Extracting Mapped Hazards from Electronic Navigational Charts for ASV Collision Avoidance

Abstract

Det finnes mange Elektroniske Navigasjonskart med detaljert beskrivelse om det maritime miljøet tilgjengelig idag. Disse kartene er laget av hydrografiske kontorer, hvor de følger et standardisert format som gjør det mulig ådele maritime kart. I denne oppgaven utforsker jeg mulighetene for åbruke elektroniske kart for navigatoriske formål for et autonomt over- flatefartøy. Denne oppgaven er et bidrag til et anti-kollisjonssystem som er spesifisert formelt sett av Johansen og senere implementert av Hagen. En applikasjon som ekstra- herer farer fra et elektronisk kart er implementert. I tillegg er et sanntidssystem som bruker de ekstraherte farene ogsåimplementert som et undersystem av tidligere imple- menteringer. Et autonomt overflatefartøy er simulert i forkjellige situasjoner, med og uten anti-grunnstøtningssystem, og resulterende oppførsel er sammenlignet og analysert. Anti-grunnstøtningssystemet er implementert med bruk av ROS som rammeverk og bruker GDAL/OGR for åaksessere den elektroniske kartdataen. Simuleringene demonstrerte både forventet og uforventet oppførsel av anti - grunnstøt- ningssystemet. Anti-grunnstøtningssystemet påvirket det autonome overflatefartøyet slik at det unngikk de ekstraherte farene. En metode for åunngågrunnstøtning og represen- tasjonen av farer viste lovende resultater med hensyn til sanntidsbegrensninger og evne til åoppdage farer. Derimot, såer ikke implementasjonen feilfri og forbedringer er nødvendig for fremtidige applikasjoner.

There are multiple Electronic Navigational Charts (ENC) with detailed information about the maritime environment available today. These maps are made by Hydrographic Offices, and they follow a standardized format that makes it possible to unify the transfer of mar- itime map data. In this thesis I explore options for using this information for navigational purposes for an Autonomous Surface Vessel (ASV). The thesis is a contribution to a Collision Avoidance System (CAS) that was formally carried out by Johansen and later implemented by Hagen. An application extract- ing hazards from an ENC is implemented. Additionally, a real-time anti-grounding system that uses the extracted information is implemented as a subsystem of previous implemen- tations. Different situations of the ASV are simulated, with and without the anti-grounding system and the resulting system behaviour is compared and analyzed. The anti-grounding system is implemented using ROS as a framework and utilizes GDAL/OGR to access the data of the ENC. The simulations demonstrated both predicted behaviour, as well as unexpected be- haviour from the anti-grounding system. The anti-grounding system made the ASV avoid hazards based on the extracted hazard map. A method of grounding avoidance and the hazard representation showed promise with respect to real-time constraints and ability to detect hazards. However, the implementations are not flawless and improvements are nec- essary for future applications.