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EMS 1

Abb. 1 Anforderungen an das maritime System

Systems for maritime traffic routing and safety

Hintergrund: Das Teilprojekt „Systeme zur maritimen Verkehrsführung und -sicherheit“ ist ein Bestandteil  des Verbundprojektes „F&E und Echtzeitdienste für die maritime Sicherheit“ (FEMS/EMS), das durch das DLR initiiert wurde, um eine institutsübergreifende Bündelung sowie einen fach- und programmübergreifenden Ausbau von Forschungsaktivitäten im Themenfeld maritime Sicherheit (Safety & Security) zu erreichen. Sicherheit im maritimen System steht einerseits für einen störungs- und unfallfreien Betrieb dort stattfindender Transport- und Produktionsprozesse, um den Schutz von Leben, Gütern und des maritimen Lebensraumes zu gewährleisten. Andererseits werden Sicherheitsmaßnahmen in das maritime System implementiert, um Transport- und Produktionsanlagen vor Zerstörung zu schützen (Vandalismus, Terrorismus) sowie ihre missbräuchliche Nutzung (Piraterie, Schmuggel) zu verhindern. Mit der Entwicklung und Demonstration von leistungsfähigen technologischen Komponenten, Diensten und Systemlösungen soll das Erreichen folgender übergeordneten Ziele unterstützt werden:

1. Zuverlässige und vollständige Bereitstellung von maritimen Verkehrslagebildern,
2. Sichere Realisierung von Verkehrs- und Transportprozessen,
3. Gesicherte Häfen und Offshore-Anlagen,
4. Ökologischer Schutz des maritimen Lebensraums und der Weltmeere.

Die starke Verflechtung der Sicherheitsziele impliziert die Notwendigkeit, dass die System- und Serviceentwicklungen in allen Bereichen aufeinander abzustimmen sind. Zudem sollen die Schutzmaßnahmen derart gestaltet werden, dass sie sich nicht negativ auf die Rentabilität und Leistungsfähigkeit von Verkehrs-, Transport- und Produktionsprozessen auswirken. 
 

Abb. 2 Anzahl von erfassten Schiffsunfällen in der Ostsee (Quelle: HELCOM)

Aufgabenfelder des Teilprojekts: In den letzten Jahren ist die Häufigkeit von Schiffsunfällen nahezu unverändert geblieben. Eine Studie von Norske Veritas zeigte, dass ca. 50% aller Unfälle nautische Ursachen haben wie z.B.:

• Ausfall und Fehlfunktionen von nautischen Geräten,
• ungültig oder ungenau bereitgestellte  nautische Informationen,
• Fehlinterpretation von navigationsrelevanten  Daten,
• eine unvollständige Situationserfassung,
• fehlerhafte Entscheidungen und unsachgemäße Managen von kritischen Situationen, und
• dem menschlichen Faktor.
   

Infolgedessen existiert die Notwendigkeit, die technologische, administrative und regulative Verbesserung des maritimen Verkehrssystem fortzusetzen sowie die Ausbildung seiner Akteure zu verbessern. In diesem Kontext fokussiert sich das Teilprojekt  „Systeme zur maritimen Verkehrsführung und -sicherheit“ auf:

1. die Verbesserung des PNT-Systems, um eine akkurate und zuverlässige Bereitstellung von Positions- Navigations- und Zeitdaten (PNT) zu gewährleisten,
2. die Entwicklung eines maritimen Kommunikationssystems, das verfügbare Funkkanäle für eine effektive Umsetzung von Datenaustauschprozessen ausnutzt,
3. die Verbesserung der Datengewinnung und – verarbeitung, um eine umfassende Beschreibung der aktuellen Verkehrslage und seiner Entwicklung zu erreichen, und
4. die konzeptionelle Entwicklung und experimentelle Erprobung von Maßnahmen, die zum Schutz sicherheitskritischer Systeme geeignet sind und ihren Missbrauch verhindern.

Die Themengebiete (1) und (3) stehen im Mittelpunkt der Entwicklungs- und Validierungsaktivitäten, die durch die Abteilung „Nautische Systeme“ in enger Abstimmung mit anderen intern und extern finanzierten Projekten umgesetzt werden. Beide strategischen Entwicklungslinien fokussieren sich auf die Verbesserung von sicherheitskritischen Systemen, die entweder für eine störfeste Bereitstellung von Positions-, Navigations- und Zeitdaten oder für die Überwachung und Bewertung der Verkehrslage verantwortlich sind. Im grundfinanzierten Projekt „Maritime Verkehrstechnik“ (MVT, 2009-2013) wurden erste Konzepte und Technologien für maritime Subsysteme entwickelt, um eine Überwachung der Daten- und Systemintegrität zukünftig zu ermöglichen sowie einen störfesten Betrieb von landseitigen Diensten und schiffsseitigen Komponenten zu erreichen. Folgeprojekte – laufende wie geplante – bauen auf diese konzeptionellen und methodischen Ergebnissen auf, die u.a. Architekturentwürfe, Datenschnittstellen, und Algorithmen zur Integritätsüberwachung umfassen. Extern finanzierte Projekte beschäftigen sich mit singulären technischen Fragestellungen wie z.B. das Projekt SaMariS mit Möglichkeiten,   PNT-relevante Integritätsdaten über das Automatische Identifikationssystem (AIS) auszutauschen.

 

Abb. 3 Möglicher Integritätsdatenfluss innerhalb des maritimen PNT-Systems

In diesem Kontext schafft das Projekt EMS den  Brückenschlag zwischen Grundlagenforschung und Ergebnisnutzung im maritimen Verkehrssystem. Die Verbesserung der maritimen PNT-Datenbereitstellung basiert auf dem Ausbau des landseitigen Maritimen Serviceportfolios (MSP) wie auch der schiffseitigen PNT-Unit als Teil eines erweiterten Integrierten Navigationssystems. Zugeordnete Projektaufgaben in diesem Kontext umfassen:

• Implementierung neuer Methoden in das MGBAS-Experimentalsystem zur Bereitstellung von GNSS Ergänzungsdiensten für neue GNSS-Signale und Systeme,
• Experimentelle Validierung neuer bzw. verbesserter GNSS-Ergänzungsdienste,
• Implementierung von Integritätsmonitoren für maritime Backup-Dienste (z.B. R-Mode) und experimentelle Untersuchung der Leistungsfähigkeit,
• Prozessorentwicklung für die PNT-Unit Version 2.0, die sich aus zusätzlichen Prozessierungskanälen (e.g. R-Mode, neues GNSS, neue Signale, Nutzung von maritimen Sicherheitsinformationen) und einer versionsabhängigen Entscheidungsmatrix aufbaut, und
• Aufbau eines experimentellen PNT-Unit-Demonstrationssystems und Verwendung für Testfahrten im Forschungshafen Rostock.

Im Bereich der Verkehrslageerfassung werden als Teilziele u.a. verfolgt:

• Realisierung von sensorspezifischen und datenfusionsbasierten Methoden als schiffseitig einsetzbare Echtzeitprozessoren für eine Verkehrslageerfassung und -bewertung,
• Schiffseitige und landseitige Erprobung verschiedener Radarverfahren für eine automatische Zielerkennung und – verfolgung,
• Ausbau des Experimentalsystems im Forschungshafen,  um die Validierung von Überwachungs- und Bewertungsverfahren der Verkehrslage  in Echtzeit zu ermöglichen, und
• Durchführung von Langzeittests zur Bewertung der Störfestigkeit und Vollständigkeit von bestimmten Verkehrslagebildern.

Laufzeit:

Januar 2013 - Dezember 2015