gumrfВестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. МакароваVestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S. O. Makarova2309-51802500-0551ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова»10.21821/2309-5180-2025-17-1-105-114MKJPRZgumrf-544Research ArticleЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА, ВОДНЫЕ ПУТИ СООБЩЕНИЯ И ГИДРОГРАФИЯOPERATION OF WATER TRANSPORT, WATERWAYS AND HYDROGRAPHYРазработка системы управления автономным судном на основе операционной системы ROS2Development of an autonomous vessel control system based on the ROS2 operating systemДыдаА. А.DydaA. A.

Дыда Александр Александрович - доктор технических наук, профессор кафедры автоматических и информационных систем

690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а

Dyda Aleksandr A. - Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Automatic and Information Systems

690059, Russia, Vladivostok, st. Verkhneportovaya, 50a

adyda@mail.ruПушкарёвИ. И.PushkarevI. I.

Пушкарёв Игорь Игоревич - ведущий инженер-программист

690059, г. Владивосток, ул. Уборевича, 7, помещение IX

Pushkarev Igor I. - lead software engineer

690091, Vladivostok, st. Uborevicha 7, room IX

B_r_i_g88@mail.ruМорской Государственный университет имени адмирала Г. И. НевельскогоРоссияMaritime State University named after Admiral G.I. NevelskoyRussian FederationООО «Кашалот»Россия"CASHALOT" LLCRussian Federation202504032025171105114Copyright © Дыда А.А., Пушкарёв И.И., 20252025Дыда А.А., Пушкарёв И.И.Dyda A.A., Pushkarev I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gumrf.ru/jour/article/view/544

Темой исследования является разработка системы управления для автономного судна с использованием операционной системы Robot Operation System 2. Отмечается, что автономные суда являются перспективным классом робототехнических систем, предназначенных для выполнения различных задач в морской среде, включая мониторинг акваторий, научные исследования, поисково-спасательные и транспортные операции. Их ключевыми преимуществами являются автономность, гибкость применения и возможность работы в условиях, представляющих угрозу для человека. В работе рассмотрено использование современной операционной системы Robot Operation System 2 для робототехники, обеспечивающей модульность, масштабируемость и высокую степень распределенности вычислений. Отмечается, что данный вид программного обеспечения предоставляет готовые алгоритмы для навигации, обработки данных сенсоров и управления движением, а также инструменты для тестирования, отладки и визуализации данных, что ускоряет процесс разработки и повышает надежность системы. В рамках исследования разработана структурная схема системы управления автономного судна, включающая подсистемы навигации, технического зрения, управления движением и взаимодействия с оператором через береговой пульт, на которой показаны состав и взаимодействие отдельных узлов операционной системы. Представлена схема устройств, обеспечивающая распределение вычислительных ресурсов между узлами. Предложенная система управления демонстрирует возможность объединения различных подсистем автоматических судов в общую систему на основе единой логики взаимодействия и обмена данными операционной системы Robot Operation System 2. Применение данной операционной системы позволяет повысить скорость разработки, улучшить надежность программного обеспечения, упростить интеграцию сложных алгоритмов и обеспечить гибкость системы для дальнейших усовершенствований.

The research focuses on the development of a control system for an autonomous vessel using the Robot Operating System 2 (ROS2). Autonomous vessels are highlighted as a promising class of robotic systems designed for various tasks in the maritime environment, including area monitoring, scientific research, search and rescue, and transport operations. Their key advantages lie in their autonomy, operational flexibility, and ability to operate in conditions hazardous to humans. The study explores the use of the modern Robot Operating System 2 for robotics, which ensures modularity, scalability, and a high degree of distributed computing. This software provides ready-made algorithms for navigation, sensor data processing, and motion control, as well as tools for testing, debugging, and data visualization, thereby accelerating development and enhancing system reliability. As part of the research, a structural diagram of the autonomous vessel control system was developed, incorporating subsystems for navigation, computer vision, motion control, and operator interaction via a shore-based console, illustrating the composition and interaction of individual operating system nodes. A device diagram is presented, showing the distribution of computing resources between the nodes. The proposed control system demonstrates the possibility of integrating various autonomous vessel subsystems into a unified system based on the common interaction logic and data exchange of the Robot Operating System 2. The application of this operating system enhances development speed, improves software reliability, simplifies the integration of complex algorithms, and ensures system flexibility for future improvements.

автономное судноалгоритмпрограммное обеспечениесистема технического зрениясистема навигациифильтр Калманарасхождениекомплексированиетеория автоматического управленияморская деятельностьсложные робототехнические системыautonomous vesselalgorithmsoftwarecomputer vision systemnavigation systemKalman filternavigation rulesdata fusionautomatic control theorymaritime operationscomplex robotic systemsReferencesBarrera C. Trends and challenges in unmanned surface vehicles (USV): From survey to shipping / C. Barrera, I. Padron, F. S. Luis, O. Llinas // TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. — 2021. — Vol. Vol. 15 No. 1. — Pp. 135–142.Barrera, C., I. Padron, F. S. Luis and O. Llinas. “Trends and challenges in unmanned surface vehicles (USV): From survey to shipping.” TransNav: International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation Vol. 15 No. 1 (2021): 135–142.Каретников В. В. Перспективы внедрения безэкипажного судоходства на внутренних водных путях Российской Федерации / В. В. Каретников, И. В. Пащенко, А. И. Соколов // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2017. — Т. 9. — № 3. — С. 619–627. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-619-627. — EDN YTXYGD.Karetnikov, V. V., I. V. Paschenko and A. I. Sokolov. “Prospects of introducing unmanned navigation on inland waterways of the Russian Federation.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S. O. Makarova 9.3 (2017): 619–627. DOI: 10.21821/2309-5180-2017-9-3-619-627.Bonci A. Robot Operating System 2 (ROS2)-Based Frameworks for Increasing Robot Autonomy: A Survey / A. Bonci, F. Gaudeni, M. C. Giannini, S. Longhi // Applied Sciences. — 2023. — Vol. 13. — Is. 23. DOI: 10.3390/app132312796.Bonci, A., F. Gaudeni, M. C. Giannini and S. Longhi. “Robot Operating System 2 (ROS2)-Based Frameworks for Increasing Robot Autonomy: A Survey.” Applied Sciences 13.23 (2023). DOI: 10.3390/app132312796.Пушкарев И. И. Система управления движением и расхождением безэкипажного судна в соответствии c МППСС‑72 / И. И. Пушкарев // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова. — 2022. — Т. 14. — № 6. — С. 837–848. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-6-837-848. — EDN BRZDXO.Pushkarev, I. I. “A control system for movement and divergence of unmanned ship according to COLREG.” Vestnik gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota im. admirala S. O. Makarova 14.6 (2022): 837–848. DOI: 10.21821/2309-5180-2022-14-6-837-848.Julier S. J. Unscented filtering and nonlinear estimation / S. J. Julier, J. K. Uhlmann // Proceedings of the IEEE. — 2004. — Vol. 92. — Is. 3. — Pp. 401–422. DOI: 10.1109/JPROC.2003.823141.Julier, S. J. and J. K. Uhlmann. “Unscented filtering and nonlinear estimation.” Proceedings of the IEEE 92.3 (2004): 401–422. DOI: 10.1109/JPROC.2003.823141.Moore T. A Generalized Extended Kalman Filter Implementation for the Robot Operating System / T. Moore, D. Stouch // Intelligent Autonomous Systems 13 — Springer International Publishing, 2016. — С. 335–348.Moore, T. and D. Stouch. “A Generalized Extended Kalman Filter Implementation for the Robot Operating System.” Intelligent Autonomous Systems 13Springer International Publishing, 2016: 335–348.Fedorenko R. Local and Global Motion Planning for Unmanned Surface Vehicle / R. Fedorenko, B. Gurenko // MATEC Web of Conferences. — 2016. — Vol. 42. — Pp. 01005. DOI: 10.1051/matecconf/20164201005.Fedorenko, R. and B. Gurenko. “Local and Global Motion Planning for Unmanned Surface Vehicle.” MATEC Web of Conferences 42 (2016): 01005. DOI: 10.1051/matecconf/20164201005.Alsadik B. The Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)-An Overview_2021 / B. Alsadik, S. Karam // Journal of Applied Science and Technology Trends. — 2021. — Vol. 2. — Is. 02. — Pp. 147–158. DOI: 10.38094/jastt204117.Alsadik, B. and S. Karam. “The Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)-An Overview_2021.” Journal of Applied Science and Technology Trends 2.02 (2021): 147–158. DOI: 10.38094/jastt204117.Hu S. Path Planning of an Unmanned Surface Vessel Based on the Improved A-Star and Dynamic Window Method / S. Hu, S. Tian, J. Zhao, R. Shen // Journal of Marine Science and Engineering. — 2023. — Vol. 11. — Is. 5. DOI: 10.3390/jmse11051060.Hu, S., S. Tian, J. Zhao and R. Shen. “Path Planning of an Unmanned Surface Vessel Based on the Improved A-Star and Dynamic Window Method.” Journal of Marine Science and Engineering 11.5 (2023). DOI: 10.3390/jmse11051060.Belsare K. Micro-ROS / K. Belsare, A. C. Rodriguez, P. G. Sanchez, J. Hierro, T. Kolcon, R. Lange, I. Lutkebohle, A. Malki, J. M. Losa, F. Melendez, M. M. Rodriguez, A. Nordmann, J. Staschulat, J. von Mendel // Robot Operating System (ROS): The Complete Reference (Volume 7) — Springer International Publishing, 2023. — С. 3–55 DOI: 10.1007/978-3-031-09062-2_2.Belsare, K. et al. “Micro-ROS.” Robot Operating System (ROS): The Complete Reference (Volume 7) Springer International Publishing, 2023: 3–55. DOI: 10.1007/978–3–031–09062–2_2.Смоленцев С. В. Алгоритм анализа данных автоматической идентификационной системы для выделения типовых сценариев расждения судов и тестирования систем автономного судовождения / С. В. Смоленцев, А. А. Буцанец [и др.] // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. — 2024. — Т. 18. — № 3. — С. 50–59. DOI: 10.36724/2072-8735-2024-18-3-50-59. — EDN TYZNSI.Smolentsev, S. V. et al. “Algorithm for analyzing the automatic identification system data to identify typical scenarios for vessel divergence and testing the systems of autonomous shipping.” T-Comm 18.3 (2024): 50–59. DOI: 10.36724/2072-8735-2024-18-3-50-59.Lu Y. Fusion of Camera-based Vessel Detection and AIS for Maritime Surveillance / Y. Lu, H. Ma, E. Smart, B. Vuksanovic, J. Chiverton, S. R. Prabhu, M. Glaister, E. Dunston, C. Hancock // 2021 26th International Conference on Automation and Computing (ICAC) 2021. — С. 1–6. DOI: 10.23919/ICAC50006.2021.9594203.Lu, Y., C. Hancock, et al. “Fusion of Camera-based Vessel Detection and AIS for Maritime Surveillance.” 2021 26th International Conference on Automation and Computing (ICAC)2021: 1–6. DOI: 10.23919/ ICAC50006.2021.9594203.Wang M. Fusion Detection Algorithm of Maritime Radar and Electro-Optical Pod for Complex Sea Conditions / M. Wang, Q. Wang, Y. Wang, Z. Li, S. Shao, Y. Zhou // 2023 5th International Conference on Intelligent Control, Measurement and Signal Processing (ICMSP) 2023. — С. 1204–1209 DOI: 10.1109/ICMSP58539.2023.10170950.Wang, M. et al. “Fusion Detection Algorithm of Maritime Radar and Electro-Optical Pod for Complex Sea Conditions.” 2023 5th International Conference on Intelligent Control, Measurement and Signal Processing (ICMSP)2023: 1204–1209. DOI: 10.1109/ICMSP58539.2023.10170950.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.