Digital twin of a maneuvering ship: real-time estimation of drift and resistance coefficients based on ship motion and rudder and propeller commands (2023)
- Authors:
- Autor USP: SASAKI, HUMBERTO AKIRA UEHARA - EP
- Unidade: EP
- Sigla do Departamento: PMR
- Subjects: DINÂMICA; NAVIOS; FILTROS DE KALMAN
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: O presente trabalho aborda o problema de modelagem referente às etapas iniciais de uma implementação de um Gêmeo Digital (DT) de um navio em manobras, mais especificamente se concentrando em estimar em tempo real os principais coeficientes hidrodinâmicos de uma embarcação - os coeficientes de deriva e resistência. O procedimento consiste em duas etapas distintas: uma se referindo à navegação em alto mar e a outra em águas restritas ou portuárias. Em ambos, o método escolhido se deu através do Filtro de Kalman em sua versão Unscented (UKF), cujas medições são os movimentos obtidos por GNSS, Girocompasso e IMU e as entradas, os comandos para o propulsor e o leme. Uma prova de conceito foi testada em um ambiente simulado chamado pyDyna - um simulador de manobras implementado em Python embasado no modelo matemático adotado no Centro de Simulação de Manobras do Tanque de Provas Numérico da Universidade de São Paulo (TPN-USP). Dados de sensores de movimento foram emulados ao acrescentar um ruído branco Gaussiano nos valores advindos em tempo real do simulador, visando uma melhor representação de um cenário prático com medições imperfeitas. Resultados obtidos se mostraram com relativa boa aderência e baixo custo computacional, possivelmente apresentando o método como um conveniente avaliador preliminar de parâmetros até outros métodos de melhor acurácia e dispendiosos como CFD serem executados (pelo menos para um dos parâmetros hidrodinâmicos no estado atual deste trabalho). Não obstante, além de se obter uma implementação prática de DT, outros problemas devem ser estudados, como design da arquitetura, rede de comunicação, motivação da digitalização, etc., assuntos que não serão abordados aqui. Ao invés disso, este trabalho se concentrou em desenvolver um modelo geral desistema coerente, que almeja ser um pilar para futuras implementações de DT. Alguns exemplos que podem eventualmente implementar essa tecnologia são: análise de performance devida à degradação do casco, leme ou propulsor; auxílio na tomada de decisão para manutenções programadas e até monitoramento remoto.
- Imprenta:
- Data da defesa: 16.05.2023
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ABNT
SASAKI, Humberto Akira Uehara. Digital twin of a maneuvering ship: real-time estimation of drift and resistance coefficients based on ship motion and rudder and propeller commands. 2023. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2023. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03012024-100348/pt-br.php. Acesso em: 10 fev. 2026. -
APA
Sasaki, H. A. U. (2023). Digital twin of a maneuvering ship: real-time estimation of drift and resistance coefficients based on ship motion and rudder and propeller commands (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03012024-100348/pt-br.php -
NLM
Sasaki HAU. Digital twin of a maneuvering ship: real-time estimation of drift and resistance coefficients based on ship motion and rudder and propeller commands [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03012024-100348/pt-br.php -
Vancouver
Sasaki HAU. Digital twin of a maneuvering ship: real-time estimation of drift and resistance coefficients based on ship motion and rudder and propeller commands [Internet]. 2023 ;[citado 2026 fev. 10 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03012024-100348/pt-br.php
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