В ходе заседания итоговой коллегии Министерства транспорта Российской Федерации, состоявшегося в конце марта 2025 года, президент Российской академии наук академик РАН Геннадий Красников отметил работу ученых нашего Института по созданию систем безэкипажного судовождения для внутреннего водного транспорта.

О каких разработках шла речь, рассказывает заведующий лабораторией №17 «Эргатических систем» д.т.н. М.П. Фархадов. 

«В прошлом году наш Институт стал членом консорциума, который выполняет важный проект программы «Приоритет 2030», связанный с автономным судовождением во внутренних водных путях России: создание базового алгоритма комплексной системы управления верхнего уровня маломерного автономного судна. В консорциуме, созданном на базе Российского университета транспорта, участвуют несколько организаций и специалисты в области судовождения и управления судами. Мы вошли в этот консорциум со своими предложениями в области разработки методов, технологии и алгоритмов для управления движением маломерных судов. 

Кроме нас в этот проект входят несколько организаций, в том  числе Санкт-Петербургское АО «Ситроникс», частично работает в этом направлении МФТИ. Научно-образовательный центр «Геоинформационные и спутниковые технологии железнодорожного транспорта» Российского университета транспорта разрабатывает информационную систему цифрового двойника акватории. Возможно, в дальнейшем мы будем с ними интегрироваться. 

Российским университетом транспорта создан макет автономного судна на базе маломерного судна «Волжанка-Вояджер-800». Это катер длиной восемь с половиной метров вместимостью до 8 человек. Это маломерное судно имеет ручное управление для капитана. Но наша задача была автоматизировать управление движением этого судна. 

За прошлые полгода мы частично реализовали этот проект, и в этом году мы будем продолжать над ним работать. 

Сейчас в России много внимания уделяется разработке безэкипажных судов. В нашем понимании, в этом и есть будущее интеллектуальной системы водного транспорта, как пассажирского, так и транспорта грузовых перевозок. Динамично развивается водный туризм, в котором тоже могут применяться технологии автоматизированного интеллектуального управления. Поэтому надо уметь создавать такие суда и управлять ими на воде. 

Пока мы разрабатываем и испытываем алгоритмы, программы и модели управления на базе маломерного судна. Дальше этот опыт пригодится для управления большими пассажирскими судами. 

Есть четыре степени автономности этих судов. Самый высокий – четвертый уровень, когда экипаж на судне отсутствует, а судно управляется автоматически, оно способно обходить препятствия и взаимодействовать с другими судами. 

Для построения автономного судна необходимо принимать во внимание специфические особенности задач управления, характерные для водного транспорта. Тут нужно учитывать гидродинамику, волны ветер ограниченное пространство. Поэтому первоочередная задача управления в этой области – это создание математических моделей для оценки основных параметров системы управления движением: скоростью и курсом. 

Другой вопрос, который для нас очень интересен и важен, – компьютерное зрение. Автономное судно должно «видеть» опознавательные знаки на берегу или маяки и через информационные системы или через обмен координатами с другими судами вовремя подготовиться, например, к обходу препятствия и обеспечить стабильное движение по заданному маршруту. Для решения этой задачи мы будем внедрять и дорабатывать свои же алгоритмы по визуальной одометрии. 

В рамках этого общего проекта есть и дополнительные задания, связанные со взлетом и посадкой дронов на катер. В этом году мы получили определенные результаты по этой задаче. 

Примечательно, что в институте мы также создали свой консорциум из сотрудников нескольких лабораторий. В него вошли представители нашей, 17-й лаборатории «Эргатических систем», 7-й «Адаптивных и робастных систем им. Я. З. Цыпкина», 16-й «Нелинейных систем управления им. Е.С. Пятницкого», 57-й «Активных систем», 80-й «Киберфизических систем», научно-внедренческого отдела № 73 «Управляющих задач в цифровой картографии». Таким дружным коллективом мы в прошлом году реализовали систему управления движением судна в заданном направлении с заданной скоростью, а сейчас обсуждаем техзадание на текущий год. Мы провели испытания недалеко от Нагатинского затона на реке Москва. Катер в автономном режиме двигался в выделенном водном пространстве. 

У нашего проекта есть зарубежные аналоги. Сегодня на эти разработки тратятся огромные деньги. Я могу навскидку назвать норвежский проект, британский, проект китайских компаний. Все они предлагают свои решения,но мы не отстаем в этом направлении, мы показываем результаты на мировом уровне. 

На сегодняшний день существует несколько проблем, связанных с коммуникационными средствами. Нужна глобальная система позиционирования для судов – это одна проблема. Модели и технологии управления – это другая. А еще – использование технического зрения, т. е. дополнительных каналов для обеспечения стабильного движения судов. 

Успешная реализация нашего большого инфраструктурного проекта определит, как будет функционировать водный транспорт в ближайшем будущем. Отсюда и пристальное внимание к нему, которое уделяет Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН и руководство РАН. 

Недавно по этой тематике был представлен доклад «Методы и технологии управления движением маломерного автономного судна» заведующего лабораторией №17 д.т.н. М.П. Фархадова на заседании Научного совета по теории и процессам управления ОЭММиПУ РАН посвященного проблеме разработки и проектирования безэкипажных судов.

В рамках данной научно-исследовательской работы разработаны методы и технологии активной идентификации параметров динамических моделей маломерных судов, позволяющие создать перспективные системы управления и навигации с уровнями автономности 3-го и 4-го уровня. Проведенные исследования позволили построить модели, описывающие движение судна в реальных условиях эксплуатации. Установленные и откалиброванные сенсоры обеспечили получение данных о положении и скорости судна, что стало основой для разработки алгоритмов управления.

Разработанные алгоритмы применены для идентификации параметров моделей на основе экспериментальных данных, собранных в ходе натурных испытаний. Полученные данные использованы для синтеза регуляторов, которые демонстрируют адекватное управление движением судна, обеспечивая устойчивое следование заданным маршрутам. В процессе испытаний созданные программные модули показали эффективность в генерации тестовых сигналов, сборе данных и реализации автономного управления.

Таким образом, проделанная работа способствует значительному улучшению качества управления маломерными судами, что подтверждается успешной верификацией динамических моделей и алгоритмов управления в реальных условиях. Это создает прочную основу для дальнейшего развития систем автономного судовождения и их адаптации к более сложным эксплуатационным сценариям.

Мы выражаем свою благодарность за поддержку, консультацию и за непосредственное участие в реализации проекта коллегам из РУТ (МИИТ): научному руководителю, проректору, член-корреспонденту РАН И.Н. Розенбергу; проректору, д.т.н. С.С, Соколову; директору НОЦ МВВТиТАС к.т.н. В.В. Якунчикову и ведущим специалистам и экспертам в области судовождения д.т.н. Д.В. Казунину, И.А.Мышеву, А.В. Дорошину и др.».