KVR-konforme Pfad- und Trajektorienplanung und modellprädiktive Regelung für (teil-)autonome Schiffe in beengten Seegebieten im Verbundprojekt OCUMAR – Automatisierter und teilautonomer Schiffsbetrieb in beengten Seegebieten mit nicht-kooperativen Teilnehmern

Abstract

Hochautomatisierte und autonome Wasserfahrzeuge gewinnen in der Binnen- und Seeschifffahrt zunehmend an Bedeutung. Sie können die Sicherheit steigern sowie Kosten und Umweltbelastungen senken. Dieser Trend wird durch veränderte Mobilitätsanforderungen und Fachkräftemangel verstärkt. Besonders in beengten Seegebieten stellen komplexe, dynamische Verkehrssituationen hohe Anforderungen an Automatisierung, Navigation und Schiffsführung. Das vorliegende Projekt verfolgte das Ziel, neue Methoden, Konzepte und Lösungen für den automatisierten bzw. teilautonomen Schiffsbetrieb in beengten Seegebieten mit nicht-kooperativen Teilnehmern zu entwickeln. Speziell wurde eine übergreifende integrierte Navigationslösung für die automatisierte und die teilautonome Schiffsführung durch die geeignete informations­technische Kopplung von Sensor-, Navigations- und Antriebssystemen im Autopiloten entwickelt, um Kollisionssituationen automatisiert unter Berücksichtigung der geltenden Kollisionsverhütungsregeln (KVR) auflösen zu können. Dies umfasste die automatisiert sowie teilautonom kollisionsvermeidende Manöverausführung unter Berücksichtigung von Abschnitt II (Verhalten von Fahrzeugen, die einander in Sicht haben) der KVR, die sensorbasierte, vom Gesamtlagebild abhängige Pfad- und Trajektorienplanung und deren regelungstechnische Umsetzung in einer automatisierten Schiffsregelung, die Validierung der umgesetzten Lösungen durch numerische Simulationsstudien und die experimentelle Validierung auf einem Versuchsträger anhand realistischer Szenarien. Hierdurch soll ein zulassungsfähiges Navigationssystem entstehen, welches von Nautikern akzeptiert wird. Im Vorhaben wurden speziell die KVR-Regeln 7, 8 und 11-18 umgesetzt. Die ECDIS wurde als ergänzende Wissensquelle verwendet, insbesondere für stationäre Objekte wie Seezeichen und Tonnen, Flachwasserbereiche, Verkehrstrennungsgebiete und No-Go-Areas.