Förderprojekt FernBin

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Ferngesteuertes, koordiniertes Fahren in der Binnenschifffahrt

 

Motivation

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Aktuelle Herausforderungen in der Binnenschifffahrt, wie beispielsweise der Mangel an Personal und der enorme Kostendruck durch Gütertransport auf der Straße, erfordern zukunftsorientierte Lösungsansätze. Ein vielversprechender Ansatz bietet die Fernsteuerung der Schiffe durch modernste Sensorik und Technik sowie ausgeklügelten Assistenzsystemen. Dadurch können sicher und vor allem zentral mehrere Schiffe gleichzeitig gesteuert werde. Im Teilprojekt der RWTH Aachen stehen hierfür die robuste Navigation und interaktive Trajektorienplanung zur Erhöhung des Automatisierungsgrades und Entlastung des Schiffsführers im Rahmen des Projektes „FernBin“ im Fokus.

 

Projektziele und Methoden

Projektziel ist die Entwicklung eines zuverlässigen Assistenzsystems zur sicheren und effizienten Führung von Binnenschiffen im Kontext eines ferngesteuerten Betriebs. Dazu setzt das Institut für Regelungstechnik der RWTH Aachen mit Hilfe eines Navigationsfilters bzw. einer Sensorfusion von Satellitensignalen und Inertialmessungen einen hochgenauen und robusten Lokalisierungsansatz für ein Binnenschiffdemonstrator um. Zusätzlich werden notwendige Integritätsprüfmethoden konzeptioniert, um Fehlerfälle bei der Sensorfusion rechtzeitig und zuverlässig identifizieren zu können. Die Ergebnisse des Navigationsfilters werden genutzt, um die zukünftige Bewegung des Binnenschiffs zu schätzen. Innerhalb eines Optimierungsalgorithmus kann damit berechnet werden, wie das Schiff optimalerweise und sicher gesteuert werden muss. Die aktuelle Verkehrslage, Wind- und Strömung sowie AIS-basierte Bewegungsinformationen werden hierbei berücksichtigt. Die Trajektorienplanung kann interaktiv durch den Schiffsführer beeinflusst werden, womit sichergestellt ist, dass menschliche Erfahrungswerte einfließen können. Sobald eine optimale Trajektorie zur Verfügung steht, wird diese mittels einer nichtlinearen Optimierung bezüglich äußerer Störungen und Sicherheit eingeregelt. Die Algorithmen der robusten Navigationslösung und die Assistenzfunktionen werden im ersten Schritt im Schiffssimulator des Entwicklungszentrums für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. (DST) validiert und später auf einem realen Versuchsträger mit allen Projektpartnern auf der Bundeswasserstraße „Dortmund-Ems-Kanal“ implementiert und demonstriert.

 

Innovationen und Perspektiven

Die robuste Trajektorienbestimmung und Trajektorienregelung eines solchen komplexen Systems unter Berücksichtigung von relevanten Störgrößen, aktueller Verkehrslage und vorhandenen Fahrwegeinschränkungen ist eine Herausforderung, für die es noch keine existente Lösung gibt. Ansätze zur Nutzung von Nahfeldsensorik in Kombination mit einem Navigationsfilter gibt es bereits. Allerdings ist die Anpassung dieser Ansätze auf ein Binnenschiff und die Berücksichtigung der Ansätze bei der Trajektorienbestimmung ein neuartiger Lösungsansatz.

 

Projektpartner

Assoziierte Partner

DST - Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. –Koordinator – Teilprojekt: Bausteine zum ferngesteuerten Fahren von Binnenschiffen RWTH Aachen, IRT - Institut für Regelungstechnik Teilprojekt: Sichere assistierte Schiffführung mit online Trajektorienplanung UDE - Universität Duisburg-Essen Teilprojekt: Fernsteuerung von Binnenschiffen auf der Basis von physikalischen Grenzen, Vorschriften, Mensch-Maschine-Interaktion und Arbeitsabläufen Argonics GmbH Teilprojekt: Plattform zur Positions- und Lageschätzung, Fernsteuerung sowie teilautomatisierten Navigation eines Binnenschiffs Ingenieurbüro Kauppert Teilprojekt: Mikroskopische Verkehrssimulation zur Abbildung, Prognose und Analyse des Binnenschiffsverkehrs in - innovative navigation GmbH Teilprojekt: Elemente zur Verkehrskoordination und Fernsteuerung von Binnenschiffen

GDWS - Generaldirektion Wasserstraßen und Schifffahrt Imperial Shipping Rhenus Partnership Reederei Jaegers ZKR - Zentralkommission für die Rheinschifffahrt BAW - Bundesanstalt für Wasserbau