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Rinat Prezdnyakov,
Institut für Regelungstechnik, RWTH Aachen University
Im Rahmen der Abschlussveranstaltung des Forschungsprojekts KoliBri in Duisburg wurden zentrale Ergebnisse zur Entwicklung eines Assistenzsystems für die Binnenschifffahrt vorgestellt. Präsentiert wurden insbesondere Ansätze zur sensorbasierten Umgebungswahrnehmung, zur datenbasierten Vorhersage der Bewegungen anderer Verkehrsteilnehmender sowie zur algorithmischen Kollisionsvermeidung. Die Projektergebnisse zeigen, dass Kernfunktionen des Automatisierungsgrades 3 im Streckenbetrieb prinzipiell realisiert werden können, wenngleich bis zur breiten kommerziellen Nutzung noch weiterer Entwicklungs- und Validierungsbedarf besteht.
Vorträge zum Projektabschluss in Duisburg
Am Standort der HGK Shipping GmbH in Duisburg fand die Abschlussdemonstration des Forschungsprojekts KoliBri statt. Vertreterinnen und Vertreter aus Industrie, Schifffahrtsunternehmen, Universitäten sowie Behörden aus Deutschland und dem europäischen Umfeld kamen zusammen, um die Ergebnisse des Projekts zu diskutieren und einen Einblick in den aktuellen Stand automatisierter Assistenzsysteme für die Binnenschifffahrt zu erhalten.
KoliBri steht für „Kollisionsvermeidung in der Binnenschifffahrt basierend auf Radar und der Integration weiterer Sensorik“. Das Forschungsprojekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert. Ziel des Projekts war die Entwicklung und praktische Demonstration eines Assistenzsystems für die Binnenschifffahrt, das Funktionen im Sinne des Automatisierungsgrades 3 („Bedingte Automatisierung“) nach den Vorgaben der Zentralkommission für die Rheinschifffahrt adressiert. In diesem Automatisierungsgrad übernimmt das Navigationssystem wesentliche Aufgaben der kontinuierlichen Schiffsführung während der Streckenfahrt eigenständig, während der Schiffsführende weiterhin die übergeordnete Verantwortung behält und bei Ausnahmefällen oder Systemgrenzen eingreifen kann.
Die rund dreieinhalbstündige Veranstaltung umfasste Fachvorträge und eine anschließende offene Diskussionsrunde. Sie bot Gelegenheit für weiterführende Gespräche und einen informellen Austausch zwischen den Teilnehmenden. In einer konstruktiven und praxisnahen Atmosphäre präsentierten die Projektpartner ihre Arbeiten und diskutierten Herausforderungen sowie zukünftige Entwicklungsschritte mit dem Publikum.
Die im Rahmen der Veranstaltung präsentierten Ergebnisse entstanden in Zusammenarbeit mehrerer Projektpartner. Am Projekt beteiligt waren die Schwesterfirmen argonics und argonav aus Stuttgart, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit der Gruppe Digital Process Engineering des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik sowie die HGK Shipping GmbH aus Duisburg. Während argonav insbesondere für die Umgebungsumfassung verantwortlich war, konzentrierten sich Forscher aus argonics und dem KIT auf die Prädiktion des Verkehrsgeschehens sowie Strategien zur Kollisionsvermeidung. Die HGK Shipping GmbH stellte das Binnenschiff „Niedersachsen 22“ als Versuchsträger zur Verfügung und unterstütze bei der Sensorausstattung und Versuchsdurchführung.
Ein Schwerpunkt der Projektarbeiten lag auf der zuverlässigen Wahrnehmung der Umgebung und der Bewertung des Verkehrsgeschehens. Andere Schiffe und Hindernisse wurden mithilfe einer Kombination aus Radar-, LiDAR- und kamerabasierten Sensorsystemen sowie AIS-Daten (Automatic Identification System Daten) zuverlässig erfasst und in der Umgebungsmodellierung berücksichtigt. Neben der sensorischen Umgebungswahrnehmung wurden auch infrastrukturelle Informationen aus Electronic Chart Display and Information System (ECDIS)-Karten genutzt, etwa zur Berücksichtigung von Fahrrinnen oder festen Gewässerobjekten. Eine besondere Herausforderung stellte dabei die zuverlässige Umgebungswahrnehmung dar, da Verkehrsteilnehmende und Hindernisse unterschiedlicher Größe in variierenden Entfernungen zum eigenen Schiff erkannt und korrekt bewertet werden müssen. Gleichzeitig gilt es, Fehldetektionen möglichst zu vermeiden, um eine sichere Entscheidungsfindung des Assistenzsystems zu gewährleisten.
Ein weiterer Forschungsschwerpunkt lag auf der datenbasierten Vorhersage von Bewegungen anderer Verkehrsteilnehmender. Hier wurden sowohl klassische Verfahren als auch moderne, auf neuronalen Netzen basierende Ansätze untersucht. Neben nicht-kooperativen Ansätzen wurden im Projekt auch Konzepte untersucht, bei denen Verkehrsteilnehmende künftig Informationen über geplante Fahrmanöver austauschen, um kooperative und für alle Beteiligten optimale Ausweichstrategien zu ermöglichen.
Im Rahmen der Demonstration konnte gezeigt werden, dass Kollisionsvermeidung in einer Reihe realistischer Szenarien erfolgreich umgesetzt werden kann. Damit wurde die grundsätzliche Machbarkeit von Automatisierungsgrad 3 in der Streckenfahrt nachgewiesen. Gleichzeitig wurde deutlich, dass insbesondere die robuste Fusion heterogener Sensordaten sowie die präzise Intentions- und Bewegungsprädiktion anderer Schiffe weiterhin große Herausforderungen darstellen. Technologisch wurde das ambitionierte Ziel einer vollständig realisierten bedingten Automatisierung noch nicht erreicht, jedoch konnten wesentliche Grundlagen geschaffen werden.
In der anschließenden Diskussion wurde zudem betont, dass vor dem Hintergrund künftig steigender Verkehrsaufkommen und möglicher dichterer Verkehrssituationen auf europäischen Wasserstraßen sowie des Personalmangels Assistenz- und Automatisierungssysteme künftig weiter an Bedeutung gewinnen werden. In diesem Zusammenhang wurde von den Veranstaltungsteilnehmenden besonders positiv hervorgehoben, dass im Projekt konsequent lösungs- und praxisorientiert gearbeitet und die Ergebnisse transparent kommuniziert wurden. Hervorgehoben wurde dabei auch die Bedeutung intuitiver Mensch-Maschine-Schnittstellen, um Vertrauen in automatisierte Systeme aufzubauen und Schiffsführer aktiv in den Transformationsprozess einzubinden.
Trotz der erzielten Fortschritte wurde im Projekt deutlich, dass insbesondere die robuste Fusion heterogener Sensordaten, die zuverlässige Erkennung kleiner oder entfernter Objekte sowie die präzise Prädiktion des Verkehrsgeschehens weiterhin zentrale Herausforderungen darstellen. Auch für den praktischen Einsatz und eine spätere Kommerzialisierung sind zusätzliche Untersuchungen in unterschiedlichen Betriebsszenarien sowie eine Weiterentwicklung technischer und regulatorischer Rahmenbedingungen erforderlich.
Insgesamt konnte das Projekt KoliBri erfolgreich abgeschlossen werden. Die Projektergebnisse zeigen, dass zentrale Funktionen einer automatisierten Streckenfahrt grundsätzlich realisierbar sind, auch wenn für einen breiten Praxiseinsatz weitere Entwicklungs- und Validierungsschritte erforderlich bleiben. Damit liefert das Vorhaben wichtige Erkenntnisse und eine belastbare Grundlage für die weitere Entwicklung hin zu zukünftigen, stärker automatisierten Navigationssystemen in der Binnenschifffahrt.
