Beitrag 13

ASFOSS - Strömungsinformation mittels AIS

(ASFOSS: Assistance System for Safe Shiphandling)

Holger Korte
Institut für maritime Automatisierungstechnik und Navigation e.V. (MATNAV)
Jürgen Majohr, Jens Ladisch, Matthias Wulff, Cathleen Korte
Universität Rostock, Institut für Automatisierungstechnik

    Kurzrefarat
  1. Einleitung
  2. Projekt MAPSYS
  3. Der ADCP-Telemeter
  4. Praktische Probleme bei der Systemintegration
  5. System ASFOSS
  6. Das horizontale ADCP-Messprinzip
  7. AIS und Binary Messages
  8. Zusammenfassung
  9. Verzeichnis der verwendeten Quellen


Kurzreferat:

Durch die Nutzung von immer größeren Schiffseinheiten wird die effektive Manövrierfreiheit im Bereich enger Passagen geringer. Moderne Manövriereinrichtungen kompensieren diesen Nachteil nur bedingt, so dass die Schiffsführung insbesondere bei widrigen unbekannten Umgebungsbedingungen vor einer schwer lösbaren Aufgabe steht. Die Bereitstellung von extern ermittelten Umgebungsbedingungen kann hier eine effiziente Unterstützung bei der Entscheidungsfindung der Schiffsführung liefern.
Im Rahmen der Systementwicklung von ASFOSS wurden gemessene Wind- und Strömungsdaten mittels AIS an Bord von Schiffen übertragen und in einer integrierten Navigationsumgebung für die Schiffsführung bereitgestellt. Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, FKZ 03WKE09, durchgeführt.


1. Einleitung

In Auswirkung größerer wirtschaftlicher Zwänge ist in der Seeschifffahrt der Trend größer werdender Schiffseinheiten zu verzeichnen. Dieser Umstand führt bei gegebenen Revierabmessungen zu einer Reduzierung der effektiven Manöverfreiheit. Gleichzeitig konzentriert sich im Zusammenhang mit der drastischen Reduzierung der Besatzungsstärke die Verantwortung für den gesamten Schiffsbewegungsprozess auf den Kapitän. Moderne Antriebe wie Strahlruder und POD-Antriebe, teils in recht üppiger Zahl auf modernen Schiffen vorzufinden, erfordern eine hohe Konzentration beim Durchfahren enger Passagen. Ihre Nutzung hat in ruhigen Gewässern beim An- und Ablegen ihre volle Berechtigung, da sie zur Einsparung von Schlepperassistenz beitragen und so einen wirtschaftlichen Vorteil erzielen. Doch ihr Einsatz zur Steuerung bei Fahrzeugen in Fahrt erweist sich als trügerisch. Schnell verlieren sie geschwindigkeitsabhängig ihre Steuerwirkung, so dass auf herkömmliche Steuermethoden zurückgegriffen werden muss. Für große Schiffe führt daher die "bessere" Manövriereigenschaft bei unklaren Umweltbedingungen zu Fehleinschätzungen mit einem immensen Schadensrisiko. Aus diesen oder ähnlichen Motiven haben Hilfsmittel zur Manöver- oder Wegempfehlung sowie zur Entscheidungsfindung unter Berücksichtigung bordextern ermittelter Informationen gegenwärtig einen Entwicklungsboom /1-4/. Die maritime Arbeitsgruppe des Instituts für Automatisierungstechnik der Universität Rostock arbeitet seit einigen Jahren mit dem Institut für maritime Automatisierungstechnik und Navigation und dem Industriepartner Marine- und Automatisierungstechnik Rostock GmbH zusammen, um ein nautisches Hilfsmittel für eine bessere Situationseinschätzung in Gewässern mit unklaren Strömungsverhältnissen zu entwickeln.


2. Projekt MAPSYS

Das Manöver-Prädiktionssystem für Schiffe stellt einen Baustein für ein integriertes Brückensystem dar, um mit Hilfe von extern ermittelten Umgebungsdaten die Prädiktionsgüte der Manövervorausberechnungen zu verbessern. Hier wurden im wesentlichen die Strömungsmessdaten mittels eines vertikal arbeitenden Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) ermittelt und via GSM (Global System for Mobile Communication), D2-Netz, auf das Schiff übertragen. Die nun an Bord verfügbaren Strömungsdaten eines noch zu durchfahrenden Revierabschnittes konnten für die weitere Manöverberechnung des Schiffes genutzt werden. Dazu wurde mittels eines Reviermodells aus den Messdaten ein sehr begrenztes Strömungsfeld in der Nähe der kritischen Passage berechnet, das als Grundlage der Bewegungsrechnung diente. Ein wichtiger Grundaspekt bei der Entwicklung des Systems war die Nutzung vorhandener Brückentechnik zur Minimierung des Mehraufwandes der Schiffsführung. So wurden ausschließlich Bordsystemkomponenten bei der Entwicklung genutzt, die ohnehin verfügbar waren. Lediglich der Prädiktionsrechner und das D-Netz-Modem mussten in das Brückenpult eingebaut werden. Das System wurde über ein spezielles Menü vom ECDIS-Modul gesteuert. Während der Reise des MS "Transeuropa" vom 18.-22. März 2002 konnte das System erfolgreich getestet werden /5/. Bild 1 zeigt die Bordkomponente des Systems MAPSYS mit Programmiergerät auf der Brücke. Bild 2 zeigt das Ergebnis der Prädiktionsrechnung während der Prozessüberwachung in der Passage am Kustaanmiekka (Helsinki).

Bild 1: Arbeitsplatz der Arbeitsgruppe auf dem MS "Transeuropa" mit Host-System und ECDIS-Dopplung. Bild 2: Prozessüberwachung nach Prädiktion im Simulationsmenü während der Passage am Kustaanmiekka.

Nach anfänglichen Schwierigkeiten beim Abgleich der Formate der aus der NACOS-Anlage der Firma STN Atlas Marine Electronics auf dem Schiffsinterface bereitgestellten Datensätze arbeitete das System stabil. Es waren keine Systemabstürze in allen Betriebsmodi zu verzeichnen. Die Steuerung des Systems und seine Ausgaben erfolgten über den aus Zulassungsgründen gedoppelten ECDIS-Rechner. Die Bedienung des Gerätes sowie die Ergebnisse der Prädiktionsrechnung wurden mit den diensthabenden Offizieren diskutiert. Über die Form der Darstellung und den Vergleich mit dem anschließenden Prozess gab es konträre Auffassungen, die eine genauere Modulanpassung vor der Praxiseinführung bedürfen. Positiv ist die Integration in bestehende Schiffsführungsanlagen bewertet worden, so dass keine neuen Geräte die Stresssituationen in Revierfahrten verschärfen.


3. Praktische Probleme bei der Systemintegration

Obwohl die Zielstellungen des Projektes MAPSYS erfüllt wurden, kristallisieren sich bei der Einführung des Systems in die Praxis mehrere Probleme heraus. Zunächst stellt die Verifikation eines kleinskaligen Strömungsmodells für statistische Ausnahmesitutionen ein wissenschaftliches Problem dar. Daher kann keine Garantie für die erzielten Berechnungsergebnisse des Strömungsmodells gegeben werden. Zwar wird der Fehler des Modells durch die Positionierung des Sensors in der Nähe der kritischen Passage zumindest in diesem Bereich gering, jedoch bleibt ein gewisses Restrisiko infolge der Extrapolation der Modellbasisdaten vorhanden. Die Nutzung des Modells in Prädiktionen kann daher insbesondere in den Revierrandgebieten zu Abweichungen von den Erfahrungen der Besatzungen führen, wodurch sich die Akzeptanz des Systems durch die Besatzung möglicherweise verringert.
Die Verwendung von GSM als Telemetrie zwischen Bord- und Revierkomponente stellte in den Praxiserprobungen kein wirkliches Problem dar. Die Verbindungen wurden stets rechtzeitig aufgebaut und die notwendigen Daten konnten übertragen werden. Für den Einsatz auf Seeschiffen kann jedoch eine dauerhaft sichere Verbindung nicht gewährleistet werden. Obwohl hier über die Gebühren eine eindeutige Kostenzuweisung der Unterhaltungskosten auf den Endverbraucher erreicht werden kann, ist nach anderen sicheren Möglichkeiten der Datenübertragung zu suchen.
Der Anspruch des Systems MAPSYS, eine Prädiktionsgüte mit hohem Wirklichkeitsgehalt zu erzielen, erfordert ein ständiges Abgleichen der zugrundeliegenden Bewegungsmodelle. Dies ist vor allem bei Schiffen mit häufig wechselnden Beladungszuständen der Fall. Durch diesen Anspruch müssen umfangreiche Bewegungsdaten des Schiffes aus der Geräteperipherie gewonnen und ständig automatisch ausgewertet werden. Unterhalb der Hersteller verschiedener Schiffsführungsanlagen besteht aber keine Kompatibilität der einzelnen Module. Bussysteme sind für die Anforderungen einzelner Anlagen optimiert. Es erfolgt keine automatische Freigabe der notwendigen Manöverdaten für externe Geräte. Das System MAPSYS stellt daher in seiner Konfiguration eine modulare Einzellösung dar, die speziell auf ein bestimmtes Schiff mit seiner Geräteperipherie und seinen Anforderungen zugeschnitten ist. Hier sind vor allem Kooperationen mit den Herstellern verschiedener Brückenausrüster anzustreben, um das System flexibler an die vorgegebene Bordtechnik anzupassen.


4. Der ADCP-Telemeter

Verursacht durch die teils schwierigen Modulanpassungen bei der Systemintegration wurden bereits während der Laufzeit des Projektes bis Ende 2002 parallele Entwicklungen einer reinen Messwertanzeige externer Sensoren durchgeführt. Im Rahmen einer studentischen Arbeit wurde ein mobiles Telemetrie- und Anzeigesystem entwickelt, der sogenannte ADCP-Telemeter /6/. Es handelt sich hierbei um ein reines Informationssystem. Die Verarbeitung der Informationen sowie die daraus abzuleitenden Entscheidungen fallen in den Aufgabenbereich der Schiffsführung. Das System nutzt die Revierkomponente von MAPSYS und verwendet ein mobiles Notebook mit entsprechendem GSM-Modem zur drahtlosen Kommunikation mit der Revierstation.

Bild 3: Aufbau des Systems ADCP-Telemeter im Revier Puttgarden. Die Revierkomponente ist mit der MAPSYS-Revierkomponente identisch.

Bild 4: Ausgabe-Window des Programms ADCP-Telemeter. In der linken Seite werden blau hinterlegt die relevanten Strömungswerte Richtung, Betrag und Messzeit sowie der ausgewählte Tiefenbereich angezeigt.

Durch die autonome Konfiguration der Bordkomponente ist das System praktisch auf jedem Fahrzeug anwendbar, erfordert aber zusätzliche Aufmerksamkeit des Steuermanns. Ein Einsatz in anderen mobilen Informationssystemen z.B. LOPOS oder Pilot's Mate /7, 3/ wäre vorstellbar, wenn die Strömungs- oder Windverhältnisse im Revier navigatorisch relevant sind und diesen Service erfordern.


5. System ASFOSS

Mit der Entwicklung der horizontalen ADCP-Technologie /8/ und der Einführung des AIS-Systems in die Seeschifffahrt /9/ in den vergangenen 3 Jahren standen nun Geräte und Hilfsmittel zur Verfügung, die die o.g. Nachteile des Systems MAPSYS kompensieren können. Einerseits erlaubt die horizontale Messung der Strömung eine direkte Bestimmung der notwendigen lokalen Gradienten, wodurch auf Modellrechnungen verzichtet und mögliche Extrapolationsfehler vermieden werden können. Andererseits existiert mit der Ausrüstungspflicht mit dem AIS-System eine Funkverbindung zu den Schiffen, die den maritimen Anforderungen gewachsen und vor allem auch durch die Behörden zugelassen ist. Da hier eine Ausrüstungspflicht für Schiffe besteht, ist durch die zusätzliche Nutzung zur Datenübertragung von Revierparametern ein kostengünstiger Systemaufbau möglich der außerdem das Kosten-Nutzen-Verhältnis des Gerätes verbessert. Bild 5 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Systems im Blockdiagramm. Der obere Teil stellt eine Erweiterung der MAPSYS-Revierkomponente dar. Die gestrichelten Blöcke stammen aus MAPSYS oder sie dienen der Parametrierung des Prozessrechners. Bild 6 zeigt die realisierten Komponenten (oben: Revierkomponente, unten: ECDIS-Rechner und Antennen auf der Südbrücke des Fährschiffes "Schleswig-Holstein").

Bild 5: Blockbild des Systems ASFOSS.Bild 6: Komponenten des Systems.


6. Das horizontale ADCP-Messprinzip

Die Nutzung des horizontalen ADCP-Verfahrens für Belange der Schifffahrt ist neu. Das Prinzip der Messung basiert auf die Verschiebung der Frequenz des Schallechos an bewegten Teilchen, der sogenannten Dopplerverschiebung. Durch die Verwendung von unterschiedlich gerichteten Schallimpulsen ist eine mehrdimensionale Bestimmung der Strömung möglich. Horizontale Sensoren benutzen mindestens zwei Schallkeulen. Der verwendete RDI Workhorse HADCP besitzt drei jeweils um 20° versetzte Schallkeulen und kann damit Messfehler einzelner Schallkeulen erkennen und eliminieren. Die maximale Reichweite Rmax = 300 m wird über eine Grundfrequenz des Schalls von fG = 300 kHz realisiert. Mittels einer Quantelung der Echosignale in ein vorgegebenes Zeitraster kann die Zuordnung in Entfernungszellen erfolgen.
Das Messprinzip wurde bisher zur Durchflussmessung in Flüssen und Kanälen genutzt. Infolge der durch die unterschiedlichen Abstrahlrichtungen resultierenden Aufweitung der Messstrecke wird Homogenität der Strömung vorausgesetzt. Demnach kann das Messprinzip nicht ohne Voruntersuchung für die Schifffahrt angewendet werden, weil sowohl infolge von Tiefenprofiländerungen als auch von Seegang dieses Grundprinzip verletzt wird. Dennoch soll hier ein entsprechender Systemaufbau getestet werden, weil lediglich die Komponente der Strömung quer zum Fahrwasser (und parallel zum Ufer) bestimmt werden braucht.
Für die Schallausbreitung ist weiterhin zu beachten, dass die Keulen zwar gebündelt aber dennoch mit einem gewissen Abstrahlwinkel αB gesendet werden. Mit wachsender Entfernung ES nimmt daher die Mächtigkeit der Schallkeule zu. Eine eindeutige Zuordnung der Echos zum strömenden Medium ist nur dann gewährleistet, wenn die Wassersäule hWS größer als die lokale Mächtigkeit der theoretischen Schallkeule ist und außerdem durch Schrägabstrahlung )h die Schallkeulen nicht an Oberfläche oder Meeresboden geraten. Bei einer Stationierung des Sensors in einer Tiefe der halben Mächtigkeit der Wassersäule beträgt dann die maximale auswertbare Entfernung Emax:

Bild 7: Auszug aus der BSH Karte Nr.31 "Gewässer um Fehmarn" mit HADCP Messsektor. Bild 8: Messwertvergleich des HADCP-Sensors und des ADCP's außerhalb der Brandungswelle. Die Position (0,0) ist der Standort des HADCP-Sensorkopfes.

Für das Seegebiet vor der Hafeneinfahrt von Puttgarden mit einer Wassertiefe von hWS = 7,3 m (vergl. Bild 7) ergibt sich bei einer Schallbündelung αB < 1° und einer Einstellgenauigkeit des Nickwinkels von Δ = 0,5° eine maximale auswertbare Reichweite von Emax = 209 m.
Damit reicht der horizontale Sensor etwa bis zum Bezugspunkt des MAPSYS-Modells. Dies entspricht auch den Erfahrungen, die während der Messungen in Puttgarden gemacht wurden.
Zur Überprüfung des Messverfahrens von HADCP wurde eine vergleichende Messung mit einem vertikal arbeitenden ADCP-Sensor ausgeführt. Dieser wurde auf dem Katamaran MESSIN™, einem etwa 3m langen, autonom oder ferngesteuert agierendem ca. 300 kg schweren Fahrzeug installiert. Im Zeitraum vom 07.05.-10.05.2003 wurden mehrere Profile innerhalb des Messsektors des HADCP's gefahren. Leider waren die Strömungen in diesem Zeitraum infolge einer stationären Hochdrucklage mit schwachen bis mäßigen sw-lichen Winden nicht stark ausgeprägt. Bild 8 zeigt einen Vergleich der Messungen des HADCP mit dem Vertikal-ADCP vom 08.05.03 gegen 16:25 Uhr. Infolge einer Drehung des Windes auf westliche Richtungen war ein Anstieg des Stromes zu verzeichnen, der aber auch zu einer Dünung führte, wodurch der Katamaran Rollbewegungen ausführte. Die deutlich ausgeprägte Richtungsänderung des Stromes in der Spur des VADCP's ist auf den relativ trägen Neigungssensor zurück zu führen, der den Seegang nicht richtig erfasste. Dennoch stimmen beide Messverfahren hinreichend genau überein.
Zur Prüfung der Tauglichkeit des Messverfahrens für die Schifffahrt werden aber Dauermesskampagnen empfohlen. Diese sind im Rahmen des Projektes nicht möglich gewesen, da hier die technische Entwicklungen im Mittelpunkt gestanden haben.


7. AIS und Binary Messages

Die zweite Änderung gegenüber dem System MAPSYS besteht in der Realisierung einer gesicherten Datenübertragung. Mit der Einführung des AIS-System in die Schifffahrt, einem selbstorganisierenden digitalen Funkkanal im UKW-Band (Kanal 87B und 88B), das im Zeitschlitzverfahren arbeitet /11/, steht ein zugelassenes Übertragungsmedium zur Verfügung. Dieses System dient zum Austausch verkehrsrelevanter Daten und bezweckt eine objektivere Einschätzung der Verkehrssituation durch den Schiffsführer /10/.
Genau in diesen Bereich passt sich auch die Zielstellung von MAPSYS und ASFOSS ein, jedoch mit dem Unterschied, dass hier keine Fahrzeugdaten, sondern unbekannte Umweltdaten zu einer besseren Situationseinschätzung bereitgestellt werden sollen. Verkehrsrelevante Umweltdaten sind vor allem Wind- und Strömungsdaten an engen Revierabschnitten und Revieren mit großer ökologischer Bedeutung. Eine Übertragung von Umweltdaten mittels AIS erscheint gerechtfertigt, wenn an Bord keine andere Möglichkeit zu deren Bestimmung existiert. Hier wird insbesondere an die nur beschränkte Kapazität der Datenübertragung gedacht, um den Funkkanal nicht unnötig zu blockieren. Für den Fall der Strömung im Revier Puttgarden sind die Bedingungen zur Nutzung von AIS gegeben. Speziell für solche Fälle wurde eine sogenannte Binary-Message im AIS vorgesehen, der vom Standard abweichende zusätzliche Datenübertragungen ermöglicht /10/.
Die Idee der Übertragung von Umweltdaten via AIS ist nicht neu. Insbesondere im Norden Amerikas sind realisierte Projekte in der Literatur zu finden /12, 13/. Der Nachteil der Binary-Message ist jedoch, dass er infolge fehlender Standardisierung nur einem geringen Nutzerkreis zugänglich wird. So wurde auch im Projekt ASFOSS ein dem Sensorsystem, bestehend aus Windsensor und HADCP, angepasster Datensatz entwickelt. Die Struktur dieses Datensatzes wurde angelehnt an die o.g. Arbeiten /12/, wobei die Strömungsdaten auf die Möglichkeit von Profilern mit mehreren Messzellen aufgeweitet wurde.
Die eigentliche Binary Message besteht aus maximal 968 Bits, wobei die ersten 16 Bits für die Anwender Identifizierung reserviert sind. Für die eigentlichen Daten stehen also die weiteren 952 Bits zur Verfügung. Die Struktur des Strömungsdatensatzes zeigt Tabelle 1.

Tabelle 1: Aufbau des VDM-Datensatzes für die Strominformation des HADCP-Sensors.

Die Gerätekommunikation erfolgt unterschiedlich in den beiden Teilsystemen. Diese werden schematisch in Bild 9 und Bild 10 dargestellt. Auf der Revierseite ist der SWMIS-Prozessrechner, realisiert als Würfel-PC104, das Kernstück des Systems. Er empfängt die Rohdaten der Sensorik und bereitet sie für die Datenübertragung auf. Neben den Sensoren der Umweltdaten erhält der Prozessrechner die Position vom im AIS integrierten GPS-Empfänger mittels eines NMEA-VDO-Strings zur Unterscheidung von Fremdpositionen (VDM). Nun können die Binary-Messages nach den o.g. Strukturen erstellt werden. Zur Bereitstellung der Daten in der AIS-Sendestation werden die Messages mit dem NMEA-BBM-Format gekapselt und auf einem seriellen Datenlink übertragen. Bild 9 zeigt darüber hinaus einen weiteren Datenfluss vom Prozessrechner zum AIS-Sender. Dieser wird im Bedarfsfall zur Parametrierung der Sendeanlage genutzt.

Bild 9: Kommunikationsprotokolle zwischen den Geräten der Revierkomponente.

Bild 10: Kommunikationsprotokolle der Bordkomponente.

Die Empfangsseite gestaltet sich erheblich einfacher (vergl. Bild 10). Die Schiffe werden in naher Zukunft alle mit AIS ausgerüstet sein, so dass die Telemetrie keine zusätzlichen Kosten im System verursacht. Da die Binary-Messages jedoch nicht standardisiert sein kann, benötigen die Fahrzeuge eine spezielle Software im Empfangsgerät, die diese Nachrichten entschlüsselt. Diese könnte im Bedarfsfall beispielsweise auf dem ECDIS-Rechner installiert sein, wie es auch im Projekt realisiert wurde. Aber auch andere Visualisierungsgeräte bieten sich als Anzeigemodul an (Radar, Conning u.a.).
Nachdem das System in den beiden vorangegangenen Jahren entwickelt wurde, konnte es am 17. September 2003 erstmals an Bord des Fährschiffes "Schleswig-Holstein" der Scandlines Deutschland GmbH, Fährcenter Puttgarden, getestet werden. Bild 11 zeigt die Darstellung der Messwerte ausgewählter Strömungszellen und eines Windsensors in der elektronischen Seekarte. Leider herrschten auch zu diesem Zeitpunkt nur geringe Strömungen vor, so dass keine spürbarere Verbesserung in der Entscheidungsfindung zu verzeichnen war. Jedoch wurde in den Gesprächen mit der Schiffsführung unter Kapitän Gering deutlich, dass diese online Strömungsanzeige sehr sinnvoll ist, insbesondere in der Nacht und bei Nebelfahrt. In diesen Fällen können durch die Schiffsführer nicht die Kielwasser der entgegenkommenden auslaufenden Fähren ausgemacht werden. Allerdings würde eine Darstellung der Messwerte im Radar oder Conning-Display bevorzugt werden, weil diese Geräte während der Manöverfahrt genutzt werden.

Bild 11: Darstellung der Strömung und des Windes in der ECDIS "Hafeneinfahrt Puttgarden" am 17.09.03 an Bord des FS "Schleswig-Holstein" nach Übertragung via AIS. Bild 12: Darstellung der Strömung des HADCP an Bord des FS "Schleswig-Holstein" nach Übertragung .mittels GSM. Das Programm ist eine Weiterentwicklung des ADCP-Telemeters.

Gleichzeitig wurde die Testfahrt zur Erprobung des weiterentwickelten ADCP-Telemeters verwendet. Im Rahmen einer studentischen Arbeit wurde das oben vorgestellte Programm für Anzeigen des horizontalen Sensors aufbereitet. Neben den Ergebnissen des Projektes MAPSYS zeigt auch dieser Test, das GSM als Übertragungsmedium geeignet erscheint. Zumindest besteht nach mehrfachen Tests in verschiedenen Seegebieten eine Informationsverbesserung. Bei Nichtzustandekommen einer GSM-Verbindung wird dieser Zustand angezeigt. Da es sich bei der Strömung nicht um eine vorgeschriebene Sicherheitsgröße handelt, die jederzeit eingesehen werden muss, kann man auch mit dieser Einschränkung leben.


8. Zusammenfassung

Das Phänomen der Strömung stellt die Schiffsführung vor schwierige Aufgaben. Methoden zur hinreichend genauen Bestimmung an Bord gibt es nur für Gezeitengewässer. Aber auch in Nichtgezeiten-Gewässern können die Strömungen für die Schiffsführung relevante Größenordnungen annehmen. Insbesondere starke Gradienten bereiten dabei der Schiffsführung große Probleme, weil sie einerseits neben der Driftbewegung auch ein starkes Drehmoment erzeugen, andererseits aber können sie nicht aus dem zurückliegenden Bewegungsverlauf ermittelt werden. Dies führte in der Vergangenheit trotz moderner Antriebskonzepte zu Strandungen und Kollisionen mit Bauwerken. Unter Mitwirkung des Institutes MATNAV e.V. wurden an der Universität Rostock im Rahmen der Forschungsprojekte MAPSYS und ASFOSS mehrere technische Möglichkeiten geschaffen, mittels ADCP-basierter Sensorik und einem geeigneten Telemetrieverfahren die online Information an Bord zu übertragen. In einem Praxistest konnten die Verfahren auf ihre Arbeitsfähigkeit im Bordeinsatz überprüft werden. Einen wesentlichen Schwerpunkt bei den Entwicklungen bildete die Integration der Anzeige- und Bedieneinrichtung in bestehende Schiffsführungskonzepte, um so einen ergonomisch optimalen Informationsgewinn zu erzielen.
Die Übertragung mittels AIS Binary Messages stellt dabei ein gängiges zugelassenes Verfahren dar, das jedoch nur einem bestimmten Nutzerkreis erschlossen bleibt. Insbesondere bei hoher Verkehrsdichte sollte die Übertragung solcher Umweltparameter daher minimiert werden und/oder eine Standardisierung von Strömungsmeldungen erfolgen.
Für nicht als sicherheitsrelevant eingestufte Daten kann eine Übertragung von Umweltdaten auch über die verschiedenen GSM-Netze erfolgen. Durchgeführte Versuche in verschiedenen Seegebieten führten zum rechtzeitigen Verbindungsaufbau und damit zu einem Informationsgewinn für die Schiffsführung.
Die im Laufe der Messungen und Systemerprobungen im Projekt ermittelten Strömungswerte stellen jedoch keine statistisch relevante Datenmenge dar. Daher wird in gemeinsamen Bestrebungen mit den Schifffahrtsämtern eine Dauermesskampagne mit der entwickelten Technik empfohlen.


Verzeichnis der verwendeten Quellen

/1/B. P. Lampe et. al.: Entwicklung eines Prototypen für ein Manöver-Prädiktions-System für Schiffe mit externem Strömungsmess- und -informationssystem, Schlussbericht, FKZ: Universität Rostock, 2002, 182 Seiten.
/2/W. J. Kruijt: The Integrated Bidge: more than Integration of Bridge Systems alone?, Proc. 13th Ship Control Systems Symposium, Orlando (USA), 7-9.04.2003, Beitrag-Nr. 229.
/3/A. Zölder et.al.: Pilot's Mate - Assistenzsystem für den seeseitigen Einsatz, in: Konzepte zur Verbesserung der Seeverkehrssicherheit in Nord- und Ostsee, Schriftenreihe des Schiffahrtsinstitutes Warnemünde, Heft 4, S. 79-94, ISSN 1437-031X.
/4/R. Zimmermann: Repräsentation dynamischer Schiffsmodelle in einem Navigationssystem für die Binnenschiffahrt, Diss., Universität Stuttgart, 2000, erschienen im Logos-Verlag Berlin, ISBN 3-89722-477-1.
/5/J. Ladisch, H. Korte: Ein modernes Manöverprädiktionssystem für Schiffe im Test, Proc. 3. Wismarer Automatisierungssymposium, Wismar, 26. - 27.09.02. Beitrag-Nr. 4-2.
/6/J. Möller: Aufbau einer automatischen Auswerte- und Anzeigeeinrichtung von aktuellen Strömungsmessdaten für den Bordeinsatz, Diplomarbeit, HS Wismar und Inst. MATNAV e.V. Warnemünde, 19.12.2002.
/7/J. G. Fiebelkorn: Der Lotse für Lotsen - LOPOS-Transponder, in VDI/VDE Hamburg Aktuell, 1996, Heft 1, S. 14-17, ISSN 0949-8443.
/8/N.N.: http://www.rdinstruments.com/pdfs/HADCP300k.pdf ,(Stand: 20.10.03).
/9/N.N.: IMO Recommendation on Performance Standards for a Universal Automatic Identification System (AIS), MSC 74/69.
/10/N.N.: Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems - Automatic identification systems (AIS) - Part 2: Class A shipborne equipment of the universal automatic identification system (AIS) - Operational and performance requirements, methods of test and required test results, IEC 61993-2.
/11/N.N.: Technical characteristics for a universal shipborne automatic identification system using time division multiple access in the VHF maritime mobile band, International Telecommunication Union, Doc. 8/BL/5-E, 19.04.2001, S. 65.
/12/N.N.: St. Lawrence Seaway AIS Data Messaging -Formats and Specifications-, Revision 4.0A, J.A. Volpe Transportation Systems Center, Cambridge, MA (USA), 09.05.2002.
/13/K. Berger-North: AIS Environmental Monitoring System measuring winds currents and water level at Delta Port, final report, AXYS Environmental Systems, Vancouver (CAN), Nov. 2002.