Innehållet i denna rapport är ett resultat av ett moment i utbildningen till Utvecklingsingenjör i Maskinteknik. Arbetet har skett genom ett samarbete mellan Linus Adolfsen, Kockums AB och Blekinge Tekniska Högskola. Rapporten behandlar i stort två moment, ett praktiskt och ett teoretiskt. Den första delen, den praktiska, gick ut på att finna en metod för att överbrygga steget från modell till verklighet på ett effektivt sätt. Detta resulterade i en egenutvecklad programvara som kan läsa in utdatafilen från Tribon (CAD programvara) och översätta detta till en programfil för Herber CNC 90 bockningsmaskin. Den andra delen är teoretisk och är en analys av verksamheten utifrån perspektivet att medge förtillverkning. Resultatet blev en analys av den berörda verksamheten med förslag på hur man ska åtgärda de problem och hinder som finns idag. Det gav även stort upphov till förslag på vidare studier.

This thesis addresses the problem of improving the delineation of skylines, also referred to as skyline detection, in occluded and challenging environments where existing skyline delineation methods may struggle or fail. Delineated skylines can be used in monocular camera localization methods by comparing delineated skylines to digital elevation model data to estimate a position based on known terrain. This is particularly useful in GPS-denied environments in which active sensing is either impractical or undesirable for various reasons, so that passive sensing using monocular cameras is necessary and/or strategically advantageous. This thesis presents a novel method of skyline delineation using deep learning-based semantic segmentation of monocular camera images to detect natural skylines of distant landscapes in the presence of occlusions. Skylines are extracted from semantic segmentation predictions as the boundary between pixel clusters labeled as terrain to those labeled as sky, with additional segmentation classes representing the known set of potential occlusions in a given environment. Additionally, each pixel in the detected skyline contours are assigned a confidence score based on local intensity gradients to reduce the potential impacts of erroneous skyline contours on position estimation. The utility of these delineated skylines is demonstrated by obtaining orientation and position estimates using existing methods of skyline-based localization. In these methods, the delineated natural skyline is compared to rendered skylines using digital elevation model data and the position estimate is obtained by finding the closest match. Results from the proposed skyline delineation method using semantic segmentation, with accompanying localization demonstration, is presented on two distinct data sets. The first is obtained from the Perseverance Rover operating in the Jezero Crater region of Mars, and the second is obtained from an uncrewed surface vessel operating in the Gulf of Koper, Slovenia. / Denna avhandling tar upp problemet med att förbättra avgränsningen av skylines, även kallad skylinedetektion, i tilltäppta och utmanande miljöer där befintliga skylineavgränsningsmetoder kan kämpa eller misslyckas. Avgränsade skylines kan användas i monokulära kameralokaliseringsmetoder genom att jämföra avgränsade skylines med digitala höjdmodelldata för att uppskatta en position baserat på känd terräng. Detta är särskilt användbart i GPS-nekas miljöer där aktiv avkänning är antingen opraktisk eller oönskad av olika skäl, så att passiv avkänning med användning av monokulära kameror är nödvändig och/eller strategiskt fördelaktig. Denna avhandling presenterar en ny metod för skylineavgränsning med användning av djupinlärningsbaserad semantisk segmentering av monokulära kamerabilder för att detektera naturliga skylines av avlägsna landskap i närvaro av ocklusioner. Horisonter extraheras från semantiska segmenteringsförutsägelser som gränsen mellan pixelkluster märkta som terräng till de märkta som himmel, med ytterligare segmenteringsklasser som representerar den kända uppsättningen potentiella ocklusioner i en given miljö. Dessutom tilldelas varje pixel i de detekterade skylinekonturerna ett konfidenspoäng baserat på lokala intensitetsgradienter för att minska den potentiella påverkan av felaktiga skylinekonturer på positionsuppskattning. Användbarheten av dessa avgränsade skylines demonstreras genom att erhålla orienterings- och positionsuppskattningar med hjälp av befintliga metoder för skylinebaserad lokalisering. I dessa metoder jämförs den avgränsade naturliga horisonten med renderade silhuetter med hjälp av digitala höjdmodelldata och positionsuppskattningen erhålls genom att hitta den närmaste matchningen. Resultat från den föreslagna metoden för skylineavgränsning med semantisk segmentering, med tillhörande lokaliseringsdemonstration, presenteras på två distinkta datamängder. Den första kommer från Perseverance Rover som verkar i Jezero Crater-regionen på Mars, och den andra erhålls från ett obemannat ytfartyg som verkar i Koperbukten, Slovenien.

To monitor and control maritime autonomous surface ships in a land­based remote operations centre leads to several advantages compared to today when a whole crew is needed on board. For example, less humans would be required to control the same amount of ships, less personnel would be required to live or stay on the ship for a longtime and risk being injured or die in accidents or storms. To facilitate and ease a remote operators work, a risk contour could be a valuable tool and utility. A risk contour is a visual tool on the user interface used by the remote operator and illustrates an area around the ship. When a risk contour collides with another objector another risk contour, a warning notifies the operator of a dangerous situation. In case the operator has multiple monitors, the warning informs the operator to focus on the concerned monitor and Maritime Autonomous Surface Ship (MASS). In this project, risk contours have been researched through a background study, literature study and a case study. In the case study the risk contours were tested in a simulation environment by experienced test persons in the field. The test data was analysed and the opinion of the testers were gathered through simulations and reviewed with questions. The data from the testing showed that the risk contour affected the tester by increasing their risk awareness by increasing distances to other objects or ships and made them act earlier in riskful situations. The feedback from the simulation and the interviews regarding the proposed risk contour was overwhelmingly positive. Understanding the risk contour and the changed risk contour in the different scenarios were highly rated on scales from the participants. The conclusions from the thesis were that wind and currents are the two most relevant factors when studying environmental factors affecting the position of a MASS. The conclusion about which mechanical system was the most relevant, and will affect the risk contour the most when the system has reduced function, was concluded to be the rudder. The study shows that the risk contour for the MASS should be directed towards the relative course over ground when affected by wind and currents. The study also shows that the risk contour should remain the same but be extended when the vesselis affected by reduced manoeuvring ability. Lastly, conclusions about the results from the case study, were that the risk contour both is useful and helpful for the participants. / Att övervaka marina autonoma ytfartyg i en landbaserad fjärroperationcentral och kontrollera dem medför många fördelar i stället för att som idag behöva en hel besättning ombord. Att ha en operatör som övervakar flera fartyg medför många fördelar. Till exempel skulle, färre antal personer krävas för att styra samma antal fartyg samt färre personal vara tvungna att bo på fartyget i långa perioder och riskera att skadas eller avlida i olyckor eller oväder. För att underlätta och stödja övervakning av autonoma ytfartyg kan en risk­-kontur vara ett verktyg och hjälpmedel. En risk-­kontur är ett visuellt verktyg för fjärroperatören och illustrerar ett område runt omkring skeppet. När en risk­kontur kolliderar med ett annat föremål eller en annan risk­kontur, varnas operatören. Om operatören har flera monitorer, ger varningen en indikation om vilken monitor som operatören bör fokusera på. I detta projekt har risk­-konturer undersökts genom en bakgrunds-­, en litteratur-och en fallstudie. Fallstudien bestod av intervjuer med ett antal experter som därutöver fick agera testpersoner i en simuleringsmiljö med risk-konturer. Datan ifråntestningen visade att risk­konturen påverkade testoperatören genom att öka deras riskmedvetenhet och öka avstånd till andra skepp samt agera tidigare i riskfyllda situationer. Feedbacken från simuleringen och den föreslagna formen på risk-­konturen var överväldigande positiv. Risk­-konturen var lätt att förstå och den förändrade risk-konturen i olika scenarier fick högt betyg från deltagarna. Slutsatserna blev att vind och strömmar är de två mest relevanta faktorer när man studerar miljöfaktorer som påverkar positionen för ett marint autonomt ytfartyg direkt. Slutsatsen om vilket mekaniskt system som är det mest relevanta och därför kommer att påverka risk­konturen mest när systemet har reducerad förmåga visade sig vara roder­systemet. Studien visar att risk­-konturen för fartyget bör vara i riktning med den relativa kursen över grund när fartyget påverkas av vind och strömmar. Dessutom visar studien att risk­-konturen ska förbli samma form men förlängas när fartyget påverkas av reducerad manövreringsförmåga. Slutligen var slutsatserna om resultaten från fallstudien att risk­konturen både är användbar och till hjälp för deltagarna.