Auf dem Weg zum autonomen Binnenschiff: Forschungsprojekt LAESSI abgeschlossen

Seit Oktober 2015 arbeiten die Firmen in innovative navigation und Alberding gemeinsam mit der WSV-Fachstelle für Verkehrstechnik sowie dem DLR-Institut für Navigation und Kommunikation an neuen Assistenzsystemen für die Binnenschifffahrt. Am 22. März veranstalteten die Projektpartner in Würzburg eine Abschlussdemonstration des Projekts „Leit- und Assistenzsysteme zur Erhöhung der Sicherheit der Schifffahrt auf Inlandwasserstraßen“ – kurz LAESSI – an Bord der MS „Jenny“.

Als ihm in der Flussbiegung kurz hinter dem Alten Hafen ein Fahrgastkabinenschiff entgegen kommt, schaltet Albrecht Scheubner auf manuelle Steuerung. In der engen Mainkurve ist der erfahrene Schiffsführer lieber selbst Herr der Lage. Schließlich verfolgen unten im Laderaum einige Dutzend Gäste die Demonstration. Auf einer Leinwand sehen sie ein Videobild aus dem Steuerhaus sowie die Bildschirminhalte des RADARpilot720° und des neuen Assistenzsystems. Dazu gehören der Brückenanfahrwarner, der Anlegeassistent sowie die Conning-Anzeige. Die Linie des Bahnführungsassistenten von Argonics ist in der kombinierten Radarkarte mit eingeblendet.

Als Moderator kommentiert in-Geschäftsführer Martin Sandler das Geschehen sowie den Zweck des 1,2 Millionen Euro teuren Forschungsprojekts: Die neuen Systeme sollen den Schiffsführer bei der Streckenfahrt entlasten, damit sich dieser auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren kann. So soll das System einen Beitrag zur Sicherheit leisten und gleichzeitig die Basistechnologien für einen autonomen Schiffsverkehr liefern.

„Gefahrguttransporte, Wettbewerb, Verkehrsdichte, begrenzte Voraussicht, Brückenanfahrungen, wachsende Schiffsgrößen und damit beschränkter Manöverraum lassen die Schifffahrt immer sicherheitsintensiver werden“, erklärte Sandler. Hinzu kommen sicher auch noch die wachsende Flusskreuzfahrtbranche sowie der Fachkräftemangel. Rund 20 Kilometer mit zehn Brückendurchfahrten legt die „Jenny“, die ab dem 15. Mai wieder als MS „Wissenschaft“ unterwegs sein wird, teilweise von den Assistenzsystemen gesteuert, während der zweistündigen Demonstrationsfahrt zurück.

Weiterentwicklung bestehender Strukturen

Bereits im Herbst 2017 fanden Probefahrten mit den baugleichen Arbeitsschiffen „Bingen“ und „Naab“ statt. Testgebiete waren ein Mittelrheinabschnitt bei Koblenz und der Mainabschnitt zwischen Marktheidenfeld und Würzburg. Auch der Koppelverband „El Niño/La Niña“ des innovationsfreudigen MSG-Partikuliers Rolf Bach nahm an den Versuchsreihen teil. Am Main rüsteten die Forscher dazu AIS-Landstationen der WSV mit zusätzlichen Sendern aus, um den Schiffen zuverlässig Positions-, Navigations-, und Zeitinformationen bereitzustellen. Dafür entwickelten sie Algorithmen, die sich in die AIS-Kommunikationsprotokolle sowie in die Server-Struktur der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung einpassten.

Auch wurde überprüft, wie das System mit blinden Bereichen innerhalb der Teststrecken zurecht kommt, wo weder die AIS-Landinfrastruktur noch Mobilfunknetze zur Verfügung stehen. Dabei stellten die Forscher fest, dass die Verfügbarkeit der Datenkommunikation noch erhöht werden muss.

Die Integrität der Daten stellten Jürgen Alberding sowie sein Mitarbeiter Maik Uhlemann sicher, indem sie unter anderem den Ansatz ihres Telemetrie-Systems beacon.net auf die Wasserstraße übertrugen. Anja Heßelbarth vom DLR ergänzte in Ihrem Vortrag außerdem, dass das System nur bestätigt fehlerfreie Daten an die Schiffsführung ausspielt, um nicht für Verwirrung zu sorgen. Auf Seiten der WSV-Landinfrastruktur zeichnete Michael Hoppe aus Koblenz verantwortlich.

Perspektivisch ist geplant, die AIS-Basisstationen mit dem VHF Data Exchange System (VDES) so zu modifizieren und zu erweitern, dass sie die Informationen der LAESSI-Systeme standardmäßig aussenden. Aktuell arbeiten die Fachleute des Projekts an der Standardisierung des Gesamtsystems. Geplant ist auch eine Weiterentwicklung mit dem Projektnamen SciPPPer, um beispielsweise auch bei Schleusenmanövern unterstützen zu können. Weitere Ideen sind Kollisionswarnsysteme oder automatische Geschwindigkeitsprofile, die im Rahmen des EU-Förderprojekt NOVIMAR entwickelt werden könnten.

Weitere Schwerpunkte

Um die Genauigkeiten von Position und Richtung von einem Meter auf 0,1 Meter sowie von einem Grad auf 0,1 Grad zu steigern, arbeiten die LAESSI-Entwickler nicht nur mit GPS, sondern auch mit anderen Satellitennetzen wie GLONASS, Galileo und Beidou. Auf Dauer werden die Empfänger preisgünstiger, ist Sandler überzeugt. Zudem setzt das System auf die Auswertung von Phasenmessungen, um Reflexionen und Fehlechos zu erkennen. Für die Nahbereichserkennung werden Ultraschall, Lasersensoren oder Nahbereichsradar eingesetzt.

Diskussion

„Die zunehmende Automatisierung ist ein wichtiges Thema für die Schifffahrt, denn viele Unfälle sind auf menschliches Versagen zurückzuführen“, erklärt DLR-Projektleiter Ralf Ziebold. Mit zunehmender Automatisierung könnten auch Besatzungskosten reduziert sowie mehr Platz für die Ladung an Bord geschaffen werden, so die Hoffnung. Ein WSA-Abteilungsleiter merkte kritisch an, dass jegliche Automatisierungssysteme auf gesicherten Daten beruhten. „Ich kann an meinem Standort nicht mehr garantieren, die Pegeldaten aktuell und fehlerfrei zu halten, da mir das Personal zusammengestrichen wurde.“ Ebenso stand die Frage nach internationaler Zertifizierung und Standardisierung im Raum.

Thoralf Noack vom DLR merkte an, dass man bei autonomen Systemen sowohl von anderen Verekehrsträgern, aber auch etwa von der Mars-Exploration lernen könne. „In jedem Fall muss das Thema Cyber-Security angegangen werden, wenn man über autonome Systeme redet.“ Winfried Kliche aus dem Bundesverkehrsministerium wies darauf hin, dass die Anforderungen an den Schiffsführer nicht gesenkt werden dürfen. „Wenn die automatischen Systeme ausfallen, muss die Person am Ruder mit der Situation umgehen können.“

Ein Video über das Projekt LAESSI ist auf Youtube verfügbar.

Am 30. März auf Hinweis von Frau Scheubner geändert: Noch ist die „Jenny“ nicht als MS „Wissenschaft“ unterwegs.