Sichere, effiziente, umweltfreundliche Binnenschifffahrt

Digitalisierung und Automatisierung eröffnen vielfältige Potenziale.

„Mit unserer Forschung auf dem Gebiet der Digitalisierung und Automatisierung in der Binnenschifffahrt wollen wir einen Beitrag leisten, um die Schifffahrt sicherer, effizienter und umweltfreundlicher zu machen. Externe Schiffsführer bestätigen uns regelmäßig, dass das nautische Verhalten unserer virtuellen Schiffe dem ihrer realen Schiffe sehr nahekommt. Damit sind wir in der Lage, den Human Factor in unserer Projektarbeit realitätsnah zu berücksichtigen.“ (Prof. Dr.-Ing. Christoph Heinzelmann, BAW).

Digitalisierung und Automatisierung in der Binnenschifffahrt bieten vielfältige Potenziale. Bereits seit mehr als 10 Jahren ist der Binnenschiffsführungssimulator der BAW ein für fahrdynamische Untersuchungen unverzichtbares Werkzeug, das in dieser Zeit ständig weiterentwickelt wurde.

Die Schleusenfahrt beschleunigen und sicherer machen:
Im Projekt „SCIPPPER“ ist die BAW u. a. an der Entwicklung eines Schleusenassistenzsystems beteiligt, dessen Ziel darin besteht, die Schleusenfahrt zu automatisieren. Damit sollen Schleusungen beschleunigt, Kollisionen vermieden und die Schiffsbesatzung entlastet werden. Aufgabe der BAW ist es, den Prozess der automatisierten Schleusung in diversen Szenarien am Schiffsführungssimulator zu testen. Hierzu werden Schiffsführer virtuelle Schiffe unter verschiedensten Randbedingungen mit und ohne Assistenzsystem durch die Testreviere steuern. Auf diese Weise sollen die Funktionen des von den Projektpartnern entwickelten Reglers und der Mensch-Maschine-Schnittstelle validiert werden, bevor die Installation auf einem realen Schiff vorgenommen wird.

Staus vor den Schleusen vermeiden:
Ziel des Projektes „Intelligente Schleusenzulaufsteuerung“ ist es, entlang von Schleusenketten Wartezeiten der Schiffe vor den Schleusen zu reduzieren, Treibstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu senken sowie Schleusungswasser zu sparen. Ein Managementsystem soll das Schleusenpersonal dabei unterstützen, die Ankunftszeiten der Schiffe an den Schleusen realistisch abzuschätzen und zu optimieren. Neue Technologien, wie z. B. der Einsatz künstlicher Intelligenz, sollen helfen, neben fahrdynamischen Einflüssen auf die Ankunftszeit auch „weiche“ Faktoren, wie z. B. das spezifische Fahrverhalten des Schiffsführers zu berücksichtigen. Bereits seit 2017 findet ein Pilotbetrieb an der Donau statt, der gegenwärtig optimiert und auf den Main-Donau-Kanal alsgedehnt wird. Weitere Pilotanwendungen sollen am Wesel-Dattel-Kanal sowie am Elbe-Seiten-Kanal folgen.

Treibstoffbedarf und Luftschadstoffemissionen durch energieeffiziente Routenplanung reduzieren:
Im Rahmen des EU-Vorhabens PROMINENT war ein Assistenzsystem zu entwickeln, das dem Schiffsführer Hinweise gibt, wie er sein Fahrziel termingerecht sowie treibstoffsparend und emissionsmindernd erreichen kann. Hierzu werden neben Motor- und Verbrauchsdaten der Schiffe auch Informationen zu Sohlenhöhen und Strömungsgeschwindigkeiten für den zu befahrenden Wasserstraßenabschnitt benötigt. Aufgabe der BAW war es, einzelne Binnenschiffe mit Sensortechnik zur Erfassung von Position, Wassertiefe und Strömung sowie von Motor- und Verbrauchsdaten auszurüsten, die Messdaten im laufenden Schiffsbetrieb zu erfassen und an einen zentralen Server zu übermitteln. Derartige Daten könnten künftig auch anderen Schiffsführern für eine energieeffiziente Routenplanung zur Verfügung gestellt werden.

Dem Fachkräftemangel in der Binnenschifffahrt entgegenwirken:
Die Automatisierung in der Binnenschifffahrt bietet perspektivisch die Möglichkeit, durch Personaleinsparungen das Problem von fehlenden nautischen Nachwuchskräften zu lösen. In dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „Ferngesteuertes, koordiniertes Fahren in der Binnenschifffahrt“ sollen die Voraussetzungen geschaffen werden, um Binnenschiffe von einer Leitstelle an Land zu steuern. Damit kann die Attraktivität des Berufs des Binnenschiffers erhöht werden. Neue Logistikkonzepte sind möglich, die die Konkurrenzfähigkeit der Schifffahrt gegenüber LKW und Bahn verbessern. Auch die Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs werden erhöht: zum einen durch teilweise Automatisierung, zum anderen durch permanente Analyse des aktuellen Verkehrsgeschehens, um kritische Situationen zu vermeiden.

In diesem kürzlich gestarteten Verbundprojekt ist die BAW auf vielfältige Art und Weise beteiligt: Über einen Internetdienst (Webservice) wird die BAW verlässliche Infra-strukturdaten, wie Wassertiefen und Fließgeschwindigkeiten, bereitstellen, die für eine sichere Steuerung der Binnenschiffe aus der Leitstelle benötigt werden. Die von der BAW aus dem Projekt PROMINENT mit Sensortechnik ausgerüsteten Schiffe sollen weiterhin als Messplattformen genutzt werden, um fahrdynamische sowie gewässerbezogene Daten zu erfassen. Schließlich errechnet die BAW mit Hilfe fahrdynamischer Modelle und mit Methoden des maschinellen Lernens (künstliche Intelligenz) den zu erwartenden Kurs der am Verkehrsgeschehen beteiligten Schiffe. Damit leistet das Projekt wichtige Vorarbeiten für künftig gänzlich autonom fahrende Binnenschiffe.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Michael Schröder
michael.schroeder@baw.de

http://www.baw.de/