7. Oktober 2021
Maritimes Testfeld eMIR

HAG­GIS und LABS­KAUS sor­gen für mehr Si­cher­heit auf See

Laserscanner zur Abstandsmessung zwischen Schiff und Kaimauer am Hannoverkai in Wilhelmshaven
La­sers­can­ner zur Ab­stands­mes­sung zwi­schen Schiff und Kai­mau­er am Han­no­ver­kai in Wil­helms­ha­ven
Bild 1/4, Credit: OFFIS - Institut für Informatik

Laserscanner zur Abstandsmessung zwischen Schiff und Kaimauer am Hannoverkai in Wilhelmshaven

Ei­ne "Ein­park­hil­fe" ent­wi­ckelt er­mög­licht, kom­pli­zier­te­re An- und Ab­le­ge­ma­nö­ver in Ha­fen- und Schleu­sen­be­rei­chen zu er­leich­tern. Ent­spre­chen­de La­ser­sen­so­rik er­mit­telt den Ab­stand zwi­schen Kai­mau­er und Schiff, um so ein si­che­re­res Ma­nö­vrie­ren zu er­mög­li­chen. Das For­schungs­boot legt mit­hil­fe ei­nes Sen­sors an Land an.
Container an Bord eines Schiffes während einer Erprobungsfahrt
Con­tai­ner an Bord ei­nes Schif­fes wäh­rend ei­ner Er­pro­bungs­fahrt
Bild 2/4, Credit: OFFIS - Institut für Informatik

Container an Bord eines Schiffes während einer Erprobungsfahrt

Wäh­rend rea­ler Er­pro­bungs­fahr­ten in der Nord­see kön­nen in den mo­bi­len eMIR-Con­tai­nern Tests statt­fin­den. Die Con­tai­ner wer­den tem­po­rär an Bord ge­la­den.So las­sen sich in vir­tu­el­len Ex­pe­ri­men­ten ge­won­ne­ne Da­ten mit rea­len Da­ten ab­glei­chen. Die Con­tai­ner die­nen au­ßer­dem der Er­pro­bung mo­bi­ler Küs­ten-Ein­satz­zen­tra­len. Sie sind in­di­vi­du­ell aus­statt­bar und mo­bil ein­setz­bar – so­wohl an Land als auch an Bord von Schif­fen.
Blick in einen der zwei eMIR-Container, in dem sich zum Beispiel Simulatoren befinden
Blick in ei­nen der zwei eMIR-Con­tai­ner, in dem sich zum Bei­spiel Si­mu­la­to­ren be­fin­den
Bild 3/4, Credit: OFFIS - Institut für Informatik

Blick in einen der zwei eMIR-Container, in dem sich zum Beispiel Simulatoren befinden

Ei­ne Kom­po­nen­te von eMIR sind zwei Con­tai­ner, die sich mit an­pass­ba­rer Tech­nik aus­stat­ten las­sen. Hier kön­nen Um­welt-, Verkehrs- und Schiffs­si­mu­la­to­ren, zum Bei­spiel ei­ne Schiffs­brücke oder auch land­ba­sier­te Ver­kehrs­zen­tra­len, in­stal­liert wer­den. Gleich­zei­tig kön­nen mit ih­rer Hil­fe un­ter Real­be­din­gun­gen Da­ten ge­sam­melt, ver­gli­chen und über­wacht wer­den.
Das Forschungsboot Josephine ist eine zentrale Komponente des physischen Teils von eMIR
Das For­schungs­boot Jo­se­phi­ne ist ei­ne zen­tra­le Kom­po­nen­te des phy­si­schen Teils von eMIR
Bild 4/4, Credit: OFFIS - Institut für Informatik

Das Forschungsboot Josephine ist eine zentrale Komponente des physischen Teils von eMIR

Seit 2020 dient Jo­se­phi­ne als Platt­form und Sen­sor­trä­ger für di­ver­se For­schungs­pro­jek­te. Mit ihr wer­den vor­her vir­tu­ell er­mit­tel­te Da­ten in ei­nem See­ge­biet un­ter Real­be­din­gun­gen er­probt. Das See­ge­biet wur­de zu die­sem Zweck in­stru­men­tiert, das Equip­ment auf dem For­schungs­boot ist in­di­vi­du­ell an­pass­bar – je nach For­schungs­zweck.
  • DLR erprobt hochautomatisierte Assistenzsysteme und Konzepte für autonome Schiffe.
  • Maritimes Testfeld eMIR ermöglicht kleinen und mittleren Unternehmen sowie Forschungsinstituten, technologische Neuentwicklungen unter Simulations- und Realbedingungen zu testen.
  • Schwerpunkte: Verkehr, maritime Assistenzsysteme, autonome Schifffahrt

Das Testfeld e-Maritime Integrated Reference Platform (eMIR) trägt dazu bei, die Schifffahrt von morgen sicherer und effizienter zu machen. eMIR bietet als maritimes Testfeld der Industrie, kleinen und mittleren Unternehmen sowie Forschungsinstituten die Möglichkeit, hochautomatisierte Assistenzsysteme und Konzepte für autonome Schiffe zu erforschen und zu entwickeln. Betrieben und stetig weiterentwickelt wird eMIR vom Institut für Systems Engineering für zukünftige Mobilität des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit OFFIS.

„Durch das global wachsende Verkehrsaufkommen auf See steigt die Bedeutung autonomer und automatisierter Systeme. Assistenzsysteme unterstützen Schiffs- und Hafenpersonal dabei, Schäden an Schiffen sowie ihrer Ladung, der Natur und vor allem Personenschäden entgegenzuwirken“, erläutert Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, Vorstandvorsitzende des DLR. „Die maritime Forschung des DLR untersucht dafür den Einsatz hochautomatisierter Systeme für mehr Sicherheit und Wirtschaftlichkeit. Dazu gehören Technologien zur Navigation und Kommunikation, die im Testfeld eMIR erprobt, verifiziert und validiert werden können.“ 

„Digitalisierung ist ein wichtiger Beitrag für die Gestaltung der Mobilität der Zukunft“, ergänzt Prof. Axel Hahn, Direktor des DLR-Instituts für Systems Engineering für zukünftige Mobilität. „Hierfür stehen uns heute Sensorik und Aktuatorik mit Funktionen auf Basis von künstlicher Intelligenz zur Verfügung. In unserem Testfeld können wir neue Technologien erproben und validieren, sodass diese zukünftige Anwender sicher und zuverlässig unterstützen“.

Maritimes Testfeld eMIR (e-Maritime Integrated Reference Platform) 
eMIR ermöglicht es, hochautomatisierte Assistenzsysteme und Konzepte für autonome Schiffe zu erforschen und zu entwickeln. Der Aufbau des maritimen Testfelds profitierte von der langjährigen Kooperation mit Partnern aus Forschung, Industrie und Behörden, insbesondere dem Bundesamt für Seeschifffahrt...
Credit: DLR und OFFIS - Institut für Informatik

Im Fokus: Technologieentwicklung und Absicherung

Die Forschenden sammeln zunächst spezielle Daten über Schiffsbewegungen und Umweltbedingungen. So können sie Rückschlüsse ziehen, wie häufig bestimmte Situationen auftreten und unter welchen Bedingungen. „Das ist wichtig, um zukünftige Assistenzsysteme so zu konzipieren, dass sie ihren Anwenderinnen und Anwendern Handlungsempfehlungen geben können“, erklärt Axel Hahn. eMIR bietet eine Plattform, um Methoden und Technologien zu entwickeln sowie Systeme zu verifizieren und zu validieren. Ein Assistenzsystem ist zum Beispiel eine für Schiffslotsinnen und Schiffslotsen entwickelte „Einparkhilfe“, wie man sie aus dem Automobilsektor kennt. Das Schiffs- und Lotsenpersonal auf einer Schiffsbrücke bekommt dabei Daten über ein Tablet oder eine VR-Brille angezeigt. Das unterstützt sie in schwer einsehbaren Hafen- und Schleusenbereichen bei An- und Ablegemanövern. So lassen sich Schäden an Schiffen, Hafeninfrastruktur und Umwelt – und schlimmstenfalls Unfällen mit Personenschäden – vorbeugen.

Maritime Verkehrssimulation

Das Testfeld besteht aus zwei Teilen: Einer simulationsbasierten und einer realen Testumgebung auf See. Die virtuelle Co-Simulationsinfrastruktur HAGGIS umfasst auf künstlicher Intelligenz basierte Umwelt-, Verkehrs- und Schiffssimulatoren. Mit ihrer Hilfe können die Risiken und die Effizienz innovativer maritimer Systeme noch während der Produktentwicklung abgeschätzt werden. In dieser sicheren Simulationsumgebung können beispielsweise Systeme zum Vermeiden von Kollisionen getestet werden, ohne Mensch und Material einem Risiko real auszusetzen. Zudem sind simulationsbasierte Tests wesentlich kostengünstiger.

Erprobung in realen Seegebieten

Parallel zu HAGGIS existiert das physische Testfeld LABSKAUS, in dem die maritimen Systeme anschließend unter Realbedingungen getestet werden. Das Seegebiet von Brunsbüttel über Cuxhaven und Wilhelmshaven bis nach Helgoland wurde zu diesem Zweck instrumentiert. Die schrittweise durchgeführte Erprobungsmethode von automatisierten Systemfunktionen verspricht aussagekräftige Ergebnisse, weniger Kosten und deutlich geringere Risiken. Zudem lassen sich Hardware und Simulationen auch auf See verknüpfen. Eine vollständige Schiffsbrücke installiert in einem seegängigen Container kann an Häfen aufgestellt werden oder auf Schiffen mit an Bord gehen. Mit ihr sind vor Ort am Hafen oder auf See Experimente möglich. Diese Brücke nutzt neben Radar und künstlicher Intelligenz auch kamera- und laserbasierte Sensorik. Mit dem Forschungsboot Josephine verfügt das DLR zudem über ein eigenes Versuchsboot. Es dient als Sensor-Plattform, ist aber auch vollständig fernsteuerbar. Damit bietet es eine ideale Testumgebung für hochautomatisierte Fahrfunktionen im maritimen Bereich.

Der Aufbau von eMIR profitierte von der langjährigen Kooperation mit Partnern aus Forschung, Industrie und Behörden, insbesondere dem Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH). Im DLR wird das maritime Testfeld federführend vom Institut für Systems Engineering für zukünftige Mobilität geplant und weiterentwickelt.  Zudem bringen die DLR-Institute für Verkehrssystemtechnik, Kommunikation und Navigation sowie das Institut für den Schutz maritimer Infrastrukturen ihre Kompetenzen in das Projekt ein.

In Kooperation mit dem automobilen Testfeld Niedersachsen des DLR entsteht eines der weltweit größten zusammenhängenden Testfelder zum multi-modalen Güterverkehr.

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