1. Simulationsumgebung

1.3 Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer

Zur Kollisionsvermeidung gehören die Erkennung der nicht immer sichtbaren Fahrwegbegrenzungen (Bauwerke im Wasser, flache Uferbereiche u.a.) und die Erkennung anderer Verkehrsteilnehmer und deren Bewegungsverhalten. Das Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer muss laufend beobachtet werden und wird kontinuierlich vorhergesagt. Besonders in engen Kanälen ohne Ausweichmöglichkeiten, ist eine entsprechende Genauigkeit erforderlich.

Basierend auf Simulationsdaten (bzw. beim realen Schiff über die Sichtsensorik) erfolgt die Erkennung und Identifikation anderer Verkehrsteilnehmer durch Algorithmen der Objekterkennung und -verfolgung. In gleicher Weise wird auch das eigene Verhalten überwacht und vorhergesagt, auch um auf diese Weise eine weitere Absicherungsebene zu etablieren.

Auf Basis der Sensorinformationen werden Klassifikationsverfahren bei der Positions- und der Situationserkennung sowie der Verhaltensgenerierung, wie auch für die Erkennung weiterer Schiffe sowie anderer Objekte sowie deren Intention eingesetzt. Die zu entwickelnde Mensch-Maschine-Schnittstelle visualisiert bekannte Positionswerte aller Verkehrsteilnehmer sowie die beabsichtigten Bewegungen des eigenen und die vorausberechneten Bewegungen anderer Schiffe.

Arbeitspakete

Die Simulationsumgebung als virtuelles Abbild der realen Welt ist die zentrale Entwicklungsumgebung für alle Steuerungs- und Überwachungsalgorithmen. Ein digitaler Zwilling des Testschiffs ist in der Simulationsumgebung implementiert.

Die Entwicklung der automatisierten Steuerung des Binnenschiffs erfolgt zunächst in einem Simulator. Im ersten Arbeitspaket wird deshalb der vorhandene Simulator so erweitert, dass Sensormesswerte virtuell erzeugt werden können. Die parallel dazu modular entwickelte Künstliche Intelligenz (KI) für die Schiffsführung bzw. zur Umsetzung der Fahrverhaltensfunktionen wird dann in einem Simulationsmodell so integriert, dass eine spätere parallele Portierung auf ein reales Binnenschiff ermöglicht wird. Weiterhin wird das Verhalten der weiteren Verkehrsteilnehmer (Schiffe im Umfeld des automatisierten Binnenschiffs) modelliert und in die Simulationsumgebung integriert. Die Entwicklung der KI zur Umsetzung der Fahrverhaltensfunktionen für unterschiedliche Aufgaben erfolgt zunächst parallel, um dann im Simulator erprobt zu werden. Grundlegende Fragestellungen zur Wahl und zum Aufbau des Moduls werden auf diese Weise effizient bearbeitet.

1.1 Simulator

Die virtuelle Heimat des digitalen Zwillings

1.2 KI / Verhaltenssteuerung

Die zentralen Algorithmen: Schiffsführung und Fahrverhaltensfunktionen

1.3 Verhalten der anderen Verkehrsteilnehmer

Voraussetzung für unfallfreien Verkehr: Verständnis der Verkehrslage

Zur Ausrüstung des Testschiffes wird Sensorik und Aktorik verwendet. Außerdem wird eine Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt.

2.1 Sensorik

Sensorische Erfassung der Umgebung.

2.2 Aktorik

Die künstliche Intelligenz übernimmt das Ruder

2.3 Mensch-Maschine-Schnittstelle

Entwicklung der Mensch-Maschine-Schnittstelle

Die Realisierung der Automatisierung des Testschiffes bedarf einer Feinkonzeption und Abstimmung der Algorithmen. Weiterhin müssen im Vorfeld die Automatisierungsfunktionen in der Simulationsumgebung getestet werden. Anschließend erfolgt eine Validierung am Realsystem.

3.1 Feinkonzeption und Abstimmung der Algorithmen

Feinkonzeption und Abstimmung der Algorithmen zur Automatisierung des Binnenschiffs

3.2 Umsetzung

Technische Umsetzung der Automatisierungsfunktionen

3.3 Integration der autom. Schiffsführung in der Simulationsumgebung

Integration der automatisierten Schiffsführung in der Simulationsumgebung

3.4 Validierung ML/KI und Schiffsführung

Validierung der Methoden mit Realdaten und Simulator

Zur Erprobung des Testschiffes werden zunächst Testszenarien definiert. Anschließend wird die automatisierte Schiffsführung integriert und iterativ angepasst. Dazu sind Testfahrten zwingend notwendig.

4.1 Definition Testszenarien

Erprobung der Entwicklungen

4.2 Integration und Anpassung der Schiffsführung des Testschiffs

Integration und Anpassung der automatisierten Schiffsführung

4.3 Testfahrten und Demonstration

Von der Theorie in die Praxis

Die Automatisierung von Binnenschiffen muss auch wirtschaftlich betrachtet werden. Diese Betrachtung findet innerhalb einer Wirtschaftlichkeitsanalyse statt, welche auch bewertet werden muss.