Op weg naar onbemand binnenvaarttransport.

Vrachtwagenverkeer domineert het Europese en Belgische goederenvervoer in
het binnenland. De afgelopen decennia passeerde ongeveer driekwart van de
goederenstromen via de baan, alhoewel de binnenvaart een duurzamer alternatief
lijkt te bieden. Daarnaast, kampen de grotere binnenvaartschepen momenteel
met een overaanbod en vermindert het aantal kleinere binnenvaartschepen.
Deze nefaste evolutie in de binnenvaart staat echter in schril contrast met
de Europese en Belgische overheidsambities om meer goederenvervoer via
hun waterwegen te laten stromen. Deze thesis tracht om een oplossing
voor dit spanningsveld te onderzoeken door de technologische haalbaarheid
van onbemande binnenvaartschepen te bestuderen. Concreet, worden drie
onderzoeksvragen beantwoord.

De eerste vraag luidde: “Hoe kan een industrieel relevant onderzoeksschip
voor een onbemande binnenvaart ontworpen en gebouwd worden?”. Om de
industriële relevantie te onderzoeken, werd de huidige binnenvaart onder de
loep genomen. Drie recente ontwikkelingen sprongen in het oog. Ten eerste,
introduceerde het Europese Watertruck+ project een nieuwe vloot aan modulaire
duwboten en duwbakken. Hiermee ontkoppelen de watertrucks hun vaartijdvan hun goederenoverslag tijd. Ten tweede, bouwde Blue Line logistics nieuwe
schepen met een plat dek en een eigen kraan waarmee ze onafhankelijk van
de kade infrastructuur hun goederen kunnen verladen. Hiermee mikken deze
schepen voornamelijk op gepalletiseerde cargo. Tot slot, vervoerden enkele
kleinere vrachtschepen reeds succesvol goederen binnenin enkele Europese
steden. Naast deze industriële ontwikkelingen, motiveerden de recente algemene
onderzoeksevolutie naar onbemande schepen en de specifieke uitdagingen voor de
binnenvaart de bouw van twee onbemande onderzoeksschepen: een schaalmodel
zelfstandig-aangedreven watertruck duwbak en een functioneel schaalmodel van
een plat dek schip dat mikt op gepalletiseerde cargo. Bovendien hebben beide
onderzoeksschepen een lengte die onderzoek rond intrastedelijk goederenvervoer
mogelijk maakt.

De tweede vraag onderzocht: “Hoe kan de hydrodynamica van een binnenvaart-
schip gemodelleerd en geïdentificeerd worden?”. Voor de modellering werd er
hoofdzakelijk gekeken naar de ontkoppelde vrijheidsgraden voor bewegingen
in het watervlak, i.e, schrikken, verzetten, en gieren. De identificatie van dit
ontkoppeld model gebruikte experimentele data die buiten werd opgemeten,
met het onderzoeksschip in zijn reële omgeving. Hiervoor werden twee
identificatie procedures vergeleken. De eerste baseerde zich op het ogenblikkelijke
krachtenevenwicht, en de tweede integreerde de differentiaalvergelijkingen van de
ontkoppelde bewegingen. Daarnaast werden twee onafhankelijke data bronnen
gebruikt ter validatie van de geïdentificeerde modellen: de paaltrekproef,
opgemeten in een sleeptank, en de longitudinale demping, berekend via de
numerieke stromingsleer.

De derde onderzoeksvraag bekeek: “Hoe kan een onbemand schip de omgeving
waarnemen en zich hierin voortbewegen?”. Hiervoor werden de vaargebieden
ingedeeld in vier omgevingen, afhankelijk van de aanwezigheid van gekende of
ongekende en statische of dynamische objecten. Deze omgevingen beïnvloeden
de vereisten voor de perceptie en bewegingscontrole systemen van het schip:
om ongekende objecten te detecteren zijn exteroceptieve sensoren nodig,
en om dynamische objecten te ontwijken moeten verkeersregels worden
geïmplementeerd. Deze thesis toont de eerste succesvolle vaarproeven van
een onbemand en autonoom schip varend in een rivier met gekende statische
objecten.

Bovendien, voorziet dit werk voor de twee laatste onderzoeksvragen ook nog
een alternatief antwoord, via de constructie van een landgebaseerd controle
centrum om de schepen van op afstand te besturen of te monitoren. Op deze
manier zorgt de operator voor de bewegingscontrole en perceptie van het schip,
waarbij het schip impliciet wordt gemodelleerd en geïdentificeerd. Een controle
centrum opent echter nieuwe onderzoeksvragen: kan dit centrum de operator
helpen bij de constructie van een scheepsgevoel, en kan het schip van op afstand
in harmonie met de omgeving gehouden worden? Een initieel antwoord op
deze nieuwe vragen wordt gegeven via de eerste experimenten met dit controle
centrum, waarbij een onbemand schip van op afstand bestuurd werd. Daarnaast
illustreert deze thesis de preliminaire resultaten van een uitgebreid controle
centrum, waarbij extra visualisaties en metingen van het schip op zijn navigatie
kaart worden getoond aan de operator.

Uiteraard kan de technologische haalbaarheid van bovenstaande onder-
zoeksvragen alleen de sociaaleconomische haalbaarheid van onbemande
binnenvaartschepen in het algemeen niet beoordelen. Daarom tracht dit werk
om inzichten te verwerven zodat sociaaleconomische haalbaarheidsstudies op
een hogere resolutie kunnen worden bekeken, met de ambitie om toekomstige
investeringsstromen op de juiste koers te krijgen.