Mit dem stetig wachsenden Onlinehandel und den damit einhergehenden negativen Folgen der steigenden Verkehrsbelastung, Lärmbelästigung und Umweltverschmutzung werden Lösungen für eine ökologische Alternative des Warentransports gerade in Metropolregionen wie Berlin gebraucht. Mit der dort bestehenden Wasserinfrastruktur bietet sich eine alternative Verlagerung der Güterströme von der Straße auf die Binnengewässer an. Insbesondere der Transport der Waren in die Metropolregion bis zur Verteilung an dezentrale Hubs für die landgestützte Anlieferung der letzten Meile kann so mit geringer Umwelt- und Verkehrsbelastung erfolgen.

Ziel des Vorhabens A-SWARM ist die Entwicklung eines Transportsystems aus kleinen, sowohl unabhängig agierenden als auch koppelbaren, schwimmenden Einheiten, welche lokal emissionsfrei per Elektroantrieb angetrieben werden. Schwerpunkt ist dabei die Entwicklung und Erprobung solch eines autonom operierenden Wasserfahrzeugs. Insbesondere soll die Machbarkeit eines derartigen Systems durch einen Demonstratorbetrieb in einem Reallabor im Bereich des Berliner Westhafens nachgewiesen werden.

Das Institut für Automatisierungstechnik der Universität Rostock übernimmt im Teilvorhaben SWARM-control die Entwicklung des Steuer- und Regelsystems. Die Ziele des Teilvorhabens fokussieren sich auf den systematischen Entwurf eines Regelsystems zur Bahnverfolgung für Binnenschiffe auf eng begrenzten und stark befahrenen Gewässern sowie die Echtzeit-Trajektorienoptimierung auf Grundlage der Seekarten und unter Berücksichtigung lokal erkannter beweglicher und feststehender Hindernisse sowie anderer Wasserfahrzeuge.

Regelsystem zur Bahnverfolgung
Die Bahnregelung von Schiffen auf Binnengewässern ist von diversen speziellen Anforderungen geprägt. Neben den begrenzten Platzverhältnissen zum Manövrieren sind Binnengewässer oft durch örtlich begrenzte Strömungsverhältnisse charakterisiert und in städtischen Regionen kommen böige Winde, Düseneffekte und Windabschattungen hinzu. Diese haben einen signifikanten Einfluss auf das Bewegungsverhalten des Schiffes und stellen hohe Anforderungen an die Regelung. Weiterhin beeinflussen hydrodynamische, durch geringe Gewässertiefen verursachte Effekte das Schiff, was gegebenenfalls in den Regelungsalgorithmen berücksichtigt werden muss.
Schwerpunkt dieses Zieles ist die Erforschung von generischen Methoden zur Filterung und Vorsteuerung der auf das Schiff wirkenden wind- und strömungsinduzierte Störgrößen sowie deren frühzeitige Kompensation. Dies reduziert deren Einfluss auf den Versatz des Schiffes erheblich und ermöglicht das sichere Manövrieren an Engstellen, Schleuseneinfahrten und bei hohem Verkehrsaufkommen.

Echtzeit-Trajektorienoptimierung
Fahrwege von Binnenschiffen sind in der Regel durch örtliche Gegebenheiten, die betonnte Fahrrinne und weiteren Seezeichen weitgehend vorgegeben bzw. sind fest geplant. Im realen Schiffsbetrieb sind jedoch aus verschiedenen Gründen Abweichungen von dieser Route notwendig. Typische Szenarien sind hier Ausweichvorgänge bei Schiffsbegegnungen bzw. bei festen oder mobilen Hindernissen im Fahrweg, wetterbedingte Abweichungen durch Wind und Strömung oder auch Nothaltemanöver in Gefahrensituationen.
Sind Abweichungen von der geplanten Route notwendig oder schon aufgetreten, muss eine neue Fahrtroute erstellt werden, die gewissen Anforderungen genügen soll. Diese wären:

• Die neue Route muss sicher und ohne weitere Hindernisse befahrbar sein. Dabei sollten neben den Seekartendaten auch Fahrwege anderer Wasserfahrzeuge und mobiler Hindernisse dem Zeithorizont der Planung entsprechend Berücksichtigung finden.
• Die neue Route soll möglichst energieeffizient sein, das heißt der Energiebedarf für die geplante Route sollte als Optimierungskriterium Eingang in die Trajektorienplanung finden.
• Die neu geplante Strecke soll in möglichst kurzer Zeit durchfahren werden können.

Die genannten Kriterien beeinflussen sich untereinander. Aufgabe der Trajektorienplanung ist es somit auch eine geeignete Wichtung der Kriterien zu finden. Ob diese Wichtung fest vorgegeben wird oder auf Grund der aktuellen Datenlage berechnet werden kann, soll Gegenstand der Forschungsarbeit in diesem Teilprojekt sein.  

Nach der Konzeption und Realisierung der Regelungsalgorithmen und Trajektorienoptimierung steht die simulative und experimentelle Validierung der Umsetzung als abschließendes Projektziel im Fokus, insbesondere der Erprobung mit den im Projekt entwickelten Demonstratoren im Reallabor "Berliner Westhafen".

Dieses Projekt mit einer Laufzeit bis 31.08.2022 wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmenprogramm Maritime Forschungsstrategie 2025 gefördert und vom Projektträger Jülich (PTJ) betreut. Projetktpartner in diesem Verbundprojekt sind die SVA Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH (Verbundkoordinator), der Fachbereich Entwurf und Betrieb Maritimer Systeme der Technischen Universität Berlin, die Infineon Technologies AG München, die Veinland GmbH Neuseddin und die BEHALA – Berliner Hafen- und Lagerhausgesellschaft mbH.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Björn Kolewe