LOTUSim-Energy: A Maritime Simulator for Human-Drone Interaction in Autonomous Offshore Operation \& Maintenance
作者: Juliette Grosset, Marie Dubromel, Hélène Lechêne, Quentin Arzel, Cédric Buche
分类: cs.RO
发布日期: 2026-09-15
期刊: AQ${}^2$UASIM-V2: Advancing Quantitative and QUAlitative SIMulators for marine applications Workshop, at the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Oct 2026, Pittsburgh, PA, USA, France
💡 一句话要点
提出LOTUSim-Energy以解决海上无人机协作维护问题
🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 海洋模拟 无人机协作 实时监测 人机交互 能量感知
📋 核心要点
- 现有海上维护方法在多领域无人机协作中面临环境因素影响和人机交互效率低下的挑战。
- LOTUSim-Energy通过统一异构无人车辆和环境因素模拟，提供沉浸式用户界面，提升人机协作效率。
- 在多领域检查场景中，系统展示了集成插件的可靠性，实时能量监测下的性能显著提升。
📝 摘要（中文）
海上维护需要在空中、表面和水下领域进行操作，并包括人类监督。本文提出了LOTUSim-Energy，一个实时海洋模拟器，旨在实现多领域人机协作的无人机交互。该平台统一了异构无人车辆（无人机、无人水面车辆、自动化水下车辆和遥控车辆），并通过分布式架构结合环境因素（风、波浪、洋流），提供沉浸式用户界面以进行监督。结构化的海上任务库使得在现实气象条件下对自主系统的评估变得可重复。模拟器支持真实物理、能量感知电池建模和故障检测管道作为模块化验证工具。系统级性能在多领域检查场景中得以展示，评估了集成航点跟随插件和基于自动识别系统（AIS）的轨迹跟踪在实时能量监测下的可靠性。
🔬 方法详解
问题定义：论文要解决的具体问题是如何在复杂的海洋环境中实现高效的无人机协作维护。现有方法在处理多种环境因素和无人机协作时存在效率低下和可靠性不足的痛点。
核心思路：论文的核心解决思路是构建一个实时的海洋模拟器LOTUSim-Energy，能够统一模拟多种无人车辆，并结合环境因素进行实时监控和人机交互。这样的设计旨在提升海上操作的安全性和效率。
技术框架：整体架构包括环境因素模拟模块、异构无人车辆模拟模块、用户界面模块和任务库模块。环境因素模块模拟风、波浪和洋流，车辆模块支持无人机、无人水面车辆和水下车辆的协同工作，用户界面则提供沉浸式体验。
关键创新：最重要的技术创新点在于将多种无人车辆的模拟与环境因素的实时监测相结合，形成一个统一的测试平台。这与现有方法的本质区别在于其高度的集成性和实时性。
关键设计：关键设计包括能量感知电池模型的实现、故障检测管道的构建，以及用户界面的沉浸式设计。这些设计确保了系统在复杂环境下的可靠性和用户的操作便利性。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，在多领域检查场景中，集成的航点跟随插件和AIS轨迹跟踪在实时能量监测下的可靠性显著提升，具体性能数据未详细披露，但整体效率和安全性均有明显改善。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括海洋工程、无人机维护和海洋环境监测等。通过提升无人机在海上操作的效率和安全性，LOTUSim-Energy为未来的海洋作业提供了重要的技术支持，具有显著的实际价值和影响。
📄 摘要（原文）
Offshore maintenance requires operations in the air, the surface, and the subsea domain and include human supervision. This paper presents LOTUSim-Energy, a real-time maritime simulator designed for multi-domain human--drone interaction for offshore operation and maintenance. The plat- form unifies heterogeneous unmanned vehicles (Unmanned Aerial Vehicles: UAVs, Unmanned Surface Vehicles: USVs, Autonomous Underwater Vehicles: AUVs, Remotely Operated Vehicles: ROVs) within a distributed architecture coupling environment forcing (wind, waves, currents) and provides immersive user interfaces for supervision (desktop and virtual reality). A structured offshore task library enables repeatable evaluation of autonomy stacks under realistic metocean disturbances. The simulator supports realistic physics, energy-aware battery modeling, and fault-detection pipelines as modular validation tools. System-level performance is demonstrated on a multi-domain inspection scenario for monopile and transition piece structure, where we evaluate the reliability of integrated waypoint-follower plugin and Automatic Identification System (AIS)-referenced trajectory tracking under real-time energy monitoring. By combining unified environmental physics, heterogeneous vehicle simulation, and immersive supervision, LOTUSim-Energy provides an integration testbed for prototyping and rehearsing offshore human--robot collaboration workflows, as a step toward de-risking sea deployment.