NOVA – Eine modulare Forschungsplattform für die Entwicklung und Erprobung hochautomatisierter Schiffe
Dr.-Ing. Jens Neugebauer, Universität Duisburg
Kleinere, speziell für die Forschung entwickelte Schiffe sind für die Entwicklung und Erprobung von Systemen zur Automatisierung und Fernsteuerung ideal geeignet. Im Gegensatz zu großen, kommerziellen Schiffen, bieten sie eine hohe Verfügbarkeit, können mit geringem Aufwand an aktuelle Forschungs- und Entwicklungsthemen angepasst und mit vertretbarem Kostenaufwand betrieben werden. Aus diesem Grund haben die Universität Duisburg-Essen (UDE) und das Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme (DST) das Forschungsschiff NOVA entwickelt.
Die NOVA ist ein vollelektrisch angetriebener Forschungskatamaran. Sie hat eine Länge von 15 m, eine Breite von 7,1 m und einen Tiefgang von 0,7 m. Damit ist das Schiff auch für den Einsatz unter Niedrigwasserbedingungen geeignet. Das Schiff wird von zwei Elektromotoren angetrieben, die jeweils einen Festpropeller antreiben. Es kommt eine professionelle Navigationsausrüstung zum Einsatz, wie sie normalerweise auf Binnenschiffen verwendet wird. Für die Automatisierung und Fernsteuerung sind weitere Sensoren zur Umgebungswahrnehmung und Zustandserkennung des Schiffes erforderlich. Es wurden Radar- und LiDAR-Sensoren, unterschiedliche Kameras, ein Stereo-Kamerasystem sowie eine Infrarot-Kamera implementiert. Über eine inertiale Messeinheit werden die Bewegungen des Schiffes präzise gemessen. Die Messwerte der Sensoren werden zentral erfasst und zur Auswertung an Land übertragen. Das Steuersystem wurde so konzipiert, dass die Fernsteuerung und automatisierte Steuerung ebenso möglich sind, wie ein manueller Betrieb. Integrierte Sicherheitsvorkehrungen erlauben jederzeit die Umschaltung auf eine manuelle Steuerung.
Die NOVA dient als Plattform für die Entwicklung sowie Test- und Demonstrationsaktivitäten im Themenkontext von Automatisierung, Fernsteuerung, Assistenzsystemen und intelligenter Schiffsführung. Darüber hinaus ist das Energiesystem modular gestaltet und es steht ausreichend Reserveverdrängung zur Verfügung, um alternative Energiesysteme, wie Brennstoffzellen oder Generatoren zu implementieren und zu erproben. Die erfassten Daten können bspw. unter Nutzung des Maschinellen Lernens für die Entwicklung von KI-Modellen, z. B. zur Objekterkennung, Objektverfolgung und Schiffsdynamik, verwendet werden. Der modulare Aufbau des Schiffes ermöglicht die einfache Implementierung neuer Sensoren und Antriebstechnologien. Bei der Entwicklung des Schiffes stand die Übertragung der Forschungsergebnisse auf die kommerzielle Binnenschifffahrt im Fokus. Die Charakteristik des Schiffes lässt allerdings gleichermaßen Entwicklungen im Bereich der Küsten- und Seeschifffahrt mit einem Fokus auf sicherheitsrelevante Fragestellungen sowie eine Übertragung in einen kleineren Maßstab, wie vollautomatisierte Wasserdrohnen, zu.
Der Vortrag gibt einen Überblick über das Schiff, die für die Automatisierung relevante, modulare Hard- und Software-Infrastruktur und thematisiert die Ergebnisse und Arbeiten aktueller Forschungsprojekte.
