Forsker Oskar Gjesdal Veggeland har utviklet et sensorsystem bygget av rimelige og tilgjengelige komponenter. 

Systemet samler inn data om isen rundt skipet. Det viser resultatet som et tredimensjonalt kart. 

Etter to forskningstokt i Arktis med forskningsskipet Kronprins Haakon har Veggeland vist at løsningen fungerer i praksis.

– Is blir allerede kartlagt i dag, men metoden bygger hovedsakelig på kameraer, radar og satellitter. Det gir ikke nok informasjon om isens egenskaper rundt skipet i sanntid, sier Veggeland. 

Ved å kombinere disse metodene med laserbasert refleksjonsmåling, kan vi få et langt bedre bilde av isforholdene, legger han til.

Laserbasert refleksjonsmåling, på engelsk LiDAR (Light Detection And Ranging), sender ut lys og måler refleksjon. Slik kan systemet lage detaljerte 3D-bilder av omgivelsene.

Forsker utviklet algoritmen selv

Han påpeker at verktøyene og sensorene som brukes nå alle har svake sider.

Sivile satellitter som kan måle is passerer ikke polene kontinuerlig. Data må sendes ned på jorda for behandling. Disse satellittene passer for planlegging langt fram i tid.

– Kameraer gir ikke dybdeinformasjon og fungerer dårlig i mørke polarnetter. Radar dekker lange avstander, men gir ikke detaljerte 3D-bilder av isen, sier Veggeland.

Løsningen er derfor å kombinere flere typer sensorer. Dataene behandles av en algoritme som kjører om bord i skipet og gir kart i sanntid. 

Disse kartene kan hjelpe kaptein og mannskap med å finne områder der isen er lettere å bryte.

Veggeland har selv utviklet algoritmen og programvaren. Sensorene er kjøpt på nett og satt sammen ved Institutt for marin teknikk på NTNU.

Brukte standardvarer

– Utstyret er ikke hyllevare fra en vanlig butikk, men det meste er standardkomponenter som er satt sammen i en egen boks, sier han.

Sensorboksen inneholder blant annet kamera, LiDAR, satellittmottaker og bevegelsessensor (IMU - Inertial Measurement Unit). 

Kombinasjonen av det vanlige flate kamerabildet og punktskyen fra LiDAR gir et bilde som fremhever isens struktur.

Satellittinformasjonen kombinert med bevegelsessensor gir nøyaktig tid og posisjon. Data fra bevegelsessensoren kompenserer for skipets stamping, rulling og hugging. Dermed blir det tredimensjonale kartet skarpt.

Gir navigasjonsstøtte

Prosjektet startet med et enkelt oppsett som ble testet på et tokt i 2023.

– Jeg visste at systemet ikke var ferdig. Målet var å lære hvordan det måtte bygges. På et nytt tokt i 2024 fikk vi testet en langt bedre løsning, sier Veggeland. 

Gode iskart er viktig for planlegging av seilas i polare strøk. De brukes blant annet til å vurdere isklasse, rutevalg og energibruk.

Å bygge systemet var sentralt i Veggelands doktorgradsarbeid. Hovedveileder Ekaterina Kim mener prosjektet dekker et viktig behov.

– Sikker navigasjon i Arktis krever god kunnskap om lokale isforhold. Satellittdata gir oversikt, men er for grove når skip manøvrerer mellom isflak. Her kan denne typen sensorer gi verdifulle detaljer, sier hun.

Et nyttig verktøy

Veggeland understreker at instrumentet ikke er klart for kommersialisering.

– Målet har vært å vise at det er mulig å kartlegge havis mer presist, sier han.

Instrumentkassen ble montert på siden av brua på forskningsskipet «Kronprins Haakon» og målte isen ut på siden.

– Et ferdig produkt må plasseres midtskips og høyere for å kunne se langt fram. En fordel er imidlertid at det kan kalibreres ferdig før det plasseres om bord, sier Veggeland.

Han ser ikke for seg at det er noe stort kommersielt marked, men et nyttig verktøy for dem som må ferdes i arktiske farvann.

– Det må også integreres i skipets øvrige system for navigasjon og hjelpemiddel på brua, påpeker Veggeland.

Finnes ikke åpent tilgjengelig

Forsker Ekaterina Kim sier at det så vidt hun vet ikke finnes kommersielle systemer som kombinerer LiDAR og optiske kameraer.

Veggeland har heller ikke funnet publiserte studier som beskriver tilsvarende systemer, verken sivilt eller militært.

Kim håper at prosjektet kan videreutvikles i samarbeid med nye studenter og rederier.

– Vi ønsker å forstå hvilke behov kapteiner og mannskap har, slik at vi kan lage enda bedre verktøy, sier hun.

Om forskning på skipsfart i arktisk sjøis

Arbeidet med doktorgraden til Oskar Gjesdal Veggeland er en del av forskningsprogrammet DigitalSeaIce ved NTNU. Det er støttet av Norges forskningsråd. Meteorologisk institutt er blant samarbeidspartnerne.

Artikkelen er produsert og finansiert av NTNU

NTNU er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse sakene fra NTNU?

• 

  Kan ørkensand brukes til å bygge hus og veier?

• 

  Bør vi la Norge gro igjen for å redde klimaet? – Kan oppfattes som kontroversielt

• 

  Leger og sykepleiere mener deres egen rusbruk rammer pasientene

• 

  Slik oppleves ADHD for en 11 år gammel jente

• 

  Samarbeid er en ferdighet – det må trenes

• 

  Fysikere kan ha funnet en viktig bit i kvantedatamaskiner

Les flere saker fra NTNU her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER