Maritime Traffic Simulation
Axel Hahn
Immer mehr und größere Schiffe sind auf den Weltmeeren unterwegs und immer mehr Branchen beanspruchen und nutzen diese. Hochautomatisierte und zum Teil ferngesteuerte bis hin zu autonom fahrenden Schiffen sollen deshalb in Zukunft helfen, die Sicherheit und die Nachhaltigkeit der Schifffahrt zu steigern.
Hierfür ist es notwendig, die zukünftigen Assistenzsysteme zu validieren, verifizieren und zertifizieren, um so deren Einbau in die Schiffe zu ermöglichen und gleichzeitig die Vertrauenswürdigkeit und Akzeptanz zu stärken. Wegen des Aufwands und der hohen Kosten, die generell mit Feldtest einhergehen, ist eine frühzeitige Einbindung von simulativen Tests sinnvoll und erforderlich, um dadurch die Anzahl der Feldtests zu minimieren. Für den Test maritimer Assistenzsysteme ist unsere Maritime Traffic Simulation (MTS) prädestiniert, da sie eine konfigurierbare Umgebungs- sowie Eigenschiffsimulation auf Basis einer flexiblen und modularen Systemarchitektur bietet.
Maritime Traffic Simulation
Mit unserer Multi-Agenten-basierten „Maritime Traffic Simulation“ (MTS) können wir Testfälle für die Systemverifikation und -validierung von maritimen Assistenzsystemen erzeugen. Darüber hinaus ermöglicht sie die Analyse von Verkehrsmanagementkonzepten und neuen Funktionen in ECDIS-Systemen. Durch standardisierte Schnittstellen und die High-Level-Architektur (HLA) können eine Vielzahl von Anwendungen, Systemen sowie kommerziell erhältlichen Simulatoren angebunden, analysiert und generell validiert werden. Das implementierte Schiffsverhalten (inklusive stochastischer Einflüsse und nicht-deterministischer Prozesse) kann für die Simulation eines realistischen Verkehrsverhaltens genutzt werden. Weiterhin ist es möglich, reale aufgezeichnete Verkehrssituationen „nachzuspielen“, indem historische Verkehrssituationen auf der Grundlage von AIS-Daten importiert werden. Die MTS lässt bei Bedarf Simulationen schneller als in Echtzeit zu und kann für Modell-, Software- und Hard-ware-in-the-Loop-Experimente verwendet werden.
Axel Hahn
Szenarienerzeugung
Szenarien, die unterschiedliche Verkehrssituationen beschreiben, sind der Ausgangspunkt für unsere Simulationen und werden modellbasiert mit Hilfe eines „Baukastens“ aus vorgefertigten Objekten wie zum Beispiel Schiffen, Hindernissen und Tonnen effizient erstellt. Den Verkehrsteilnehmenden können unter-schiedliche, teils probabilistische Verhaltensweisen zugewiesen werden, so dass eine realistische Verkehrssimulation erreicht wird. Darüber hinaus existiert eine Szenarien-Datenbank, die auf real aufgezeichnetem Verkehr aus unserem Testfeld basiert und größtenteils Trajektorien enthält, die zu Bei-nahe-Kollisionen führen. Insgesamt können unsere Szenarien auf ein breites Spektrum von zu testenden Systemen und deren spezifischen Anforderungen zugeschnitten werden. Die Mischung aus realen historischen Daten und vollständig simulierten Verkehrsbeteiligten ist besonders hilfreich, um gezielt gewünschte und sinnvolle Situationen zu erzeugen. Die Erweiterbarkeit der bestehenden Modelle gewährleistet gleichzeitig zuverlässig die Anwendbarkeit auf sich ändernde Anforderungen und Systeme in der Zukunft.
Hybride Simulation
Da eine Validierung von Systemen im Testfeld mit großem Aufwand bei der Testfallerstellung und Reproduzierbarkeit verbunden ist, haben wir mit einer hybriden Simulation, bei der die umgebenen Fremdschiffe dem Eigenschiff aus der Simulation eingespielt werden, die Möglichkeit der Kosten- und Aufwandersparnis. Dabei nutzen wir standardisierte Schnittstellen und Datenaustauschformate, um das „System under Test“ und die Schiffssensorik beziehungsweise den Leitstand mit Informationen zu versorgen. Somit ist für das Eigenschiff nicht erkennbar, dass die Umgebung teilweise oder gänzlich virtuell vorhanden ist.