GALILEOnautic 2: Versuche im Hafen Rostock
GALILEOnautic 2: RWTH Aachen erprobt Navigation und Umgebungswahrnehmung für autonome Schifffahrt
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Im Forschungsprojekt GALILEOnautic 2 wird wissenschaftlich untersucht und erprobt, wie eine automatisierte Schifffahrt der Zukunft gelingen kann. Dazu entwickeln Forscher der RWTH Aachen Ansätze zur hochgenauen Navigation und zur automatischen Erkennung der Umgebung sowie der momentanen Verkehrslage. Diese beiden Forschungsthemen stellen allerdings nur zwei Bausteine von einem ganzen Forschungspaket dar, das notwendig ist, damit autonome Schiffe sicher und Energie-effizient fahren können. Daher wird unser Förderprojekt GALILEOnautic 2 auch gemeinsam von sieben Projektpartnern umgesetzt: Die RWTH Aachen ist verantwortlich für die Projektkoordination und entwickelt Ansätze zur hochgenauen, maritimen Lokalisierung sowie zur Umgebungserkennung, die Universität Bremen entwickelt Methoden für eine vernetzte Fahroptimierung, die Universität Rostock ist verantwortlich für eine fehlertolerante Schiffsregelung inklusive umfangreicher Systemüberwachungsfunktionen, die Hochschule Wismar entwickelt ein Automatisierungslevel-übergreifendes Assistenzsystem für die Schiffsführung, die erforderliche sichere Datenübertragung wird durch die CGI Deutschland B.V. & Co. KG sichergestellt und die Raytheon Anschütz GmbH überführt die Entwicklungen in ein Schiffsbrückensystem. Der Projektpartner TRENZ GmbH überträgt die Forschungsergebnisse in ein bestehendes Lotsassistenzsystem, um Hafenlotsungen in engen Fahrwassern weiterhin sicher durchführen zu können.
Um die hochgesteckten Projektziele zu erreichen, sind neben intensiven Forschungsarbeiten auch umfangreiche Erprobungen auf realen Versuchsträgern in ihrer jeweiligen Hafenumgebung notwendig. Dazu fanden im Juni, Juli und August 2021 umfangreiche Tests mit dem Forschungsschiff DENEB des Bundesamts für Seeschifffahrt und Hydrographie im Hafen Rostock statt. Großes Ziel hierbei war das automatisierte Manövrieren des Schiffs, ohne dass der Kapitän eingreifen musste. Dazu war es notwendig, dass Technik und Sensorik perfekt mit den entwickelten Algorithmen zusammenspielten. „Die DENEB bietet alle notwendigen Schnittstellen, um aus den umfangreichen Sensordaten die entsprechenden Stellbefehle zu erzeugen und diese anschließend über die Antriebseinheiten des Schiffs in die Tat umzusetzen.“, erklärt Jan-Jöran Gehrt, Gesamtprojektleiter in GALILEOnautic 2. „Damit sind wir auf dem besten Weg, dass die DENEB das erste vollautomatisierte Schiff Deutschlands wird.“
Jeder praktische Versuch erforderte akribische Vorbereitung und war nur durch die engagierte Zusammenarbeit aller Projektpartner, dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie und der DENEB-Besatzung möglich. Ganze fünf Stunden dauerte die Montage und Installation aller Technik auf dem Schiff, bis der Steuercontainer, der im Förderprojekt ACTRESS entworfen wurde, auf dem Heck der DENEB einsatzbereit war. Von diesem Container aus konnte die Automatisierung gestartet, überwacht und ausgewertet werden, während der Kapitän alle Vorgänge auch weiterhin von der Schiffsbrücke aus im Auge behalten und notfalls eingreifen konnte. „Vor allem die Datenübertragung und Geräteplatzierung auf einem Schiff muss genaustens überdacht und geplant sein.“, so der Einsatzleiter der DENEB. „Beispielsweise sind die Ethernet-Kabel über 50 Meter lang und reichen vom Bug bis zum Heck der 54 Meter langen DENEB. Da darf keiner über die Kabel stolpern und gefährdet werden.“
Die Erprobung war ein voller Erfolg. Aus Aachener Sicht konnten die Ansätze zur Lokalisierung im Sub-Dezimeterbereich und zur Umgebungswahrnehmung erfolgreich getestet werden. Die hochgenaue Lokalisierung ist generell notwendig, um jederzeit genau zu wissen, wo exakt sich das Schiff befindet und wie es ausgerichtet ist. Nur so können Kollisionen und Havarien vermieden werden. Die Umgebungswahrnehmung wiederum ist wichtig, um die aktuelle Verkehrslage, andere Schiffe, Hindernisse und die Pier zu erkennen. „Mit unserer hochgenauen Navigationslösung im Sub-Dezimeterbereich sind wir in der Lage, das Schiff exakt zu bewegen. Damit es sicher wird, benötigt das System allerdings weitere Sensoren zur Umgebungserkennung.“, erklärt Jiaying Lin, Doktorandin am Institut für Regelungstechnik der RWTH Aachen. „Das sind quasi die Augen der automatisierten DENEB. Je genauer das Schiff seine Umgebung sieht, umso sicherer kann es sich automatisiert bewegen.“
Aktuell bereitet sich das Konsortium auf den Projektabschluss vor, der mit einer großen, digitalen Abschlussveranstaltung am 14. September geplant ist. Weiteren Informationen dazu finden sich im Internet unter http://galileo-nautic.de/.
Vorher gibt es allerdings noch jede Menge zu tun: Beispielsweise wird ein vernetztes Szenario umgesetzt, bei dem automatisierte Wasserfahrzeuge der Universität Rostock, ausgestattet mit umfangreicher Messsensorik und Intelligenz, Daten austauschen und eine kooperative Verkehrslagenerkennung vornehmen. Dazu tauschen die Fahrzeuge Ihre Navigations- und Umgebungsinformationen über eine Cloud aus und ergänzen Ihr momentanes Lagebild gegenseitig. Perspektivisch sollen so zukünftig auch kooperative Manöver möglich werden, bei dem ein zentraler Rechner eine kollisionsfreie Manöverplanung für alle Schiffe berechnet inklusive echtzeitfähiger Seeraumüberwachung. Insgesamt gibt das Projekt einen sehr interessanten Ausblick darauf, wie man sich einen intelligenten Hafen in Zukunft vorstellen kann: miteinander vernetzte Schiffe manövrieren sicher und effizient miteinander, während die Besatzung beispielsweise das Abladen vorbereitet oder das Schiff generell ohne Besatzung operiert und lediglich von Land aus überwacht wird.
Danksagung
GALILEOnautic 2 wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Unser Dank gilt ebenfalls der Deutschen Raumfahrtagentur innerhalb des Zentrums für Luft- und Raumfahrt, die das Projekt als Projektträger tatkräftig unterstützt und begleitet.