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Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V.

ELLA – Entwicklungsplattform im Modellmaßstab für Manöver-Automatisierung

DST arbeitet am automatisierten Manövrieren in engen Arealen

Entwicklung eines autonomes Binnenschiffsmodells im Maßstab 1:6.

Ziele des Forschungsvorhabens ELLA (Entwicklungsplattform im Modellmaßstab für Manöver-Automatisierung) sind die Entwicklung und der Betrieb eines Wasserfahrzeugs als innovativer Versuchsträger. Dieses wird eigenständig in einem Testfeld An- und Ablegemanöver sowie Schleusendurchfahrten und Brückenpassagen planen und durchführen. Das Fahrzeug ist in seinem Erscheinungsbild eine verkleinerte Ausführung eines Binnenschiffes sein (Maßstab 1:6). Derzeit befindet sich ELLA im Bau, die Aufnahme des Versuchsbetriebs ist für das Frühjahr 2023 geplant.


Der Versuchsträger ELLA (Foto: DST e. V.)

Besondere Herausforderungen für automatisiert navigierende Schiffe sind das Manövrieren in beengten Fahrwassern sowie das An- und Ablegen in Häfen und Schleusen. Während bei der Streckenfahrt im Kanal oder in fließenden Gewässern Vorgaben für die Planung von Bahn und Geschwindigkeit des Schiffes noch verhältnismäßig einfach beschreibbar sind, gilt dies für Hafen- und Schleusenmanöver nicht mehr. Eine gegebene Zielposition, bspw. eine Pier, kann in der Regel durch verschiedene Manöver angefahren werden. Die beste Strategie hängt nicht nur vom Schiff sowie dem momentanen Ladezustand ab, sondern auch von den aktuellen Umgebungsbedingungen.

Im Vorhaben ELLA wird eine Entwicklungsplattform gezielt für das automatisierte Manövrieren entwickelt, gebaut und in einem Testfeld eingesetzt. Fahrzeug und Testfeld dienen hierbei als Lernumgebung für eine künstliche Intelligenz, die anhand manuell vorgefahrener Manöver und eigener Fahrversuche Schritt für Schritt lernt, die geforderten Manöver zu planen und auszuführen. Am Ende der Entwicklung soll das System in der Lage sein, ein vorgegebenes Ziel eigenständig und sicher zu erreichen. Die Projektergebnisse lassen sich anschließend unter Berücksichtigung der Ähnlichkeitsgesetze auf reale Binnenschiffe übertragen: Durch die maßstabsgerechte Abbildung der Rumpfform sowie der Antriebs- und Manövrierorgane wird das Fahrverhalten eines typischen Gütermotorschiffes realitätsgetreu abgebildet.


Geplantes Testfeld beim Schleusenwerk Henrichenburg. (Foto: DST e. V.)

Um bereits vor der Fertigstellung der Entwicklungsplattform Ergebnisse für die spätere Verwendung zu generieren, kommt eine virtuelle Umgebung zum Einsatz. Weiterhin sollen auch Sensoren wie zum Beispiel Laserscanner virtuell dargestellt werden. Somit lässt sich das der spätere reale Entwurf schon in der Entwicklungsphase überprüfen. Auch können die programmierten Algorithmen zur Umwelterfassung und Bahnplanung in einer virtuellen Umgebung in weitaus mehr Einsatzszenarien getestet werden. Dazu gehört beispielsweise die gezielte simulative Herbeiführung von Regen oder Nebel. Vor allem für den Einsatz von maschinellem Lernen kann ein erheblicher Mehrwert erzeugt werden, indem neu gelernte Manövriermuster einer künstlichen Intelligenz ohne Risiko erprobt werden können.


Simulative Umgebung mit virtuellen Laserscannern in rot und grün. (Foto: DST e. V.)

Angesichts aktueller Herausforderungen, wie z.B. dem Fachkräftemangel beim nautischen Personal, ist die Automatisierung möglichst vieler Tätigkeiten an Bord ein Weg zur Stärkung der Zukunftsfähigkeit des wassergebundenen Verkehrs, gerade auch im Wettbewerb mit anderen Verkehrsträgern wie der Straße oder der Schiene. An dieser Stelle wird das Vorhaben ELLA einen wichtigen Beitrag leisten. Insbesondere steht das Fahrzeug auch über die Projektlaufzeit hinaus für künftigen Forschungsvorhaben als Entwicklungsplattform und Versuchsträger zur Verfügung- beispielsweise für Assistenzsysteme, automatisierte Fahrsteuerungen oder auch spezialisierte Sensorik.


Das Steuerhaus ist für den manuellen Fahrbetrieb und die bordseitige Überwachung automatisiert ausgeführter Manöver ausgelegt. (Foto: DST e. V.)

 

Medien:

Projektlaufzeit:

Juni 2021 – Juni 2023

Förderkulisse:

Digitale Testfelder an Bundeswasserstraßen (BMDV)

Projektleitung:

Dr.-Ing. Jan Oberhagemann
E-Mail: oberhagemann@dst-org.de
Tel.: 0203 9936-9-51

Projektkoordination:

Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e. V. (DST)

Das Projekt wird vom BMDV im Förderprogramm Investitionen zur Entwicklung Digitaler Testfelder an Bundeswasserstraßen unter dem Förderkennzeichen 45DTWE002A gefördert. Die Bearbeitung des Vorhabens erfolgt durch das DST – Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme.

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Adresse

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Oststraße 77
47057 Duisburg

Tel.: 0203 - 99 36 9 - 0
Fax: 0203 - 99 36 9 - 70

E-Mail: dst@dst-org.de

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