Innovatie op het water: De autonome boot “ALICE” van DPRZ
In de maritieme wereld is een transformatie gaande met de opkomst van autonome schepen. Eén opvallend voorbeeld is de autonome boot “ALICE” (A Livesaver In Case of Emergency) ontwikkeld door DPRZ. In dit artikel vertellen we meer over de wereld van “ALICE”, de technologie achter deze innovatie en de impact op de rescue wereld.
De Pioniers van DPRZ
Om het verhaal achter “ALICE”te begrijpen, moeten we eerst de organisatie achter deze innovatie begrijpen. We zullen inzoomen op de geschiedenis en de missie van DPRZ.
De oprichter van Dieperzicht (DPRZ) is Guido Steijaert. Met een achtergrond in de ICT en daar ruim 30 jaar ervaring in, heeft hij in 2012 een overstap gemaakt naar de nautische wereld. Uit hobby hield hij zich al jaren bezig met sonar. In de nautische wereld was hij in aanvang vooral actief in de verkoop. Maar kwam al snel tot de ontdekking dat er behoefte was aan kennisdeling op gebied van sonar bij hulpverlenende instanties.
Opleiding en training
In 2015 is er een begin gemaakt met opleidingen voor brandweer, reddingsbrigades en waterschappen. Hierbij lag de focus op het begrijpen hoe sonar werkt in theorie en hoe men dat in de praktijk kan toepassen. De praktijk trainingen doen we indien mogelijk in de eigen wateren van de gebruiker zodat ze een gevoel krijgen hoe de onderwaterwereld er uit ziet in hun eigen gebied. En in veel gevallen zijn dat bijzondere eyeopeners en worden er objecten waargenomen waarvan men vooraf het bestaan niet wist. Inmiddels worden in 17 van de 25 veiligheidsregio’s in Nederland trainingen door Dieperzicht gegeven.
Geen tijd om te oefenen
Net zoals veel dingen in het leven, kun je alleen door regelmatig oefenen en herhalen vaardigheden bijhouden en verder ontwikkelen. En daar begon de schoen te wringen bij veel hulpdiensten. Nautische hulpverlening en met name sonar is maar een klein onderdeel van de vaardigheden die hulpendiensten geacht worden met regelmaat bij te houden. Naast de training die men iedere 2 á 3 jaar volgt, zijn de meeste cursisten al blij dat ze een halve dag in het jaar kunnen oefenen.
Een vraag die dan ook bij DPRZ terecht kwam is hoe we dat op één of andere manier konden faciliteren. Eén van de eerste dingen die we ontwikkeld hadden was een module waarmee we de sonarbeelden konden streamen over Internet zodat een specialist op afstand live mee kan kijken op het sonarscherm.
Kort na deze ontwikkeling begon de COVID periode, alle opleidingen stonden stil en er was tijd om na te denken over de toekomst. In de COVID periode is DPRZ gestart met de ontwikkeling van een module op basis van Artificial Intelligence. De Artificial Intelligence software hebben we gevoed door Machine Learning met heel veel eigen sonarbeelden. Door deze toepassing heeft de gebruiker er een hulpje bij. De computer kijkt mee, geeft suggesties met een bijbehorend percentage, hoe groot dat de kans is dat het gaat om een wrak, auto of slachtoffer. Dit kan ook voor opsporing van andere objecten gebruikt worden. De gebruiker kan op basis van wat hij/zij heeft geleerd, makkelijker de beelden interpreteren.
De geboorte van “ALICE”
De Artificial Intelligence oplossing werd goed ontvangen op de Interschutz 2022 in Hannover. Een vraag die bij een groot aantal geïnteresseerden vandaan kwam, was of een dergelijke oplossing ook mogelijk zou zijn met een autonoom varende boot. Op de Interschutz 2022 is er besloten om een autonome boot te gaan bouwen en om deze te presenteren op de Rettmobil 2023 in Fulda. De boot moest iets meer worden dan alleen Toys For Boys, de boot moest een bepaalde behoefte gaan invullen.
Het aantal sonarspecialisten dat beschikbaar is, is zeer beperkt. Een boot te water laten, dat kunnen veel meer mensen. Als het concept zou kunnen voorzien in het te water laten van een boot en een specialist die op afstand de benodigde werkzaamheden kan uitvoeren, dan zou de missie geslaagd zijn.
“ALICE” is gebouwd op een Rubberboot met vaste romp van aluminium (RIB) aangeleverd door Lavamarine. Door de extra pantser die Lavamarine aanbrengt op de boot, wordt de boot nagenoeg onzinkbaar. De rubberen tube geeft veel stabiliteit en verder brengt de boot ook geen schade toe aan de omgeving bij een mogelijke aanvaring.
In een tijd waarin duurzaamheid steeds belangrijker wordt hebben wij gemeend om deze boot uit te rusten met een elektromotor. De stroomvoorziening is standaard 10kW en kan worden uitgebreid tot 80kW dat is genoeg voor een operationele tijd van 4 tot meer dan 24 uur. (Afhankelijk van de mate van belasting). Geeft men er toch de voorkeur aan de boot uit te rusten met een bandstofmotor, dan behoort dat tot de mogelijkheden.
De techniek in en rond “ALICE” is bijzonder uitgebreid, enkele van de technologische kenmerken en hoogstandjes op een rij.
- Kunstmatige Intelligentie (AI): “ALICE” is voorzien van een zeer geavanceerd AI-Systeem wat in staat is om zeer veel gegevens te analyseren en op basis van deze informatie beslissingen te nemen. De boot kan hierdoor overweg met veranderende omstandigheden en is in staat obstakels te vermijden.
- Geavanceerde Sensoren: De boot is uitgerust met een groot aantal sensoren, een aantal van deze sensoren zijn AIS, lidar, radar en marifoon. Deze sensoren verzamelen informatie over de omgeving van de boot, zoals de positie van andere schepen, weercondities en de diepte van het water.
- Camera: Naast de camera voor het kunnen varen van de boot beschikt ALICE ook over een 360 graden draaibare thermische camera. Met deze camera is het mogelijk zwemmers te herkennen en ook herkenning van brandhaarden is één van de mogelijkheden, later meer hierover.
- Sonar: Herkenning en interpretatie van sonarbeelden (G-SAR).
- GPS en Navigatie: “ALICE” maakt gebruik van geavanceerde GPS- en navigatiesystemen om haar locatie nauwkeurig te bepalen en haar route te plannen. Hierdoor kan de boot autonoom navigeren, waypoints bereiken en haar traject optimaliseren. De GPS is uit te breiden met RTK (Real Time Kinetik) Hiermee kan de boot haar locatie tot op enkele centimeters nauwkeurig bepalen.
- Communicatiesystemen: De boot is verbonden met een walstation. Deze verbinding kan worden gemaakt met WiFi, 4G/5G en met satellietcommunicatiesystemen. Daarnaast is er ook AIS en Marifoon aanwezig zodat communicatie met andere vaartuigen mogelijk is. Het systeem is zodanig ontworpen dat het ook via de infrastructuur van de eigen organisatie kan lopen.
- Antennes: Voor optimale communicatie is het toepassen van goede antennes van wezenlijk belang. In Nederland en Belgie is een goede 4G/5G verbinding bijna vanzelfsprekend. In Duitsland kwamen we er achter dat dit buiten de snelwegen en steden lastiger is. Goede hardware in combinatie met Poynting antennes verzorgt op veel plaatsen 4G/5G verbindingen, waar een normale mobiele telefoon geen verbinding heeft.
- Zelfcorrigerende Systemen: “ALICE” beschikt over systemen die haar stabiliteit en veiligheid in verschillende weersomstandigheden kunnen handhaven. Deze systemen kunnen bijvoorbeeld de roerstand aanpassen om golven en wind te compenseren.
Autonoom varen
In zijn algemeenheid geldt dat veiligheid en regelgeving bij autonoom varen van vitaal belang zijn om ervoor te zorgen dat de operaties van autonome schepen veilig zijn voor bemanningen, passagiers, andere schepen en het milieu. Een aantal belangrijke onderdelen van veiligheid en regelgeving bij autonoom varen:
1. Veiligheidssystemen: “ALICE” is ingericht om alles te doen om aanvaringen te vermijden. Hiervoor maakt zij gebruik van de aanwezige sensoren.
2. Noodstopsystemen: De boot is voorzien van een noodstop systeem, bij het ontstaan van onvoorziene situaties schakelt de boot zichzelf uit of gaat in standby modus.
3. Cybersecurity: Door VPN verbindingen of gebruik making van de netwerken van de gebruiker worden buitenstaanders geweerd en is er een beveiligde verbinding tussen de operatoren en boot.
4. Training en Certificering: Operatoren van onze schepen moeten worden getraind in het gebruik van autonome systemen en moeten de vereiste certificeringen hebben om ervoor te zorgen dat ze bekwaam zijn in de omgang met deze technologieën.
5. Veiligheidsprotocollen: Er moeten duidelijke veiligheidsprotocollen en procedures zijn voor noodsituaties en reddingsoperaties. In ons concept wordt vooralsnog uitgegaan dat er minimaal 1 operator direct zicht heeft op de boot.
Innovatie aan de wal
Onze innovatie van het walstation kent ook een historie, anders waren we niet in staat geweest dit alles te kunnen realiseren in één jaar.
In 2019 was DPRZ betrokken geraakt bij een vermissing op het IJsselmeer. Mannen van de brandweer Nijkerk die door DPRZ waren opgeleid op het gebied van sonar, volgden op dat moment een vaartraining. De politie was op zoek naar het slachtoffer, de brandweer voer voorbij, heeft even met de politie gesproken, hun hulp aangeboden en is doorgegaan met de vaartraining. (Voor de Duitse lezer klinkt dit misschien vreemd. In Nederland is het zo georganiseerd dat de brandweer bij een vermissing op het water zoekt in het gouden uur (eerste uur na de vermissing) en dat het daarna een taak wordt van de politie)
‘s-Avonds ontvingen we een aantal sonarplaatjes van de brandweer met de vraag of dit mogelijk het slachtoffer kon zijn. We hadden een sterk vermoeden dat dit het geval was en zijn de volgende ochtend gaan kijken en met onze eigen sonar op zoek gegaan, al snel troffen we het slachtoffer aan, vlak onder het wateroppervlak.
De 112 melding die we toen gedaan hebben deed ons verbazen. De centrale meldpost vroeg ons naar een straat adres. Een GPS coördinaat daar kon men niets mee.
Dit is was voor ons een signaal dat er voor incidenten op het water nog wel het één en ander te verbeteren was in de hulpverlening.
Binnen Dieperzicht is er een prove of concept gemaakt (een test), waarmee gebaseerd op een kaart het mogelijk was een incident op het water te coördineren. Technisch is dit gelukt, alleen organisatorisch was dit met 25 veiligheidsregio’s vanwege de bureaucratie lastig te implementeren.
Bouwstenen uit bovenstaand systeem zijn gebruikt voor de ontwikkeling van het sonar herkenning systeem (G-SAR) wat ook volledig gebruikt kan worden als een navigatiesysteem. En de besturingssoftware van ALICE.
Sonar herkenning
Het sonar herkenning systeem is zodanig gemaakt dat het minimale gebruikers interactie vraagt. Het systeem kan aangesloten worden op bijna ieder merk sonar. Zolang de sonar beschikt over een HDMI of een andere video uitgang.
Er zijn maar een paar knoppen die het volledige scherm bedienen. Automatisch wordt aangegeven of een object is gedetecteerd. De gebruiker kan hiervan een schermafdruk maken en legt met deze afdruk een markering vast op de kaart en indien er een verbinding is met een commando post, dan wordt zowel het coördinaat als de schermafdruk naar de commando post gestuurd. Zijn er meerdere boten actief, dan wordt dit ook met de andere boten gedeeld.
Met het openen van het menu krijgt men een overzicht van de gedetecteerde objecten en kan men deze opnieuw bekijken en eventueel delen.
De software bevat bijzonder veel mogelijkheden, het is onze taak om samen met de beheerder de eenvoud in de bediening te houden zodat de eindgebruiker alleen beschikbaar heeft wat er nodig is en zich kan focussen op zijn of haar taak zonder zich bezig te hoeven houden met de techniek die achter alle mogelijkheden schuil gaat.
Besturing van ALICE
De besturing van de boot kan op verschillende manieren. Variërend van een X-Box controller, een uitgebreide ship controller, tablet of PC. Daarnaast zijn er nog een aantal industriële controllers die worden ondersteund.
Doormiddel van Artificial Intelligence kan ALICE bekend gemaakt worden met haar vaargebied. Iedere keer dat ALICE zich op het water bevindt, verzamelt zij alle soorten van informatie en vertaalt dit naar een totaalbeeld. Dit geeft dat veilig en onveilig vaarwater bekend zijn en dat er tijdig wordt geacteerd op deze situaties.
De besturing kan vanaf meerdere plaatsen worden gedaan. Het is vergelijkbaar met het varen op een groter schip. De schipper, navigator, bediener van de sonar, bediener van de camera en/of andere sensoren kunnen naast elkaar de bediening doen. Maar hoeven met onze autonome boot oplossing niet noodzakelijk naast elkaar te zitten.
Er kan altijd maar 1 schipper zijn. Waarbij het systeem voor de veiligheid zo is ingeregeld dat de schipper op locatie altijd alles kan overrulen omdat hij/zij zicht heeft op de boot.
Ook voor het bedieningsscherm van de boot geldt hetzelfde als voor de sonar. Het is aan ons de taak om samen met de beheerder het scherm zo eenvoudig mogelijk te houden zodat de gebruiker zich kan focussen op zijn of haar taak.
Om ALICE bij een vermissing in het water te laten zoeken kunnen er verschillende zoekpatronen aangeboden worden. De basis patronen zijn sector search, parallel search en expanding square. Daarnaast kunnen er indien gewenst eigen zoekpatronen worden toegepast.
Ook Camera met Artificial Intelligence
ALICE zit vol met Artificial Intelligence, de camera functionaliteit voor het waarnemen van zwemmers en potentiële drenkelingen willen we niet onbesproken laten. De thermische Dahua camera’s met dag en nachtzicht kunnen ingesteld worden om tot 360 graden rond te kunnen kijken. De door ons ontwikkelde modellen stelt de camera in staat om personen in water visueel te herkennen tot een afstand van 750 meter. En met de thermische camera tot 350 meter.
Deze toepassing is niet alleen bruikbaar vanaf de boot, maar is ook bruikbaar als ondersteuning van een strandwacht. Denk hierbij aan het observeren van gevaarlijke gebieden met sterke stroming.
Productrange
De huidige boot is gebaseerd op een RIB van 3.5 meter, deze is leverbaar tot een lengte van 6.2 meter. Er wordt gebruik gemaakt van een standaard basisconfiguratie welke op basis van de klantwens kan worden ingericht voor de uit te voeren taak.
Toekomstige ontwikkelingen
Naast dat het huidige concept door de Artificial Intelligence en onze innovaties steeds beter worden, introduceren we in de komende tijd zeker nog 2 nieuwe modellen.
Eén van de nieuwe modellen zal een 5.2 meter rubberboot met vaste romp van aluminium (RIB) zijn, deze RIB is naast autonoom ook op conventionele wijze te varen, zij het voor de besturing ietwat futuristisch en minder conventioneel. Daarmee slaan we ook een brug om bestaande boten te kunnen aanpassen voor autonoom varen.