Kandidatarbete: Segelbåtsoptimerare

[RoXa 0]

Vi är en grupp av tre studenter med en inte allt för hög grad av seglingsrutin men med ett stort intresse både för segling och datorer. I januari ska vi sätta igång med vårt kandidatarbete och tänkte dela med oss här allt efter som det går framåt med projektet. Alla gruppmedlemmar går tredje året på chalmers, inriktning civilingenjör -> automation & mekatronik och projektet görs vid institutionen signaler, sensorer & system.   

Målet är att konstruera ett enklare optimeringssystem bestående av givare som mäter fysikaliska storheter, någon typ av grafiskt interface samt en egenutvecklad optimeringsalgoritm. Optimeringen ska ske som en funktion med avseende på tiden.

Till en början ska ett sjökort projiceras ner på ett kartesiskt  koordinatsystem för att bestämma tillåtna zoner där det går att segla. Varje koordinat ska sen förses med de för stunden aktuella vektorvärdena som beskriver hur mycket och från vart det blåser. Koordinatsystemet stoppas sen in i en matris och en optimeringsalgoritm kommer att köras för att finna kortaste restiden genom koordinatsystemet.

Grundstenen i projektet ska vara att hålla ner kostnaden på slutprodukten. Dyra och fina system finns redan, det vore därför kul att se om det går att skapa ett OK system för en mindre peng. 

Vi har spånat på en del idéer och kommit fram till följande kriterielista:

* Fart över grund

* Fart genom vattnet

* Avdrift

* Vindhastighet

* Vindriktning

* Grafisk presentation av I/O

* Lättförståligt interface

* Ska känna av vart man inte kan segla (Öar, grund, strand osv)

 Vad tycker ni är grundläggande krav på en segelbåtsoptimerare? Hur exakta är dagens professionella taktikintrument och program?

All feedback är bra feedback!  

Senast ändrad av RoXa | 19 december 2010 | 19:10

[Peter_K 4 206]

Det är fortfarande ytterst få som använder den typen av taktiska system du nämner. Främst är det kappseglare som tar sitt seglande på mycket stort allvar som använder sådant. Anledningen är inte bara priset, utan att det faktiskt är rätt komplicerat att både hålla koll på kurs och trim på båten och verkligheten runt omkring, samtidigt som man försöker läsa av komplexa data på en skärm.

Något som påverkar den snabbaste vägen fär en segelbåt är ju också den båt man har, så för att det ska fungera måste systemet antingen generera ett polardiagram eller så måste det tas fram på annat sätt och matas in manuellt.

Jag hoppas ni kommer att få den feedback ni önskar!

[Thomas-1 311]

Blir lite nyfiken på hur sjökorts-koordinaterna ska förses med individuella vind-vektorvärden? Gäller det öppet hav och radiosända storskaliga väderrapports-data, eller möjligen småskalig skärgård med olika vindlä-förhållanden - där kanske nån sorts inbyggd topografi-karta i kombination med bara ombordmätt allmän genomsnittsvind beräkningsmässigt genererar aktuell detaljkarta (Det blåser ju exempelvis mindre bakom höga öar, och är de dessutom skogsbeklädda dämpas vinden riktigt rejält.) ??

Liten spånande off topic-fundering om en annorlunda inriktning på ert kandidatarbete med tanke på just specialiteten institutionen för signaler sensorer & system:
Hur vore det med sensorer* i alla mastens stag&skot (plus en under masten) som löpande sänder data över aktuell belastning. Förvisso riktigt krångligt/dyrt praktiskt med alla sensorerna, men ur dessa skulle väl många helt nya och intressanta mätartavlor kunna beräknas fram (krängande kraft, påskjutande kraft, seglenas hästkrafts-effekt etc)?
I kombination med gps-data, logg etc så skulle kanske rent av en sorts allmän väckarklocka kunna tas fram. (Tänker mig en sorts procentmätare som säger rorsman att nu sitter du allt och sover, att nu ligger du hela X procent under beräknad maxfart och pådrivande kraften är usla Y procent av beräknat maxvärde. Nåt sånt?)
Segelskolor, rika segel-nybörjare skulle kanske vara intresserade om priset kan hållas lågt nog?
Ingen jättemarknad där heller förmodar jag, men kanske iaf en kul nymodighet för ett kandidatarbete?
*) Speciella vantskruvar med inbyggda pressduktorer? som helst sänder belastningsgrad trådlöst, dito mastfots-trycklastavkännare föresvävar mig som en tänkbar förlängning om ni nångång i framtiden lyckas övertyga industrin??
Bara ytterligare en spånande fundering som sagt, förväntat svar finns ju redan eller omöjligt?       

Mvh Thomas

Senast ändrad av Thomas-1 | 20 december 2010 | 17:12

[pseudonym 1 167]

Varför uppfinna hjulet en gång till?

http://www.tasmanbaynav.co.nz/index.htm

http://www.tasmanbaynav.co.nz/about.htm  

[Peter_K 4 206]

Som det står i ursprungsinlägget:
Dyra och fina system finns redan, det vore därför kul att se om det går att skapa ett OK system för en mindre peng.
;-)

[Thomas-1 311]

Ha ha, ett möjligt förväntat svar som sagt  finns redan. Tack för det raska svaret, då var jag ju iaf inte helt fel ute rent funderingsmässigt, bara naivt allmänt ouppdaterad. Alltid något ?!
/ Thomas

Senast ändrad av Thomas-1 | 20 december 2010 | 17:41

[RoXa 0]

Mycket intressant!

Peter -

Vi siktar på att få till ett lättförståligt grafiskt interface på en pekskärm. Målet är att även en mindre rutinerad seglare ska kunna förstå systemet utan att först läsa en bok motsvarande bibeln för att våga starta apparaten.

Givetvis är varje båt unik och ett polardiagram till varje enskild båt kommer att behövas. Det ser vi inte som något större problem. En kalibrering av systemet kommer att krävas efter installation / nya segel, vilket kommer att ske genom att segla för olika vindar i ett visst antal riktningar. Alla riktningar och vindförhållande mellan dessa värden kommer att approximeras fram för att hålla svårighetsgraden på en rimlig nivå.

Thomas -

Till en början kommer ingen hänsyn tas överhuvudtaget till topologin i terrängen. När vi fått fart på vår optimeringsalgoritm ska detta område ses över på nytt. Vi kommer antagligen att göra någon form av matematisk manipulation av indata för att beräkna vindförhållandena runt öar med mera. Då vi ägnar oss åt mekatronik (mekanik elektronik = mekatronik) till vardags kommer vi till en början enbart att gå på den information vi kan mäta oss till ombord på båten. Senare kanske vi också syncar med någon väderupplysningskälla av något slag.             

Jag har funderat i liknande banor vad gäller sensorer runt masten. Det hade varit riktigt intressant att mäta direkt i riggen men tyvärr är budgeten inte obegränsad för ett kandidatarbete utan vi tvingas begränsa oss. Att få det hela till en kommersiell slutprodukt är i nuläget inte det viktiga utan detta kan ses som ett pilotprojekt. Jag personligen vill bygga en plattform med en CAN-bus (Den databus som körs i nästan alla moderna bilar idag) som bas. Då kan man modularisera hela systemet och vi kan haka på sensorer allt eftersom projektet växer. Vi får se vilket plattform som väljs till slut.

 Apropå vant. Hur stor förlängning kan man tänka sig att ett vant har vid max last i riggen? Är det så mycket som en cm på en tio meter mast? Är den inte allt för stor kanske det rent av skulle gå att detektera förlängningen med enkla (billiga) trådtöjningsgivare till en början i experimentationsfasen.

[toaen 510]

Från Seldéns skrift Råd och tips sid 29 har jag saxat nedanstående. www.seldenmast.com/frameset.cfm?id=6740&randnum=722702037

 

All 19-trådig rostfri wire töjer sig under belastning,
men återfår sin ursprungliga längd när den avlastas.
1 mm töjning per 2 m wire motsvarar 5% av brottlasten,
oberoende av wiredimension.

[Thomas-1 311]

Hur skulle bästa tänkbara taktikskärm se ut, funderar jag på? Är det tänkt att presentationen kan ske överlagrat på nån sjökortsbild?
Mitt enkla bildexempel är ju isf lättbegriplig, men är det just denna överblicks-info som är allra mest önskvärd??
(Tävlar aldrig - annat än sporadiskt vid vanlig turistsegling och då bara i allra största hemlighet - så jag tvingas ju att använda fantasin desto mer här.

Angående maststag-avkänning, en del av de horisontella krafterna leds väl direkt till mastfoten (pga maströrets styvhet)? En dyr sensor för framåt- respektive babord/styrbord-krafter kan nog undvikas genom avancerad baklängesräkning utifrån övriga stag, föreställer jag mig? Men med revade segel sänks ju segelcentrum, så nån sorts inputfaktor segelcentrum-höjd behöver nog införas?
Kanske kan systemet rent av lära sig även detta, och sas helt automatiskt upptäcka att nu har han ju tagit ett rev i storen etc??  (Nog svettigt värre att åstadkomma programmässigt, dessutom brukarvänligt, men det är väl i sin ordning när det gäller Chalmers? )

/ Thomas

Senast ändrad av Thomas-1 | 21 december 2010 | 16:29

[Finlir 0]

Att göra det enkelt är nog den största utmaningen ni har.

Jag har under några års tid deltagit i Virtuella kapseglingar. Vissa kappseglingssiter har inbyggda verktyg och i vissa fall har det med tiden utvecklats ett antal bra program för optimering. Här kommer mina två favoritverktyg. Det kanske kan vara till hjälp att kolla in dem.

En av de mest avanserade och fortfarande ganska lättanvända är VRTool. Programmet är gratis och kan det mesta som ni vill göra. Jag vet inte om det funkar i verkligheten eller bara i den virituella världen.

Ett annat bra program (som inte funkar just nu för tävlingen är slut) är SailingSimulator. http://sail.zezo.org.

Båda systemen utgår från PolarChart för aktuell båt. De hämtar riktig väderdata/prognos från GRIB. De hanterar havsseglingsberäkningar typ Storcirkel. I grunden fins en karta med områden där man kan segla och där man inte kan segla.

Rout Optimizion utgår från Väder, Polar och väderdata kvadrater samt punkerna i den planerade rutten. En hel sida om detta här: http://www.tecepe.com.br/nav/vrtool/routing.htm

Omar F Reis har skrivit programmet och det fins ett aktivt användarforum med mycket kunskap.

Men som sagt enkelhet är svårt

När det gäller enkelhet har Sailing Simulator bäst användargränssnitt i övrigt är VRTool kanon.

/Fredrik

[Gäst Kalman]

Tjena RoXa & Co.

Först och främst, jag är absolut inte tekningfientlig. Andvänder det som är adekvat och relevant och underlättar utan att ta över s.a.s.

....Sitter i min djup/långkölade segelbåt, bra kurs, bra vind. Känner i ryggen en kall fukt dragandes. Ruskar å mig och sträcker på mig och tar en titt runt horisonten. Det där molnet där borta ser konstigt ut. Å vattnet har bytt färg åt det hållet. Vågorn tycks vara längre men högre och på något vis som om det mojnade men seglen står för fullt och farten har nästan ökat en tiondels knop. Oron växer i magen. Kollar kortet. Tror att jag går in i viken på xyz-ön och brassar lite käk medan jag skall fundera på om det är kanske omslag i vädret. De har inte sagt någotpå SMHI. Ugrib filerna visar inget speciell heller. Skall visst vrida lite och öka.

---

--Jäsiken vad det blåser upp och virvlar runt, kan inte vinden bestämma sig?. Plötsligt blev vågorna korta och höga istället.  Nu drar det på från stadig ökande från ett och samma håll men jag  kan faktiskt sträckdra till xyz ön men tror inte jag tar in ett rev till. Båten känns ligga bra på något vis. Tror snarare att jag skall släcka på skotet och ta högre fart  och i värsta fall slå ett slag bakom ön innan jag kommer till min lilla vik.

---

Skönt att jag hann in och kastade ankar, lagat maten och käkat och nu har jag lagt ut en spring till land extra och dragit fast ankaret en extra gång så den sitter. Fabian vart kom det här ifrån?

Så här är det jag kan uppleva en situation Tala om för mig vilket optimeringssystem jag behöver? Det ni sysslar med är till för stressade folk som skall krama ut en tiondels knop utan att det brister i alla lägen. Men jag tror att de som seglar som jag är i majoritet.

En sak som ert system måste ta hänsyn till är förutom polardiagram för olika båtar är att de uppför sig väldigt olika i kombination vind och vågtyper. Att lägga in de parametrarna blir nästan omöjligt. Då måste progget special sys för just den båten.

Pratar vi om ett system för vanligt folk överhuvudtaget?

Vi är på en båt sajt. Men vet ni vad jag skulle vilja att någon uppfann och kunde montera i alla bilar för ett superlågt pris? Tänk skitig väg, snöslask, regn dålig sikt. Jag har bra däck, bra bil med bra vägegenskaper och utvilad rutinerad förare. Framför mig en osäker gubbe med hatt och slitna däck och igensmetad ruta och har noll koll på bilen, så han kör väldigt sakta. Nu måste jag bara om. Kunde jag ha ett automatiskt system: Gubben i blåa Golfen, jag ligger bakom dig i röda Volvon. Skall köra om dig. Är du beredd? Bara som ett exempel.

Samma sak för båtar. Passerar ett trångt ställe, ingen AIS, ingen radar, en del båtar ute, en del snabba motorbåtar med nyblivna båtägare ombord. Några vimsiga seglare, åsså JAG.: Hallåj, detta är segelbåten, den blåa, jag kommer att slå ett slag för att slippa starta motorn sedan är jag genom. Skall försöka inte korsa mer än nödvändigt. Okej? Tack!

Eller: Gubbbar, för att slippa slå ett slag och ni inte behöver vara osäkra på om jag skall gira, slå ett slag, så startar jag min motor, så gnäll inte över att jag seglar med motorn på snälla, det är för att underlätta för er. Okej.  Nu startar jag motorn. Blåa segelbåten klart över.

Fixa en ruskig enkel och billig! apparat som tillåter mig att kommunicera just på detta viset med vem som helst i närheten. Då kan vi snacka om säkerhet sedan. Varken mobil, VHF eller AIS hjälper i denna situation.

God Jul på er och lycka till.

Kalman

 

[vadeaux 0]

Kul projekt med många infallsvinklar.

Till att börja med bör man kanske specifiera målgrupp /användare. Redan från ovan framgår att seglare inte är någon enhetlig grupp. En jolleseglare på krysslänsbana behöver kanske bara en mojäng som piper när det är dags att slå medan en havskappseglare eller turistseglare vill ha en färdoptimerare där man tar hänsyn till hur vädersystem rör sig, land och grund m fl och vill se färdförslagen på bildskärm.

Till att börja med bestäm hur båten rör sig i förhållande till vind, kompasskurs och kurs över grund.  Polardiagram i all ära med vågor och turbulens gör att man sällan når polardiagrammets (teoretiska) förslag. Om man sedan har positionen för målet kan man sedan räkna ut när man ska slå, vilken Kk man ska hålla efter slaget osv. Man kan sedan räkna ut verkliga vindens riktning (om den ändrat sig) och korrigera för detta samt räkna om när man ska slå utgående från vindens  vridning. Man kan sedan lägga in taktikberäknngar där man tar hänsyn till risker för vindkantringar mm (jfr med vad som brukar kalllas för 15-gradersprincipen - man ska ligga inom en sektor /- 15 grader med målet rakt i lovart)  Man kan även göra löpande uppdateringar.

Om man sedan lägger in land och grund ökar komplexiteten och det kan finnas alternativa vägval. Man kan då inkludera att det finns mer turbulens i lä om öar, att vinden ofta föler sund etc. Det går att göra hur komplext som helst.

Till sist kommer det roligaste: Skaffa en båt och testa programmet.