. Simulink blok shema sustava

Analiza stabilnosti identičnog sustava je detaljno provedena u [55] i određeni su

koeficijenti pojačanja K1 = 7.3 i K2 = 15.7 te njih predstavljaju pojačanja 1 i 2.

85

5.4.1. Simulacija promjene kursa

U ovom poglavlju ćemo predhodno predstavljeni sustav umjesto konstantnom

referentnom kursu podvrgnuti signalu koji predstavlja promjenu kursa.

zeljeni kurs (psi_ref)

0-30

Kempf ov cik-cak

signal (zeljeni kurs)

r (otklon kormila)

psi (trenutni kurs)

K2

pojacanje 2

K1

pojacanje 1

x' = Ax+Bu y = Cx+Du

Lateralna dinamika ronilice

psi

(Workspace)

r

(Workspace)

psi_ref

(Workspace)

-1

-1

kormilor

psi

Slika 52. Simulink blok shem sustava sa ulaznim signalom koji predstavlja promjenu kursa

Prvo ćemo prikazati promjenu od 0° do 30°.

Na slici 53. su na prvom grafu prikazani ulazni signal i odziv plovila, tj. trenutni kurs a na

drugom grafu je prikazan otklon kormila. Vidimo da se nakon 20-te sekunde kormilo zakreće za

oko 11° te se kurs brzo počinje mijenjati. Nakon kratkog vremena otklon kormila se počinje

smanjivati a kurs se i dalje mijenja, te nakon otprilike 12 sekundi od promjene, otklon kormila se

smanji na 0° što znači da je plovilo postiglo zadani kurs od 30°.

86

0 10 20 30 40 50 60

0

20

40

vrijeme [s]

psi

(tre

nutn

i ku

rs)

psi

ref

(zel

jeni

kur

s) [

deg]

10 20 30 40 50 60

-100

1020

vrijeme [s]

r(o

tklo

n ko

rmil

a) [

deg]

r

psi refpsi

Slika 53. Promjena kursa od 0° do 30°

Nakon što smo proučili kako sustav reagira na jednostavnu promjenu kursa, možemo

isprobati jedan od standardnih manevara kojim se ispituje upravljivost plovila, Kempfov cik cak

manevar. Na slici 54. su prikazani ulazni signal koji predstavlja cik cak manevar i pripadni odzivi

sustava. Vidimo da nakon 5s slijedi promjena kursa na 25°. Plovilu se daje neko vrijeme da

postigne taj kurs, a s obzirom da smo u prvom slučaju procijenili da za promjenu kursa od 30°

treba oko 12 sekundi, ovdje smo pustili 20s kao sasvim dovoljno vremena za postizanje 25°.

Nakon ukupno 25s plovilu se zadaje kurs od -25° te nakon još 20s (ukupno 45s) ponovno kurs od

0°.

0 10 20 30 40 50 60

-20

0

20

vrijeme [s]

psi

(te

nu

tni

ku

rs)

psi

__

ref

(zel

jen

i k

urs

)

[d

eg]

0 10 20 30 40 50 60-20

-10

0

10

vrijeme [s]

r

(otk

lon

ko

rmil

a)

[d

eg]

psi__refpsi

r

Slika 54. Kempfov cik cak manevar

87

Vidljivo je da nakon 5s na zahtjev ulaznog signala, kormilo mijenja otklon za oko 9°, što

je dovoljno da se kurs promijeni na zadanih 25° za oko 10s. Nakon ukupno 25s, željeni kurs je

-25°, tj. potrebno je napraviti promjenu kursa za 50°, te kormilo ovaj put mijenja otklon za oko

-18°, što je dovoljno za zadanu promjenu kursa za oko 25s (ukupno 40s). Nakon ukupno 45s

ponovno je potrebno napraviti promjenu kursa za 50 stupnjeva te je proces identičan. Iz ovih

simulacija možemo zaključiti da se plovilo ponaša u skladu s očekivanjima i u prihvatljivim

vremenskim okvirima reagira na zahtjeve u promjeni ponašanja (kursa).

88

6. ZAKLJUČAK

Ovaj rad je pokušaj obuhvaćanja cjelokupnog područja bespilotnih ronilica te sažeti

prikaz svih područja primjene a time i raznih vrsta ronilica. U prvom dijelu smo vidjeli kako se

tehnologija razvijala od samih početaka pa sve do onih naprednih ronilica koje su još u fazi

razvoja te se neprestano unapređuju. Možemo zaključiti da je sve do nedavno, razvoj ronilica bio

kočen tadašnjim stupnjem razvoja ostalih tehnologija, prije svega brzinom obrade podataka, a u

zadnje vrijeme, u određenim područjima, upravo zahtjevi koji sve komleksnije misije postavljaju

pred ronilice zapravo potiču razvoj drugih područja koja su iskoristiva i šire. Tu prije svega

mislimo na napredne algoritme upravljanja i samostalnog odlučivanja, odn. na umjetnu

inteligenciju. Iz povijesnog razvoja možemo zaključiti da će se upravo to područje u budućnosti

najviše razvijati te da će autonomne ronilice u određenom vremenskom periodu potpuno izbaciti

iz upotrebe daljinski upravljane. To je jasno vidljivo i ako pogledamo sustave upravljanja

današnjih ronilica, gdje ih sve više koristi metode učenja na vlastitom iskustvu i sl.

Jasno je naravno, da je glavni pokretač razvoja ronilica naftna i rudarska industrija kojima

su ronilice alati od značajne vrijednosti. Sve stroži standardi o uvjetima rada i razvoj etike

poslovanja, zahtijevali su od njih uvođenje strojeva na područja gdje je ljudski život obavljajući

svoju zadaću u opasnosti. To je donijelo osim smanjenja nesreća na radu i povećanja ugleda,

veliko povećanje u učinkovitosti posla koji obavljaju. Samim time, a i ukupnim razvojem

civilizacije i povećanja ukupne potrošnje energenata, te industrije su doživile procvat i zlatno

doba, koje je izgleda na vrhuncu. Naime, sve veći pritisci ekoloških udruga i jačanje ekološke

svijesti populacije će, koliko god to izgledalo nevjerojatno danas, po autorovom mišljenju, ipak

imati uspjeha i u dogledno vrijeme će te industrije pomalo biti zamjenjivane prihvatljivijim. Još

jedan razlog za takav scenarij, koji je možda i važniji čimbenik, su razne studije o istrošenim

zalihama nafte i drugih izvora energije. U to nećemo ulaziti i pustiti ćemo da vrijeme pokaže što

nosi, ali ostaje činjenica da je razvoj ronilica čvrsto povezan sa tim industrijama.

No ako i prestane razvoj ronilica u području eksploatacije morskih dobara, opet ostaje

velik broj ronilica koje se koriste u druge svrhe, prije svega oceanografska istraživanja, te će se

njihov razvoj zasigurno nastaviti. To je i izglednije, jer jasno je da budućnost jedino i može

postojati ako krenemo putem uzajamne koristi i suživota sa prirodom, a ne putem nemilosrdnog

iskorištavanja zemaljskih dobara.

89

Kao što je u uvodu rečeno, krenuli smo u visine i izašli iz adolescencije, a dubine su

velikom većinom ostale neistražene. To je period ljudskog života koji se mora proći, koliko god

težak bio, da bi došli do zrelosti.

90

7. LITERATURA

[1] J. Bachrach, "History of the Diving Bell", The Historical Diving Society, Historical Diving

Times, Iss. 21., Spring 1998.

URL: http://www.thehds.com/publications/bell.html (15.09.2010.)

[2] F. de Strobel, „Iconografia Storico - Subacquea“, The Historical Diving Society Italia, HDS

Notizie N.25, Gennaio 2003.

URL: http://www.hdsitalia.com/hdsnotizie/HDSN25.pdf (15.09.2010.)

[3] A. F. Molland, „The Maritime Engineering Reference Book“, Butterworth – Heinemann,

Elsevier 2008.

[4] The Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific), „Cable-controlled

underwater vehicle“

URL: http://www.spawar.navy.mil/robots/undersea/curv/curv.html (17.09.2010)

[5] The Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific), „The Snoopy Vehicles“

URL: http://www.spawar.navy.mil/robots/undersea/snoopy/snoopy.html (17.09.2010)

[6] The Space and Naval Warfare Systems Center Pacific (SSC Pacific), „Remote Unmanned

Work System“

URL: http://www.spawar.navy.mil/robots/undersea/ruws/ruws.html (17.09.2010)

[7] Free Patents Online, „Remote unmanned work system (RUWS) electromechanical cable

system“

URL: http://www.freepatentsonline.com/4010619.pdf (17.09.2010)

[8] Teledyne Tehnologies Incorporated, Teledyne Benthos

URL: http://www.benthos.com/rov-unmanned-underwater-vehicle-stingray.asp (18.09.2010)

[9] Deep Ocean Engineering

URL: http://www.deepocean.com/Products.html (18.09.2010)

[10] AUVAC Autonomous Undersea Vehicle Applications Center

URL: http://auvac.org/resources/infographic/timeline/ (20.09.2010)

[11] Remotely operated vehicle committee of the marine technology society

URL: http://www.rov.org/rov_category_small.cfm (20.09.2010)

91

[12] VideoRay, Underwater robots, complete award winning solutions

URL: http://www.videoray.com/stories/101-new-videoray-deep-blue-microrov-reaches-

underwater-depths-to-1000 (20.09.2010)

[13] Ac-cess, Reomtely operated vision and sense

URL: http://www.ac-cess.com/gallery.html (20.09.2010)

[14] Rovexchange

URL: http://www.rovexchange.com/mc_quickchart.php (1.10.2010)

[15] Schilling Robotics LLC

URL: http://www.schilling.com/productsrovsystemsuhd.php (1.10.2010)

[16] Federation of American Scientists, Intelligence Resource Program

URL: http://www.fas.org/irp/program/collect/t-arc.htm (1.10.2010)

[17] Woods Hole Oceanographic Institution

URL: http://www.whoi.edu/oceanus/viewImage.do?id=4782&aid=2361 (1.10.2010)

[18] MacArtney Underwater Solutions

URL: http://www.macartney.com/default.asp?objtype=mproductgroup&ilanguage=dansk

&func=showdetail&id=1181&menuItem=&curMenu=A&linkingPath=msystem|1041

(1.10.2010)

[19] International Submarine Engineering Ltd.

URL: http://www.ise.bc.ca/arcs.html (10.10.2010)

[20] National Oceanography Centre, University of Southampton and Natural Environment

Research Council

URL: ftp://ftp.soc.soton.ac.uk/pub/autosub/Autosub6000/Asub6kSpecV2.pdf (10.10.2010)

[21] Underwater Robotics and Application Laboratory, Underwater Technology Research

Center, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo

URL: http://underwater.iis.u-tokyo.ac.jp/robot/twinburger-e.html (10.10.2010)

[22] Stone Aerospace/PSC, Inc.

URL: http://www.stoneaerospace.com/products-pages/products-DEPTHX.php (15.10.2010)

[23] International Submarine Engineering Ltd.

URL: http://www.ise.bc.ca/Theseus/ISE_Fully_Submersible_AUV_THESEUS.pdf

(15.10.2010)

92

[24] Sub Atlantic Ltd.

URL: http://www.sub-atlantic.co.uk/category/thrusters (15.10.2010)

[25] ECA CSIP Ltd.

URL: http://eca.fr/en/robotic-vehicle/robotics-naval-manipulator-arms-light-weight-arm-5-

e-/520.htm (18.10.2010)

[26] Schilling Robotics LLC

URL: http://www.schilling.com/productsmanipulatorconan.php (18.10.2010)

[27] Deep Systems International Inc.

URL: http://www.deepseasystems.com/prod.htm (18.10.2010)

[28] Kongsberg Maritime AS

URL: http://www.km.kongsberg.com/ks/web/nokbg0240.nsf/ProductAreaListingKongs berg?

ReadForm (18.10.2010)

[29] Deep Sea Power&Light

URL: http://www.deepsea.com/halogen2.html (18.10.2010)

[30] Tritech International Ltd.

URL: http://www.tritech.co.uk/products/products-main.htm (18.10.2010)

[31] Saab Seaeye Ltd.

URL: http://www.seaeye.com/rovs.html (18.10.2010)

[32] M.Stojanovic, „Underwater Acoustic Communications“, Encyclopedia of Electrical and

Electronics Engineering, John G. Webster, Ed., John Wiley & Sons, 1999, vol.22, pp.688-

698.

URL: http://www.mit.edu/~millitsa/resources/pdfs/ency.pdf (10.11.2010)

[33] Woods Hole Oceanographic Institution, Acoustic Communications

URL: http://acomms.whoi.edu/umodem/scenerios.html (10.11.2010)

[34] AUVAC Autonomous Undersea Vehicle Applications Center

URL: http://auvac.org/resources/infographic/battery_energy_weight.php (10.11.2010)

[35] T. I. Fossen, „Marine Control Systems; Guidance, navigation and control of ships, rigs

and underwater vehicles“, Marine Cybernetics, Trondheim, 2002.

[36] Z. Vukić, V. Bakarić, S. Mandžuka, „Karakteristični podsustavi autonomnih ronilica“,

Brodogradnja, God. 50., Br. 3., 2002.

[37] T. Perez, „Ship motion control“, Springer-Verlag Ltd., London, 2005.

93

[38] Office of Ocean Exploration and Research, National Oceanic And Atmospheric

Administration, U.S. Department of Commerce

URL: http://oceanexplorer.noaa.gov/okeanos/explorations/10index/logs/july24/media/

randy_at_controls.html (15.11.2010)

[39] A. Colin, „Virtual reality and field integrity management“, AAPG Annual Convention

and Exhibition, Long Beach, California, April 1 - 4, 2007.

URL: http://www.searchanddiscovery.net/documents/2007/07086colin/images/colin.pdf

(5.12.2010)

[40] Sonardyne Inc.

URL: http://www.sonardyne.co.uk/Support/PositioningTechniques/index.html (5.12.2010)

[41] Desert Star Systems

URL: http://www.desertstar.com/Products_product.aspx?intProductID=1 (5.12.2010)

[42] A. Alcocer, P. Oliveira, A. Pascoal, „Underwater acoustic positioning systems based on

buoys with GPS“, Proceedings of the Eighth European Conference on Underwater Acoustics,

Institute for Systems and Robotics (ISR), Instituto Superior T´ecnico (IST), Carvoeiro,

Portugal, 2006.

URL: http://welcome.isr.ist.utl.pt/img/pdfs/1502_ECUA06_LEGAL.pdf (20.12.2010)

[43] P. J. Davis, „Flexible Acoustic Positioning System Architecture“, Marine Tehnology

Society, Dynamic Positioning Committee, Dynamic Positioning Conference, 2002.

URL: www.dynamic- positioning .com/dp2002/ acoustics _ flexible _davis_pp.pdf (20.12.2010)

[44] N. Mišković, Z. Vukić, M. Barišić, „Postupci identifikacije matematičkih modela

plovila“, Proceedings of the 3rd Symposium on Marine Technology in memory of

Academician Zlatko Winkler, Croatian Academy of Sciences and Arts, Scientific Council for

the Marine Sciences & University of Rijeka, Polytechnic Faculty, 2010, pp. 217-226.

URL: http://bib.irb.hr/datoteka/456339.Miskovic_et_al_Winkler_full_paper_stariWord .pdf

(2.01.2011)

[45] N. Mišković, „Bespilotne ronilice – Identifikacija i upravljanje“, Kvalifikacijski doktorski

ispit, Fakultet elektrotehnike i računarstva, Sveučilište u Zagrebu, 2007.

URL: http://www.fer.hr/_download/repository/kvalifikacijski_doktorski_ispit_Nikola_Mi

skovic.pdf (2.01.2011)

94

[46] M. Radosavljević, M. Tomašević, N. Tomašević, „General Mathematical Model of

Autonomous Underwater Object Motion“, Pomorstvo, Scientific Journal of Maritime

Research, Vol.23 No.1 Lipanj 2009.

URL: http://hrcak.srce.hr/file/60334 (2.01.2011)

[47] J. G. Graver, „Underwater Gliders: Dynamics, Control and Design“, A disertation

presented to the Faculty of Princeton University in candidacy for the degree of Doctor of

Philosophy, May, 2005.

URL: http://auvac.org/research/publications/files/2005/graverunderwaterglidercontrol.pdf

(15.10.2010)

[48] T. I. Fossen, „Guidance and Control of Ocean Vehicles“, John Wiley and Sons, New

York, 1994.

[49] Khac Duc Do, Jie Pan, „Control of Ships and Underwater Vehicles; Design for

Underactuated and Nonlinear Marine Systems“, Springer-Verlag Ltd., London, 2009.

[50] F. El-Hawary, „The Ocean Engineering Handbook“, CRC Press LLC, USA, 2001.

[51] S. Mandžuka, „Dinamičko pozicioniranje plovnih objekata“, Doktorska disertacija,

Fakultet Elektronike i Računarstva, Sveučilište u Zagrebu, 2003.

[52] D.P. Brutzman, „A virtual world for an autonomous underwater vehicle“, Naval Post

Graduate School, Monterey, California, December 1994.

[53] D.C.Warner, „Simulation and Experimental Verification of a Computer Model And

Enhanced Position Estimator for The NPS AUV II“, Naval Post Graduate School, Monterey,

California, December 1991.

[54] Trygve Lauvdal, “A simulation code written for NPS AUV II”, May 1994.,

URL: http://www.cesos.ntnu.no/mss/MarineGNC/index.htm

(Kolovoz, 2007)

[55] Fatih Geridonmez, „Simulation of motion of an underwater vehicle“, Master of Science

degree graduate thesis, Middle East Technical University, September 2007.

95