Bearbeiter:

Youjun Yang
Dr.-Ing. Guillermo Chillcce

Betreuer:

Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar

Förderung:

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Projektträger:

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Projektpartner:

• Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme (DST)

• Lehrstuhl für Mechatronik
  Universität Duisburg-Essen

• Lehrstuhl Steuerung, Regelung und Systemdynamik
  Universität Duisburg-Essen

• Rheinisch-Westfälisch Technische Hochschule Aachen (RWTH)

• Argonics GmbH

• Bundesanstalt für Wasserbau (BAW)

• Ingenieurbüro Kauppert

• Innovative navigation GmbH

• Rhenus Partnership

Im Rahmen dieses Projektes werden Methoden zur Fernsteuerung von Schiffen sowie Assistenzsysteme für die ferngesteuerte Schiffsführung entwickelt, validiert und implementiert. Ein landseitiger Steuerstand wird konzipiert, der über die erforderlichen Schnittstellen zu dem ferngesteuerten Schiff, Bedienelemente und Benutzeroberflächen verfügt. Für die Entwicklungsarbeiten werden sowohl ein reales Testschiff als auch ein digitaler Zwilling des Testschiffes verwendet. Das Testschiff wird mit Sensorik zur Messung des Bewegungsverhaltens und des Betriebszustands ausgestattet. Für Funktionstests und die Entwicklung der einzelnen Komponenten der Fernsteuerung sowie zum Training von Schiffsführungspersonal wird ein digitaler Zwilling des Testschiffes entwickelt. Dieser bildet im landseitigen Steuerstand das Fahrverhalten des Testschiffes originalgetreu ab. Es werden mathematische Modelle zur Vorhersage des Manövrierverhaltens von Schiffen weiterentwickelt, die zur Berechnung der Bahn des Testschiffes im digitalen Zwilling sowie zur Prognose der Bahnen der Schiffe in der Umgebung erforderlich sind. Die Bahnen der Schiffe in der Umgebung werden von zu entwickelnden Assistenzsystemen prognostiziert, um mögliche Kollisionen zu erkennen und die nutzbare Fahrrinnenbreite des Testschiffs zu berechnen. Für die Prognose des Fahrverhaltens der anderen Schiffe werden unterschiedliche Methoden entwickelt und fusioniert, um eine möglichst hohe Sicherheit zu gewährleisten. Dafür werden u.a. Methoden zur indirekten Systemidentifikation des Manövrierverhaltens aus AIS-Daten entwickelt. Das Teilvorhaben beinhaltet die gezielte Untersuchung, Bewertung und Optimierung der Mensch-Maschine-Interaktion sowie der Arbeitsabläufe. Die Entwicklungen werden virtuell und am realen Schiff getestet und in Abschlusstests geprüft.

Barbeitet von:

Björn Wierczoch
Jörn Linde

Betreut durch:

Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Prof. Bettar el Moctar

Förderung:​

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Projektträger:

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Projektpartner:

• Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V.

• Lehrstuhl für Mechatronik
  Universität Duisburg-Essen

• Lehrstuhl für Steuerung, Regelung und Systemdynamik
  Universität Duisburg-Essen

• Rheinisch-Westfälisch Technische Hochschule Aachen (RWTH)

Assozierte Partner:

• Zentralkommission für die Rheinschifffahrt
• Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft

Die Automatisierung möglichst vieler bislang durch die Besatzung durchgeführter Prozesse wird als ein zukunftsorientierter Ansatz zur Bewältigung des Fachkräftemangels und zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Binnenschifffahrt wahrgenommen. Im Mittelpunkt der aktuellen Entwicklungen stehen Systeme für die autonome Schiffsführung sowie die Fernüberwachung und Fernsteuerung. Analog zu anderen Verkehrsträgern ergeben sich somit Fragen nach den rechtlichen Rahmenbedingungen für den Einsatz von Systemen für das autonome Fahren und der Gewährleistung der Sicherheit. In diesem Kontext werden in dem Verbundvorhaben SAFEBin die Grundlagen für die Risikobewertung von Systemen für die automatisierte Schiffsführung auf Binnenschiffen im Hinblick auf deren Zusammenwirken mit dem Gesamtsystem entwickelt. Wesentliche Voraussetzung dafür ist eine detaillierte Bestandsaufnahme und Analyse des aktuellen Sicherheitsniveaus als Referenzrahmen. Im Weiteren werden bewährte Methoden für die Risikobewertung und den Nachweis funktionaler Sicherheit für die (teil-)automatisierte Schiffsführung in der Binnenschifffahrt adaptiert und beispielhaft angewendet. Das Hauptaugenmerk wird dabei auf Systeme der Automatisierungsstufen 3 und 4 gelegt, in denen der menschlichen Schiffsführung mindestens zeitweise und als Rückfallebene eine wichtige Funktion zukommt. Anschließend werden die Grundlagen für eine vorausschauende automatisierte Bewertung des situativen Risikos geschaffen. Diese Arbeiten bilden die Basis für die abschließende Entwicklung von Standards und Vorschlägen zur Anpassung und Weiterentwicklung von Vorschriften und Regularien im Themengebiet der automatisierten Binnenschifffahrt.

Bearbeiter:

Kathrin Donandt

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Dirk Söffker
Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Dr.-Ing., Michael Schröder (BAW)
Prof. Dr.-Ing. Bettar el Moctar

Förderung:

Projektpartner:

• Bundesanstalt für Wasserbau

Aufgrund der verhältnismäßig hohen Verkehrsdichte und der Manövriervorgänge auf engen Wasserstraßen ist eine möglichst genaue Vorhersage des Manövrierverhaltens von Schiffen zur Optimierung des Verkehrs auch im Zusammenhang mit der Entwicklung von Fahrassistenzsystemen unabdingbar. Im Projekt soll die Prognose der Bewegung und des Raumbedarfs der an einer gegebenen Verkehrssituation beteiligten Schiffe iterativ in zwei Schritten erfolgen: Zunächst werden mithilfe einer mit AIS-Daten trainierten künstlichen Intelligenz die Trajektorien der Schiffe ermittelt, für die dann in einem zweiten Schritt mit einem Manövriermodell die jeweiligen Fahrspurbreiten der Flussabschnitte ermittelt werden. Das wesentliche Projektziel besteht demnach darin, kollisionsfreie Schiffstrajektorien unter Berücksichtigung des prognostizierten Verhaltens beteiligter Verkehrsteilnehmer durch eine mit AIS-Daten trainierte künstliche Intelligenz zu ermitteln.