Drucken

Das maritime PNT-System

Abb. 1 Schiffsbetrieb im Rostocker Hafen

Um ein Schiff sicher von einer Kaikante zur anderen führen zu können, sind die Häfen als Start- und Zielpunkte sowie die Wegpunkte der befahrbaren Route zu bestimmen. Positionsdaten (P) spezifizieren solche  Punkte in einem global nutzbaren Koordinatensystem auf eindeutige Art und Weise. Navigationsdaten (N) wie Drehgeschwindigkeit, Peilung, Kurs und Geschwindigkeit über Grund werden genutzt, um die Bewegung des Schiffes während der Reise zu planen, zu steuern und zu überwachen.  Zeitdaten (T, time engl.) dienen dazu, den Reiseablauf zeitlich zu planen sowie Kommunikations- und Informationsprozesse zwischen den Akteuren im maritimen Verkehrssystem zu synchronisieren.

Herausforderungen

Die PNT-Daten gehören zur Gruppe der nautischen Daten, die zur Planung, Umsetzung und Überwachung der Schiffsnavigation in Raum und Zeit verwendet werden. Deshalb sind PNT-Daten wichtig für ein frühzeitiges Erkennen von Störrisiken und das Vermeiden  von Kollisionen und Grundberührungen. Folglich muss eine zuverlässige Bereitstellung der PNT-Daten derart abgesichert werden, dass Leistungsanforderungen erfüllt werden, die in Abhängigkeit vom Servicegebiet, von nautischen Aufgaben oder nachfolgenden Anwendungen variieren. Nutzerbedürfnisse wie „störfeste PNT-Datenbereitstellung“, „Verbesserung der Zuverlässigkeit“, und „Indikation der Zuverlässigkeit“ sind Gründe, mit der Weiterentwicklung und Verbesserung des maritimen PNT-Systems fortzufahren. Jedoch bis heute sind weder das erreichte noch das gewünschte Niveau an Zuverlässigkeit des maritimen PNT-Systems eindeutig unter Verwendung technischer Leistungsparameter (z.B. Genauigkeit, Integrität, Kontinuität, Verfügbarkeit) spezifiziert. Harmonisierte technische Anforderungen sind jedoch eine notwendige Voraussetzung für die Identifikation von technischen Defiziten im aktuellen PNT-System und für eine zielorientierte Weiterentwicklung.

Abb. 2 Nutzbare Komponenten für eine maritime PNT-Datenbereitstellung

Entwicklungsstrategie

Allgemeingültig erfolgt die PNT-Datenbereitstellung auf der Grundlage von Prozessierungsketten, die sich aus Globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS), PNT relevanten terrestrischen Diensten und schiffsseitigen Sensoren aufbauen (siehe Abb. 2).

Eine konsolidierte Architektur ist notwendig, um klassische Lösungen bis multisystem-, multiservice- und multisensorbasierte Lösungsansätze auf gegenwärtige und zukünftige Leistungsanforderungen abbilden zu können. Für diesen Zweck ist ein modularer und erweiterbarer Architekturentwurf zu bevorzugen, um skalierbare Ausrüstungspflichten wie auch eine schnelle Markteinführung von modernisierten Komponenten zu unterstützen. Außerdem beschreibt die Architektur den Rahmen, indem die notwendige Fusion von Daten verschiedener Quellen erfolgen kann, um übergeordnete Anforderungen an die Bereitstellung von PNT-Daten und zugeordneten Zuverlässigkeitsinformationen zu erreichen. Eine konsolidierte Architektur erlaubt es, dass im Folgeschritt Datenprodukte und Dateninterfaces spezifiziert werden können. Experimentelle Test in geeigneten maritimen Testfeldern müssen letztlich durchgeführt werden, um die Leistungsfähigkeit von PNT-Verfahren unter Anwendungsbedingungen zu evaluieren und um über ihre Verwendbarkeit innerhalb des maritimen PNT-Systems zu entscheiden.
Während der Schiffspassage ändern sich die Leistungsanforderungen an die PNT Datenbereitstellung wie auch die Verfügbarkeit dafür nutzbarer Datenquellen. Folglich ist ein übergeordnetes PNT-Systemkonzept notwendig, mit dem das PNT-System durch implementierte Überwachungs- und Steuerungsfunktionen derart gemanagt wird, dass mit den aktuell nutzbaren Datenquellen eine bestmögliche PNT-Datenbereitstellung erfolgt.

Störfestigkeit ist eine Anforderung, die insbesondere an sicherheitskritische Daten und Systeme gestellt wird. Störfestigkeit beschreibt die Fähigkeit solcher Systeme, interne und externe Störungen identifizieren  und daraus resultierende negative Effekte kompensieren zu können. Das bedeutet, dass ein Verlust an Funktionalität oder eine Qualitätsminderung der Produkte in Fällen von typischen Störungen und Fehlfunktionen vermieden werden kann (siehe Abb. 3).  Nur eine zielorientierte Erweiterung des maritimen PNT-Systems schafft die notwendige Redundanz innerhalb der Datenbasis, die eine störfeste Bereitstellung von PNT-Daten mit verbesserten Verfahren ermöglicht. Eine Konsequenz ist ein in Bezug auf Architektur, Schnittstellen und Funktionalitäten  des Systems überarbeitetes Systemdesign.

Letztendlich sind konsolidierte Versionen des maritimen PNT Systems und akzeptierter Komponenten durch Performanzstandards und Rahmenrichtlinien zu beschreiben, die durch die Internationale Maritime Organisation (IMO) und unterstützende Verbände bereitgestellt werden müssen. Ergänzend sind Trainingsangebote dem nautischen Personal zu unterbreiten, um die notwendige Vertrautheit im Umgang mit neuen Verfahren, Diensten und Einrichtungen zu schaffen.

 

Abb. 3  Störanfälligkeit von GNSS als Hauptsensor des maritimen PNT-Systems

Unsere Mission

Ein Aufgabenfeld unserer Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten fokussiert sich auf die störfeste Bereitstellung von PNT-Daten im maritimen Verkehrssystem. Ergebnisse unserer Arbeit

• unterstützen die Harmonisierung und technischen Detaillierung der Systemarchitektur unter Berücksichtigung identifizierter Defizite im gegenwärtigen PNT-System in Bezug auf identifizierte Nutzeranforderungen,
• treiben die Entwicklung und Einführung eines übergeordneten Integritätskonzepts für das PNT-System voran,
• stellen verbesserte PNT-Verfahren und Services wie auch integrierte Lösungen zur Verfügung,
• dienen dem experimentellen Leistungsnachweis unter Anwendungsbedingungen,
• und forcieren eine kosten-nutzen-optimierte Verbesserung des maritimen PNT-Systems durch Erschließen von Mehrwerten, die aus der Modernisierung von GNSS, Sensoren und Diensten resultieren.

Durch eine bedarfsgerechte Bereitstellung der PNT-Daten in allen Phasen einer Schiffsreise tragen wir zu einer umfassenden und zuverlässigen Situationserfassung auf den Weltmeeren bei, die hilft, das Risiko an Grundberührungen und Kollisionen weiter senken zu können.