Erste automatisierte Schleuseneinfahrt eines Binnenschiffs

Zentimetergenaues Manövrieren durch Schleusen

Bei einer typischen Schleusenbreite von 12 Metern und einer Schiffsbreite von 11,4 Metern bleiben nur wenige Zentimeter Seitenabstand. Daher erfordern solche Manöver absolute Genauigkeit und höchste Konzentration auch für erfahrene Schiffsführerinnen und Schiffsführer. Zudem können wetterbedingt schlechte Sichtverhältnisse das Schleusen zu einer großen Herausforderung werden lassen. Nicht selten kommt es dabei zu Beschädigungen an Schiff und Schleuse.

Das Assistenzsystem nutzt hierfür Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) wie GPS und GALILEO. Für die für die Schleuseneinfahrt erforderliche Genauigkeit sind aber zusätzlich Korrekturdaten notwendig. Diese Korrekturdaten sollen zukünftig über das VDES (VHF Data Exchange System) bereitgestellt werden. Das VDES ist die nächste Generation des Kommunikationssystems Automatisches Identifikationssystem (AIS), das von den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Instituts für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen mitentwickelt und im internationalen Standardisierungsprozess begleitet wird. Die Daten werden mithilfe eines flächendeckenden Netzwerks von Referenzstationen entlang der Wasserstraßen gewonnen. „Im Gegensatz zum AIS verfügt das VDES über eine größere Bandbreite und ermöglicht so eine störungsfreiere Datenübermittlung zwischen den Schiffen, den Basisstationen und dem Wasserschifffahrtsamt“, sagt Ronald Raulefs vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in Oberpfaffenhofen.

Mit den terrestrischen Korrekturdaten und den Signalen der globalen Navigationssatelliten wird mithilfe der Methode des Precise Point Positioning (PPP) die Position und Lage des Schiffes bestimmt. Herkömmliche PPP-Verfahren haben den Nachteil, dass sie einige Minuten Einlaufzeit benötigen, um eine hochgenaue Position zu bestimmen. „Beim Unterqueren von Brücken oder in hohen Schleusenkammern wird der Empfang von Satellitensignalen oftmals unterbrochen und verhindert eine Positionsbestimmung. Für die automatisierte Schleusenfahrt ist eine hochgenaue Positionierung möglichst schnell nach den Abschattungen notwendig“, erklärt Ralf Ziebold vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation in Neustrelitz.

Mittels globaler Korrekturen wie Satellitenorbit- und Uhrenfehler sowie zusätzlicher lokaler atmosphärischer Korrekturen haben die DLR-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein PPP-Verfahren entwickelt, das die Einlaufzeit auf wenige Sekunden reduziert.

Sensoren erfassen Schiffsumgebung in der Schleusenkammer

Zusätzlich ist das Assistenzsystem mit Nahbereichssensoren ausgestattet. Dabei überprüft ein LIDAR (Light detection and ranging) die unmittelbare Umgebung des Schiffs. Die Sensoren erfassen Bug- und Heckbereich und können insbesondere innerhalb der Schleusenkammer die Lage des Schiffes dezimetergenau erfassen. „Mit dem Assistenzsystem können Schleuseneinfahrten zukünftig auch bei schlechter Sicht sicher automatisiert durchgeführt werden und vermindern dadurch zugleich die mentale Belastung der Schiffsführerinnen und Schiffsführer,“ ergänzt Ziebold.

Weiterentwicklung und Tests