DE102010003031B4

DE102010003031B4 - Method and device for integrated, simulation-based maneuver planning and execution on ships and in ship simulators

Info

Publication number: DE102010003031B4
Application number: DE201010003031
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: DE102010003031A1

Abstract

Verfahren zur integrierten, simulationsgestützten oren dadurch gekennzeichnet, dass über ein Simulations-Steuer-Interface für einzustellende Manöverparameter durch ein Simulations-/Prädiktions-Modul Manövervarianten für einen Manöverplan erzeugt werden, der durch Darstellung des Schiffes und der Umgebung auf einem Präsentations-Display überprüft und durch einen Planungs-Daten-Manager so variiert wird, dass passende Manöverparameter für den optimierten Manöverplan ausgewählt und gespeichert werden mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellung vd, Schiffs-Bewegungs- und Schiffs-Umwelt-Parameter über ein Simulations-Steuer-Interface in einen Planungsdaten-Kollektor im Manöver-Planungs-Modus, b) Festlegung des ersten Manövers an einem Manöverpunkt 1 (MP1) für den Manöverplan auf einem Präsentations-Display Modul, insbesondere einer elektronischen Seekarte, c) Simulation eines ersten Manöversegmentes durch Fast-time-Simulation über das Simulations-Steuer-Interface für passend einzustellende Manöverparameter durch ein Simulations-/Prädiktions-Modul mit Daten aus einer Schiffs-Datenbank, d) unter sofortiger Darstellung des Manöversegmentsem Präsentations-Display, e) Bearbeitung der geographischen Positionen...Method for integrated, simulation-based oren characterized in that a simulation / prediction module generates maneuver variants for a maneuver plan via a simulation control interface for maneuver parameters to be set, which is checked and verified by showing the ship and the surroundings on a presentation display is varied by a planning data manager in such a way that suitable maneuver parameters for the optimized maneuver plan are selected and saved with the following steps: a) Provision of vd, ship movement and ship environment parameters via a simulation control interface in a planning data collector in the maneuver planning mode, b) definition of the first maneuver at a maneuver point 1 (MP1) for the maneuver plan on a presentation display module, in particular an electronic nautical chart, c) simulation of a first maneuver segment by fast-time Simulation via the simulation control interface for suitable adjustment e Maneuver parameters through a simulation / prediction module with data from a ship's database, d) with immediate display of the maneuver segment, e) processing of the geographical positions ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung für die Anwendung beim Manövrieren von Schiffen, speziell zur Planung geeigneter Stellgrößen als Steuerparameter für Ruder, Maschinen und andere Manövriereinrichtungen und die Überwachung der Durchführung des Manöverablaufes unter aktuellen Schiffs- und Umgebungsbedingungen beim späteren Abfahren der Manöver. Sie kann sowohl bei der Steuerung realer Schiffe als auch in der Schiffsführung in der Trainingsimulation an Ship Handling Simulatoren eingesetzt werden.The invention relates to a method and a device for use in maneuvering ships, especially for planning suitable manipulated variables as control parameters for rudders, machines and other maneuvering devices and monitoring the execution of the maneuver sequence under current ship and environmental conditions during the later departure of the maneuvers. It can be used both in the control of real ships and in the ship's command in the training simulation on ship handling simulators.

Stand der TechnikState of the art

Zur Unterstützung der Schiffsführung beim Manövrieren ist eine Reihe von Mitteln bekannt, die auf einem Display in einer elektronischen Seekarte die geplante Sollbahn des Schiffes und die aktuelle Position und Lage des Schiffes als Schiffskontur als aktuelle Situationsdarstellung mit der Umgebung um das Schiff anzeigen. Die Steuerung des Schiffes geschieht dann durch menschlichen Eingriff, indem mittels aus der Erfahrung der Schiffsoffiziere geschätzter Werte für die Vorgabe der Stellgrößen und notwendiger Korrektur durch visuellen Vergleich der Wirkung auf die Bewegung des Schiffes zur Einhaltung der Sollbahn auf dem Display oder in der wirklichen Umgebung mittels Blick von der Brücke das Schiff gesteuert wird. Zur Unterstützung kann auf dem Display eine Vorhersage des nächsten Bahnabschnittes durch Voraussimulation (Prädiktion) entsprechend den aktuellen Bewegungsparametern geliefert werden, woraus dann manuelle Steuereingriffe durch den Nautiker selbst abgeleitet werden sollen. Trotz dieser Unterstützung ist das Manövrieren von Schiffen eine große Herausforderung, die in den meisten Fällen nur den erfahrenen Nautikern (Kapitänen, oder externen Beratern wie Lotsen an Bord oder bei oder Landberatung durch VTS) überlassen wird.To assist the ship's command in maneuvering a number of means is known, display on a display in an electronic chart the planned desired course of the ship and the current position and position of the ship as a ship's contour as current situation representation with the environment around the ship. The control of the ship then takes place through human intervention by using estimated from the experience of the ship's officers values for the specification of the control variables and necessary correction by visual comparison of the effect on the movement of the ship to comply with the desired trajectory on the display or in the real environment means View from the bridge the ship is controlled. For assistance, a prediction of the next lane section may be provided on the display by pre-simulation according to the current motion parameters, from which manual control interventions shall be derived by the navigator himself. Despite this support, maneuvering ships is a major challenge, which in most cases is left up to experienced boaters (captains, or external consultants such as pilots on board or at VTS).

Andererseits kann auch eine automatisierte Steuerung angewendet werden, bei der durch Regeleinrichtungen die Stellgrößen nach notwendigen Vereinfachungen der physikalischen Zusammenhänge abgeleitet werden, um das Schiff näherungsweise entlang der Sollbahn zu steuern. Die automatisierte Steuerung wird wegen der systemtypisch notwendigen, vollständigen oder teilweise Linearisierung bei Reglern für die Ableitung von automatisierten Stellvorgaben nicht in schwierigen, komplexen Situationen angewandt.On the other hand, an automated control can be applied, are derived by regulating the manipulated variables after necessary simplifications of the physical relationships to control the ship approximately along the target path. The automated control system is not used in difficult, complex situations due to the system-typical, complete or partial linearization of controllers for the derivation of automated control settings.

Bei den Prädiktionen gibt es folgende bekannte Möglichkeiten mit den jeweiligen Defiziten.In the case of the predictions, there are the following known possibilities with the respective deficits.

In elektronischen Seekarten-Systemen, sogenannten Electronic Chart Display And Information Systems (ECDIS) werden als „Curved Headline” bezeichnete, stark vereinfachte Vorhersagen der Bahn des Schiffes angezeigt, bei der nur die aktuellen Geschwindigkeitskomponenten als konstant über die Zeit integriert werden, so dass grundsätzlich nur Kreisbahnen vorhergesagt werden, Änderungen der Bewegung durch die Änderung von Stelleinrichtungen werden dadurch erst nach langer Zeit erkannt und grundsätzlich keine Maschinen Manöver sondern nur Kurs- und Bahnänderungen angezeigt.In Electronic Chart Display Systems and Information Systems (ECDIS) are shown as "Curved Headline", greatly simplified predictions of the ship's orbit, in which only the current speed components are integrated as constant over time, so basically only orbits are predicted, changes in the movement by the change of adjusting devices are recognized only after a long time and basically no machine maneuvers but only course and track changes.

Es wird bisher auch nur jeweils ein einziges Manöver bei der Voraussimulation/Prädiktion berücksichtigt, Übergänge in nachfolgende Manöver werden nicht berücksichtigt, in einem Fall wird nur stark vereinfacht die Darstellung eine geraden, neuen Kurslinie an einen als Kreis dargestellten Manöverabschnitt eingeblendet. In der Patentveröffentlichung DD 251832 A1 werden darüber hinaus auch einzelne, speziell zusammengesetzte Manöver für den Mensch-über-Bord Unfall (z. B. Scharnow- und Single Turn) angegeben, aber nur als Darstellung von aufgezeichneten Bahnen des Schiffe, die durch einfache Formeln skaliert werden sollen.So far, only one single maneuver is taken into account in the pre-simulation / prediction, transitions into subsequent maneuvers are not taken into account, in one case the representation of a straight, new course line is superimposed on a maneuver section shown as a circle. In the patent publication DD 251832 A1 In addition, individual, specially composed maneuvers for the man-over-board accident (eg Scharnow and single turn) are given, but only as a representation of recorded orbits of the ship to be scaled by simple formulas.

Fortgeschrittene Systeme verwenden schon nichtlineare Simulations-Modelle für die Manöver-Prädiktion, die auch Maschinen- und andere Manövriereinrichtungen voraussimulieren, aber bisher nur für die aktuellen Stellgrößen angewandt werden und nicht auf vorherigen Bahnplanungen beruhen.Advanced systems already use nonlinear simulation models for maneuver prediction, which also simulate machine and other maneuvering devices, but so far are only used for the current manipulated variables and are not based on previous path planning.

Die Planung einer vorzugebenden Sollbahn geschieht bisher mit starker Vereinfachung generell als Folge/Liste von Wegpunkten mit dazwischen liegenden geometrischen Bahn-Segmenten, d. h. geradlinigen Bahnabschnitten und an Kursänderungen mittels kreisbogenförmig ausgeprägten Segmenten der Sollbahn. Darüber hinaus können auch Sollgeschwindigkeiten für die Bahn-Segmente zugewiesen werden.The planning of a predetermined target trajectory is done so far with a high degree of simplification generally as a consequence / list of waypoints with intervening geometric trajectory segments, d. H. rectilinear track sections and course changes by circular arc-shaped segments of the desired path. In addition, target speeds for the web segments can also be assigned.

So wird in US 20040006423 A1 für eine einzuhaltende Bahn eine Wegpunktplanung beschrieben: die einzelnen Wegpunkte werden festgelegt und nur durch Geraden verbunden und sollen anschließend durch einen Regler als automatische Steuerung/Bahnführung abgefahren werden. Für diese automatische Bahnführung können noch Bahnbegrenzungen (als Keep out zones) und Soll-Lagen sowie Geschwindigkeits-Limits definiert werden. Zusätzlich können Constraints als Gewichtungsfaktoren definiert werden um zu bestimmen, wie genau der Regler die gesetzten Bedingungen einhalten soll. Es handelt sich hier um eine reine Wegpunktplanung und anschließende automatische Bahnführung mit Restriktionen, d. h. die automatisierte Steuerung beeinflusst erst bei der Abfahrt der Wegpunkte die einzelnen Steuersignale.So will in US 20040006423 A1 A waypoint planning is described for a train to be complied with: the individual waypoints are defined and connected only by straight lines and are then traversed by a controller as automatic control / path guidance. For this automatic path guidance, it is also possible to define path limits (as keep out zones) and target positions as well as speed limits. In addition, constraints can be defined as weighting factors to determine how exactly the controller should comply with the set conditions. This is a pure waypoint planning and subsequent automatic lane guidance with restrictions, ie the automated control affects only at departure of the waypoints the individual control signals.

Sie bilden die Grundlage für die Ableitung von Stellgrößen von Reglern für die automatisierte Steuerung, aus denen dann z. B. auf den Kreisbogenabschnitten die Ruderlage für eine konstante Drehrate unter zunächst angenommenen störungsfreien Bedingungen ermittelt werden kann. im Patent DE 10164701 B4 wird auch der Einfluss von Störungen durch geänderte Umgebungsbedingungen berücksichtigt, speziell von Strömungsfeldern, deren Daten von externen Sensoren auf das Schiff übertragen oder an Bord bestimmt werden. Eine konkrete, detaillierte Planungsphase und Überprüfung des Planes durch nichtlineare, reale Manöver-Simulation fehlt. Fehler durch systemtypisch notwendige, vollständige oder teilweise Linearisierung bei Reglern für die Ableitung von automatisierten Stellvorgaben können auch zu nicht durchführbaren Manöverkonzepten führen. They form the basis for the derivation of manipulated variables from controllers for automated control, from which then z. B. on the circular arc sections, the rudder position for a constant rotation rate under initially assumed trouble-free conditions can be determined. in the patent DE 10164701 B4 It also takes into account the influence of disturbances due to changes in environmental conditions, especially flow fields whose data are transferred from external sensors to the ship or determined on board. A concrete, detailed planning phase and review of the plan by nonlinear, real maneuver simulation is missing. Errors due to system-specific, complete or partial linearization of controllers for the derivation of automated setting specifications can also lead to unmanageable maneuvering concepts.

Im Patent DE 4423233 C2 wird eine Betrachtung des gesamten Risikozustandes beim Betrieb eines Schiffes vorgenommen, ohne speziell auf einen Einzelzustand, wie z. B. auf den Manövrierprozess und dabei insbesondere auf Einzelheiten seiner Planung und Durchführung, konkreter einzugehen.In the patent DE 4423233 C2 a consideration of the overall risk condition in the operation of a ship is made, without specifically to a single state, such. As to the maneuvering process and in particular to details of its planning and implementation, to respond more specifically.

All diesen Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, dass sie für die Festlegung der Sollbahn keine situationsgerechte, detaillierte und physikalisch begründete Manöverplanung enthalten und damit nicht der gesamte Manövrierprozess für einen Reiseabschnitt in Seegebieten mit komplexen Manövrieranforderungen ganzheitlich überprüft bzw. optimiert und Manöver nach einem solchen, ggf. vorhandenen, vereinfachten Plan gesichert durchführbar sind.All these methods have the common disadvantage that they do not contain situation-appropriate, detailed and physically justified maneuver planning for determining the desired course and thus not the entire maneuvering process for a travel section in sea areas with complex maneuvering requirements holistically checked or optimized and maneuvers after such, if necessary existing, simplified plan are feasible secured.

Bei der Unterstützung der Manöverdurchführung durch Voraus-Simulation/Prädiktion wird bisher lediglich auch nur jeweils ein einziges Manöver-Segment bei der Voraussimulation/Prädiktion entsprechend der aktuellen Stellsignale der Steuereinrichtungen berücksichtigt, so dass die Auswirkung von realen Folgemanövern nicht eingeschätzt werden kann.In support of the maneuver execution by advance simulation / prediction, so far only a single maneuver segment is taken into account in the pre-simulation / prediction according to the current control signals of the control devices, so that the impact of real follow-up maneuvers can not be estimated.

Bekannt ist auch eine Navigationseinrichtung für den Straßenverkehr ( DE 60 2004 010 084 T2 ), die simulierte Navigationsdaten anzeigen kann. Diese sogenannte Simulation dient nur zur Demonstration der fertigen Route, die selbständig vom Rechner geplant wurde. Analog zu der Wegpunktplanung als sogenannter Navigationsplan im maritimen Verkehr gibt es auch im Landverkehr eine Routenplanung, die allerdings noch viel einfacher auf der Basis des in Datenbanken gespeicherten Straßennetzes in einem Fahrzeug-Navigationssystem erfolgt. Die in DE 60 2004 010 084 T2 geschilderte Simulation ist ein vereinfachter Darstellungsablauf der Fahrt des Fahrzeuges entlang der fertig geplanten Route in dem vorhandenen Straßen-Netz mit abschnittsweise konstanter Durchschnitts-Geschwindigkeit.Also known is a navigation device for road traffic ( DE 60 2004 010 084 T2 ) that can display simulated navigation data. This so-called simulation serves only to demonstrate the finished route, which was independently planned by the computer. Analogous to the waypoint planning as a so-called navigation plan in maritime traffic, there is also a route planning in land transport, which, however, takes place much easier on the basis of the road network stored in databases in a vehicle navigation system. In the DE 60 2004 010 084 T2 described simulation is a simplified presentation process of the drive of the vehicle along the planned route in the existing road network with sections constant average speed.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine simulationsgestützte Planung für einen effektiven und sicheren, auch unter vorausplanbaren Umweltbedingungen/Störungen real durchführbaren Manöverablauf zu ermöglichen und darüber hinaus zu verbinden mit einem effektiven Monitoring bei der Manöverdurchführung, bei dem dann auch auf ggf. aufgetretene Änderungen in den Situationsbedingungen durch eine Editierung des Manöverplans während des Manövers schnell reagiert werden kann, ohne auf Vereinfachungen durch Linearisierung und andere Grenzen bei automatisierten Steuerungen angewiesen zu sein. Das Schiff kann selbst auch in Seegebieten mit komplexen Manövrieranforderungen manuell mit hoher Sicherheit gesteuert werden.The object of the invention is to enable a simulation-based planning for an effective and safe, even under predictable environmental conditions / disorders real feasible maneuver sequence and beyond to connect with an effective monitoring in the maneuver implementation, in which then also possibly occurred changes in the Situation conditions can be responded quickly by editing the maneuver schedule during the maneuver without relying on simplifications through linearization and other limits in automated controls. The ship can be controlled manually with high security even in sea areas with complex maneuvering requirements.

Die Lösung erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.The solution is achieved by the features listed in the claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur integrierten, simulationsgestützten Manöver-Planung auf Schiffen und in Schiffssimulatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass
über ein Simulations-Steuer-Interface für einzustellende Manöverparameter durch ein Simulations-/Prädiktions-Modul Manövervarianten für einen Manöverplan erzeugt werden, der durch Darstellung des Schiffes und der Umgebung auf einem Präsentations-Display überprüft und durch einen Planungs-Daten-Manager so variiert wird, dass passende Manöverparameter für den optimierten Manöverplan ausgewählt und gespeichert werden mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellung von erforderlichen Initial-Daten für Schiffs-Zustand, Schiffs-Bewegungs- und Schiffs-Umwelt-Parameter über ein Simulations-Steuer-Interface in einen Planungsdaten-Kollektor im Manöver-Planungs-Modus,
b) Festlegung des ersten Manövers an einem Manöverpunkt 1 (MP1) für den Manöverplan auf einem Präsentations-Display Modul, insbesondere einer elektronischen Seekarte,
c) Simulation eines ersten Manöversegmentes durch Fast-time-Simulation über das Simulations-Steuer-Interface für passend einzustellende Manöverparameter durch ein Simulations-/Prädiktions-Modul mit Daten aus einer Schiffs-Datenbank,
d) unter sofortiger Darstellung des Manöversegments für die geplante Bahn und Lage des Schiffes auf dem Präsentations-Display,
e) Bearbeitung der geographischen Positionen der Manöverpunkte (Startpunkt- und/oder Endpunkt des Manöversegments) mittels des Planungs-Daten-Managements und visuelle Auswahl der Manöverparameter für alle Manöver-Stelleinrichtungen des Schiffes zur Erzeugung eines optimalen Manöverablaufs,
f) Speichern des simulierten Manöver-Segments als Bahn und Steuerparametersatz mit Startpunkt und Endpunkt des Manöversegmentes in dem Manöverplan durch den Planungs-Daten-Manager, wobei zusätzlich neben den geografischen Positionsangaben/Wegpunkten auch die bei der Planung gefundenen Manöverparameter für einen nachfolgenden Manöverpunkt 2 (MP2) übergeben werden,
g) Wiederholung der Schritte c) bis f), um die folgenden Manöversegmente zu simulieren, bis durch den Planungs-Daten-Manager ein kompletter Manöverplan als Manöverpunktliste mit abgespeicherten Manöverparametern und Bahndaten der Manöverbahn, Lage und Geschwindigkeit in einer Manöverplan-Datei erstellt ist.

The inventive method for integrated, simulation-based maneuver planning on ships and in ship simulators is characterized in that
Maneuver variants for a maneuver plan are generated via a simulation control interface for maneuver parameters to be set by a simulation / prediction module, which is checked by displaying the ship and the environment on a presentation display and varied by a planning data manager in that suitable maneuver parameters for the optimized maneuvering plan are selected and stored with the following steps:

a) Providing required initial data for ship condition, ship movement and ship environment parameters via a simulation control interface in a planning data collector in maneuver planning mode,
b) definition of the first maneuver at a maneuver point 1 (MP1) for the maneuvering plan on a presentation display module, in particular an electronic nautical chart,
c) simulation of a first maneuver segment by fast-time simulation via the simulation control interface for suitably set maneuver parameters by a simulation / prediction module with data from a ship database,
d) with immediate presentation of the maneuvering segment for the intended course and position of the ship on the presentation display;
e) Processing of the geographical positions of the maneuver points (starting point and / or end point of the maneuvering segment) by means of the planning data management and visual selection the maneuver parameter for all maneuver control devices of the ship for generating an optimal maneuver sequence,
f) storing the simulated maneuver segment as path and control parameter set with starting point and end point of the maneuvering segment in the maneuvering plan by the planning data manager, wherein in addition to the geographical position information / waypoints also found in the planning maneuver parameters for a subsequent maneuver point 2 ( MP2),
g) repetition of steps c) to f) to simulate the following maneuver segments until a complete maneuver plan as maneuver point list with stored maneuvering parameters and maneuvering path, attitude and speed path data in a maneuvering plan file is prepared by the scheduling data manager.

Das Verfahren zur integrierten, simulationsgestützten Manöver-Durchführung auf Schiffen und in Schiffssimulatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass
durch eine gleichzeitige Darstellung die folgenden Elemente auf einem Präsentations-Display miteinander verglichen werden (Multipler Prädiktor):

a) eine geplante Manöverbahn entsprechend der Ergebnisse der Manöver-Planung, und
b) eine aktuelle Position und Lage des Schiffes,
c) sowie zusätzlich Ergebnisse einer multiplen Manöverprädiktion durch Voraussimulation von vorhergesagten, zukünftigen Manöverbahnen i. sowohl entsprechend der aktuell eingestellten Werte aller Manöver-Stelleinrichtungen ii. als auch entsprechend den Manöverparametern ausgewählter, nächstliegender Manöversegmente (aktuelles Segment und Folgemanöver) aus dem Manöverplan,

um das Schiff nach visuellen Informationen auch manuell zu steuern, wobei bei Veränderung der Umgebungsbedingungen, wie Wind und Strom, gegenüber dem ursprünglichen Manöverplan die nächstliegenden Manöversegmente des Manöverplanes entsprechend der Verfahrensschritte nach Anspruch 1 editiert und als neue Führungsvorgabe an die aktuelle Manöversituation angepasst werden.The method for integrated, simulation-based maneuvering on ships and in ship simulators is characterized in that
Simultaneous display compares the following elements on a presentation display (multiple predictor):

a) a planned maneuvering track according to the results of the maneuver planning, and
b) a current position and position of the ship,
c) and additionally results of a multiple maneuver prediction by pre-simulation of predicted, future maneuvering paths i. both according to the currently set values of all maneuver actuators ii. as well as according to the maneuver parameters of selected, nearest maneuver segments (current segment and follow-up maneuver) from the maneuver plan,

in order to manually control the ship according to visual information, whereby when changing the environmental conditions, such as wind and electricity, compared to the original maneuvering plan, the nearest maneuvering segments of the maneuvering plan are edited according to the method steps of claim 1 and adapted as a new guide to the current maneuver situation.

Bei Veränderung der Umgebungsbedingungen, wie Wind und Strom, werden gegenüber dem ursprünglichen Manöverplan die nächstliegenden Manöversegmente des Manöverplanes durch Simulation editiert und als neue Führungsvorgabe an die aktuelle Manöversituation angepasst.When changing the environmental conditions, such as wind and electricity, the next maneuver segments of the maneuver plan are edited by simulation compared to the original maneuvering plan and adapted as a new guide to the current maneuver situation.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur integrierten, simulationsgestützten Manöver-Planung auf Schiffen und in Schiffssimulatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Planungsdaten-Kollektor, welcher die erforderlichen Daten für Schiffs-Zustand, Manöverparameter und Schiffs/Umweltinformationen bereitstellt, verbunden ist mit

a) einer Schiffsdatenbank, welche Schiffs-Simulations-Parameter enthält, und
b) einem Simulations-/Prädiktions-Modul zur Simulation der Schiffsbahn und -lage und
c) einem Planungs-Datenmanager im Manöver-Planungs-Modus, wobei das Simulations-/Prädiktions-Modul und der Planungs-Datenmanager mit einem Präsentation & Display-Modul verbunden sind, welches die Manöver darstellt und auf ihre Eignung prüft, und
d) der Planungs-Datenmanager mit einer Manöver-Datenbank verbunden ist, in der dann endgültig ein Manöverplan zur Weiterverwendung bei der Manöverdurchführung gespeichert wird.

The inventive device for integrated, simulation-based maneuver planning on ships and in ship simulators is characterized in that a planning data collector, which provides the necessary data for ship condition, maneuver parameters and ship / environmental information, is associated with

a) a ship database containing vessel simulation parameters, and
b) a simulation / prediction module for simulating the ship's course and position and
c) a scheduling data manager in maneuver scheduling mode, wherein the simulation / prediction module and the scheduling data manager are linked to a presentation & display module that presents the maneuvers and checks for their suitability, and
d) the planning data manager is connected to a maneuver database, in which then finally a maneuver plan for further use in the maneuver execution is stored.

Die Einrichtung zur integrierten, simulationsgestützten Manöver-Durchführung auf Schiffen und in Schiffssimulatoren ist dadurch gekennzeichnet, dass

a) ein Daten-Kollektor, welcher die aktuellen Schiffs-, Navigations-, Steuer-, und Umweltdaten erfasst, mit einem Daten-Prozessor verbunden ist, welcher Parameter für eine Simulation vorverarbeitet und filtert, und
b) über ein Parameteridentifikationsmodul mit einer Datenbank für Schiffs-Simulations-Parameter verbunden ist, in der die vorverarbeiteten und gefilterten Parameter bereitgestellt und/oder aktualisiert werden,
c) um in einem, mit der Datenbank verbundenen Multiplen Prädiktor, welcher i. sowohl ein Dynamisches Manöver-Prädiktions-/Simulationsmodul für aktuelle Steuer-Parameter, in dem die Manöverbewegungen des Schiffes simuliert werden, ii. als auch einen Dynamischen Manöver-Planungs-Prädiktor für die nächstliegenden Manöversegmente enthält, welcher gleichzeitig und parallel aus dem ursprünglichen Manöverplan mit den geplanten Steuerparametern Manöverbewegungen unter aktuellen Bedingungen voraussimuliert, und iii. der Multiple Prädiktor mit einem Präsentations-Display-Modul verbunden ist, um eine Darstellung des Schiffes in seiner Umgebung unter den aktuellen Umgebungsbedingen zusammen mit allen vorstehenden Prädiktionen anzuzeigen und zu vergleichen, um die optimalen Manöver unter den aktuellen Bedingungen zu ermitteln und durch manuelle oder automatisierte Steuerung anzuwenden, iv. indem ein Manöverplan-Management & Editierungs-Modul mit einem Daten-Bank-Manager verbunden ist und auf die Daten-Bank mit dem gespeicherten Manöverplan zurückgreift und v. über einen Planungs-Daten-Kollektor mit einem Simulations-Steuerungs-Interface eine Manöver-Editierung vornimmt.

The device for integrated, simulation-based maneuvering on ships and in ship simulators is characterized in that

a) a data collector, which captures the current vessel, navigation, control and environmental data, is connected to a data processor, which preprocesses and filters parameters for a simulation, and
b) is connected via a parameter identification module to a ship simulation parameter database in which the preprocessed and filtered parameters are provided and / or updated,
c) in a multiple predictor connected to the database, which i. both a dynamic maneuver prediction / simulation module for current control parameters in which the maneuver movements of the ship are simulated, ii. as well as a dynamic maneuver planning predictor for the nearest maneuver segments, which simulates maneuver movements under current conditions simultaneously and in parallel from the original maneuver plan with the planned control parameters, and iii. the multiple predictor is connected to a presentation display module to display and compare a representation of the vessel in its environment under the current environmental conditions along with all the above predictions, to determine the optimal maneuvers under the current conditions, and by manual or automated Apply control, iv. by having a maneuvering plan management & editing module with a data bank manager connected to the data bank with the stored maneuvering plan and v. Maneuver editing via a scheduling data collector with a simulation control interface.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass statt einer üblichen, vereinfachten Wegpunktplanung durch die neue, simulationsgestützte Manöverplanung der konkrete Manöver-Bahnverlauf mit allen Manöver-Stellgrößen als Referenzbahn zur Verfügung steht. Für die Manöverdurchführung durch manuelle oder reglergestützt Steuerung des Schiffes kann dann einfach das Schiff auf dieser Bahn geführt werden, wobei neben einer üblichen Manöverprädiktion mit den wirklichen, aktuellen Stellsignalen der Manövriereinrichtungen auch die nächsten Manöversegmente des Manöverplanes durch einen Prädiktor mit den jetzt aktuellen Umgebungsbedingungen mittels visuellem Vergleich in einem Display oder durch eine mathematischen Differenzbildung verglichen werden können um auch die geplanten Manöver möglichst effektiv zu realisieren.The advantages achieved by the invention are, in particular, that instead of a conventional, simplified waypoint planning by the new, simulation-based maneuver planning of the concrete maneuver trajectory with all maneuver control variables is available as a reference trajectory available. For the maneuver execution by manual or controller-based control of the ship then the ship can be easily guided on this track, in addition to a usual maneuver prediction with the actual, actual control signals of Manövriereinrichtungen also the next maneuvering segments of the maneuvering plan by a predictor with the current environmental conditions by means of visual Comparison can be compared in a display or by a mathematical subtraction in order to realize the planned maneuvers as effectively as possible.

Durch diese Methode können ohne Einschränkung nahezu beliebig nichtlineare, komplexe Modelle zur Simulation verwendet werden, ohne durch notwendige Vereinfachung beispielsweise durch Linearisierung beim Einsatz von Reglern eingeschränkt zu sein.With this method, almost any non-linear, complex models can be used for simulation without restriction, without being limited by necessary simplification, for example by linearization in the use of controllers.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen 1 bis 4 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is illustrated in the drawings 1 to 4 and will be described in more detail below.

Die Manöverplanung geschieht durch vorheriges „Abfahren” des gewünschten Routenabschnittes mittels Fast Time Simulation, d. h. anstelle der realen Manöver-Stelleinrichtungen auf der Brücke wird das Schiff durch ein Simulations-Steuer-Interface in einer elektronischen Seekarte Abschnittsweise durch das Manövergebiet gesteuert. Die geplante Bahn und Lage des Schiffes wird bei Änderung der Steuersignale sofort berechnet und im Display angezeigt, ausgehend von der ausgewählten Anfangsposition. Wird z. B. die Ruder- bzw. die Maschineneinstellung auf der Anfangsposition für den aktuellen Manöverabschnitt geändert, wird die alte Bahn gelöscht und die neue berechnet und angezeigt. Zur Auswahl der Ausgangs-Position für das nächste Manöver wird dann das Schiff bzw. seine Kontur auf der geplanten Bahn vor oder zurück verschoben. An der gewünschten Ausgangs-Position wird dann wieder eine Simulation gestartet, in dem dort die Steuersignale für das Folgemanöver ausgewählt werden.The maneuver planning is done by "driving off" the desired route section by means of Fast Time Simulation, d. H. instead of real maneuver controls on the bridge, the ship is controlled in sections through the maneuver area by a simulation control interface in an electronic chart. The planned course and position of the ship is immediately calculated when the control signals are changed and shown on the display, starting from the selected starting position. If z. For example, if the rudder or machine setting is changed to the starting position for the current maneuver section, the old lane is deleted and the new one is calculated and displayed. To select the starting position for the next maneuver, the ship or its contour is then moved forwards or backwards on the planned path. At the desired output position, a simulation is then started again in which the control signals for the following maneuver are selected there.

In 1 ist beispielhaft ein solche Manöverplanung für einen Reiseabschnitt zum Ansteuern und Drehen auf einer Wendeplatte mit folgenden Manöversegmenten und Manöverpunkten MP dargestellt.In 1 is exemplified such a maneuver planning for a travel section for driving and turning on a turntable with the following maneuvering segments and maneuver points MP shown.

1: Manöverplanung für einen Reiseabschnitt zum Ansteuern und Drehen auf einer Wendeplatte mit folgenden Manöversegmenten und Manöverpunkten (MP)
MP1: Fahrt im Fahrwasser mit Mittschiffs zur Ansteuerung Wendeplatte,
MP2: Beim Anlaufen Wendeplatte aus Geradeausfahrt: Manöver Aufstoppen mit kombiniertem Manöver Maschine Zurück-Voll mit Querstrahler und ggf. Ruder,
MP3: Maschine Zurück-Halbe mit anderem/weniger Querstrahler oder Ruder zum „Zielen in das richtige Hafenbecken oder Anleger,
MP4: Rückwärtsfahrt mit bestimmter Einstellung Querschubanlage für gewünschte Kursänderung am Ende der Wendeplatte. 1 : Maneuver planning for a travel section for driving and turning on a turning table with the following maneuver segments and maneuver points (MP)
MP1: ride in fairway with midships to control insert,
MP2: When starting turning plate from straight ahead: Maneuver Stopping with combined maneuver Machine back full with cross radiator and possibly rudder,
MP3: Machine back-half with other / less cross radiator or rudder to "aiming in the right docks or jetty,
MP4: reverse drive with specific setting Transverse thrust system for the desired change in the course at the end of the insert.

Beim 1. Manöver am Manöverpunkt MP1 befindet sich das Schiff in der Fahrt im Fahrwasser mit Ruder Mittschiffs zur Ansteuerung Wendeplatte.At the first maneuver at the maneuver point MP1 the ship is in the ride in the fairway with rudder midships to control the turning plate.

Beim 2. Manöver bei Anlaufen Wendeplatte aus Geradeausfahrt ist ausgewählt als Folgemanöver „Manöver Aufstoppen kombiniert mit Querstrahler und ggf. Ruder”. Ausgehend vom Manöverpunkt MP2 sind 4 dünne Konturen entsprechend den gewählten Zeitabständen zu sehen und auf der 4. Kontur, die gepunktet hervorgehoben ist, ist schon die Manöverbahn für das neue Manöver Nr. 3 zu sehen, allerdings in diesem Punkt noch zu früh. Es muss also die Manöverposition noch etwas später verschoben werden, bis die Bahn passt: Diese Position wird dann der dick hervorgehobene Manöverpunkt MP3.At the 2nd maneuver at start-up the turning plate from straight ahead travel is selected as a follow-up maneuver "Stopping up maneuver combined with transverse emitter and possibly rudder". Starting from the maneuver point MP2 you can see 4 thin contours according to the selected time intervals and on the 4th contour, which is highlighted with dots, the maneuvering track for the new maneuver no. 3 can be seen, but still too early in this point. So the maneuvering position has to be moved a bit later, until the track fits: This position will be the thickly highlighted maneuver point MP3.

Wird von dort aus in das dann anschließende Folgemanöver „eingefahren”, wird von den Positionen auf der Folgemanöverbahn ausgehend das nächste Manöver ausgewählt und die sich ergebenden dünnen Konturen mit der gestrichelten Bahn am aktuellen Planungspunkt angezeigt usw. In dem Bild ist dieses Manöver schon als fertige, gefundene Lösung dargstellt für einen kompletten Manöverplan.If it is then "retracted" into the following subsequent maneuver, the next maneuver is selected from the positions on the follower track, and the resulting thin contours are displayed with the dashed line at the current planning point, etc. In the picture, this maneuver is already finished The solution found represents a complete maneuvering plan.

Solange man im Manöverplanungsmode ist, werden an jeder der Positionen während des gesamten Manöverplanes alle Zustände in einem Manöverplan gespeichert, damit man auch wieder in dem bisher geplanten Manöverzeitraum und von jeder Stelle im jeweils aktiven Manöver neu simulieren und planen kann, falls man nicht gleich zum Erfolg gekommen ist.As long as you are in the maneuver planning mode, all states are stored in a maneuver plan at each of the positions throughout the maneuver plan, so that you can simulate and plan again in the previously planned maneuvering period and from each point in the active maneuver, if one does not immediately Success has come.

Ist die Planung erfolgreich beendet, werden als Manöverplan die jeweiligen Positionen auf den ausgewählten Bahnen und dazu die jeweiligen Steuersignale an den speziellen Manöverpositionen in einem Manöverplan als Datei gespeichert, in der jeder Manöverpunkt (MP) eine laufende Nummer erhält.If the planning has been successfully completed, the maneuvering plan will be the respective positions on the selected courses and the respective ones Control signals stored at special maneuver positions in a maneuver plan as a file in which each maneuver point (MP) receives a serial number.

Die Einblendung des gesamten Manöverplanes und vor allem des relevanten Manöverplan-Segmentes am aktuellen Standort zusätzlich zur aktuellen Prädiktion mit den aktuellen Steuereinstellungen erlaubt ein viel mehr vorausschauendes Fahren als bei einzelner Manöverprädiktion.The display of the entire maneuvering plan and, above all, the relevant maneuvering plan segment at the current location in addition to the current prediction with the current control settings allows a much more predictive driving than with individual maneuver prediction.

In 2 ist ein Entwurf zu sehen für den Datenfluss und das Modulkonzept mit den Modulen:

– Planungsdaten-Kollektor (als Simulations-Steuer-Interface zur Auswahl Von Manöverparametern, Schiffs-Zustands- und Umgebungs-Daten), dessen Ausgang zusammen mit den Schiff-Simulations-Parametern aus der Schiffsdatenbank in das Simulations-/Prädiktions-Modul eingespeist wird;
– Die Ergebnisse der Simulation/Prädiktion werden im Präsentation & Display-Modul visualisiert und auf ihren Erfolg eingeschätzt;
– Der Planungs-Datenmanager im Manöver-Planungs-Modus organisiert die Abfolge der Planung und die Speicherung der Manöver- und Bahndaten als Manöverplan.

In 2 is a design for the data flow and the module concept with the modules:

Planned Data Collector (as simulation control interface for selection of maneuver parameters, vessel state and environment data) the output of which, together with the ship simulation parameters, is fed from the ship database into the simulation / prediction module;
- The results of the simulation / prediction are visualized in the Presentation & Display module and assessed for their success;
- The planning data manager in the maneuver planning mode organizes the sequence of planning and the storage of the maneuver and orbit data as a maneuver plan.

2: Konzept und Datenfluss für Vorausplanungs-Modul zum Entwurf und Speichern eines kompletten Manöverplans mit:
einem Planungsdaten-Kollektor welcher ein Simulations-Steuer-Interface enthält zur Auswahl von

1. Schiffs-Zustands-Daten: – Beladungsabhängige Parameter (Tiefgang, Lateralflächen); – Intervallgrenzen der Steuerorgane (Ruderwinkel, Drehrate, Maschine)
2. Manöver-Parameter: Kommandierte Werte für Ruderwinkel, Maschinentelegraf, Bug-/Heck-Strahlruder usw.
3. Initial-Daten/Schiffs-Bewegungs- und Umwelt-Parameter: Heading, Geschwindigkeit, Positionen, ROT, Wind, Strom, Wassertiefe usw.; einer Schiffs-Datenbank für Schiffs- Simulations-Parameter, wie Parameter des Simulations-Modells für die geplanten Simulationsbedingungen; einem Simulations-/Prädiktions-Modul für die Fast time Simulation der Schiffsbahn, Geschwindigkeit und Heading für frei wählbare Manöver für Planung der Route und Training; einem Planungs-Datenmanager im Manöver-Planungs-Modus für: – Erzeugung, Bearbeitung und Darstellung der betreffenden Manöver-Segmente des geplanten Bahnverlaufes und – Speicherung der simulierten Manöver-Segmente als Bahn und Steuerparametersatz an Manöverpunkten; einer Manöver-Datenbank für den Manöver Plan zur Speicherung der Elemente des Manöverplans zur Bahnvorhersage während der Manöver-Durchführung als Manöverpunktliste mit Manöverparametern; einem Präsentation und Display-Modul zur Anzeige der Manöverinformationen als Bahn verlauf in ECDIS-/Radar-Umgebung: Manöverplan/Bahnverlauf und Lagen des Schiffes.

2 : Concept and Data Flow for Advance Planning Module to design and save a complete maneuver plan with:
a planning data collector containing a simulation control interface for selecting

1. Ship condition data: - Load-dependent parameters (draft, lateral areas); - Interval limits of the control organs (rudder angle, yaw rate, machine)
2. Maneuver Parameters: Commanded values for rudder angle, engine telegraph, bow / stern thruster, etc.
3. Initial data / vessel motion and environmental parameters: heading, speed, positions, RED, wind, current, water depth, etc .; a ship database for ship simulation parameters, such as parameters of the simulation model for the planned simulation conditions; a simulation / prediction module for the fast time simulation of the ship's course, speed and heading for freely selectable maneuvers for route planning and training; a planning data manager in the maneuver planning mode for: generating, processing and displaying the relevant maneuver segments of the planned trajectory and storing the simulated maneuver segments as trajectory and control parameter set at maneuver points; a maneuver database for the maneuver plan for storing the elements of the maneuver plan for the course prediction during the maneuver execution as maneuver point list with maneuver parameters; a presentation and display module to display the maneuver information as a course in ECDIS / radar environment: maneuver plan / course and positions of the ship.

3: Skizze zur Manöverdurchführung mit Einblendung der Manöversegmente des gesamten Manöverplans (gestrichelte Bahnkurve), der Anzeige des Prädiktors für die Steuerparameter der beiden nächsten Manöver aus dem Manöverplan mit den aktuellen Umgebungsbedingungen (durchgezogene Kurven) sowie Anzeige des Prädiktors mit den aktuellen Steuerparametern (Schiffs-Konturen, verblassend mit fortschreitender Vorhersagezeit): Beispiel für Situation bei Annäherung eines Schiffes an eine Wendeplatte im Hafen. 3 : Sketch of the maneuver execution showing the maneuver segments of the entire maneuver plan (dashed trajectory), the predictor for the control parameters of the next two maneuver maneuver plots with the current ambient conditions (solid curves) and the predictor with the current control parameters (ship contours , fading as the forecast time advances): Example of situation when a ship approaches a turning plate in the harbor.

In 3 ist die Situation beim Einfahren eines Schiffes auf eine Wendeplatte dargestellt: das Schiff hat den MP1 passiert und ist schon im 1. Manöverabschnitt zur Ansteuerung der Wendeplatte und kurz vor dem MP2. Es stehen also an:

– Kommendes Manöver MP2: Beim Anlaufen Wendeplatte aus Geradeausfahrt: Manöver Aufstoppen mit kombiniertem Manöver ZV (zurück voll) mit Querstrahler und ggf. Ruder,
– Nachfolgendes Manöver MP3: ZH (zurück halbe) mit anderem/weniger Querstrahler oder Ruder zum „Zielen in das richtige Hafenbecken oder Anleger.

In 3 is the situation when entering a ship on a turntable shown: the ship has passed the MP1 and is already in the 1st maneuver section to control the insert and just before the MP2. So there are:

- Coming maneuver MP2: When starting turning plate from straight ahead: Maneuver Stopping with combined maneuver ZV (back full) with cross radiator and possibly rudder,
- Subsequent maneuver MP3: ZH (back half) with other / less cross radiator or rudder to "aiming in the right docks or jetty.

Dieser Manöverplan wird während des normalen Fahrt-Betriebs angezeigt, aber auch ständig als Manöverplan-Prädiktion mitgerechnet für die aktuellen Umgebungszustände und an der aktuellen Position des Schiffe angezeigt – zusätzlich zum normalen Manöverprädiktor. D. h. es werden ständig 3 Manöver zur Prädiktions-Anzeige berechnet:

1. Manöverprädiktion an aktueller Position für aktuelle Stellung der Steuereinrichtung,
2. Manöverprädiktion nächstes geplantes Manöversegment: kommendes geplantes Manöver, zu starten am nächste Manöverpunkt, hier MP2,
3. Manöverprädiktion übernächstes geplantes Manöversegment: zu starten während des Ablaufes des nächsten Manöversegments nach bestimmter Verzögerung/Prädiktionszeit am nächste Manöverpunkt, hier MP3.

This maneuvering schedule is displayed during normal cruise operation, but is also constantly displayed as a maneuvering plan prediction calculated for the current environmental conditions and at the ship's current position, in addition to the normal maneuver predictor. Ie. 3 maneuvers for the prediction display are constantly calculated:

1. maneuver prediction at current position for current position of the control device,
2nd maneuver prediction next planned maneuver segment: upcoming planned maneuver to start at the next maneuver point, here MP2,
3rd maneuver prediction over the next planned maneuver segment: to start during the course of the next maneuver segment after a certain delay / prediction time at the next maneuver point, here MP3.

Die Manöver des Manöverplans werden im Fahrtbetrieb wenigstens für die nächsten zwei Manöver noch editierbar sein, weil die aktuellen Bedingungen wie z. B. Windstärke oder -Richtung sich gegenüber der Planung verändert haben oder durch Schiffsverkehr Abweichungen nötig sind. Dazu kann derselbe Editor benutzt werden, wie bei der Manöverplanung beschrieben. Es wird dann das vorhandene Steuer-Interface für die Simulation angezeigt, auf dem für das jeweilige ausgewählte Manöver die Steuer-Einstellungen und die Manöverzeiträume variiert werden können, d. h. nach welcher Zeit das 1. Teilmanöver beendet wird und das 2. Teilmanöver beginnt.The maneuvers of the maneuver plan will be editable while driving at least for the next two maneuvers, because the current conditions such. B. Wind force or direction have changed from planning or deviations are necessary by shipping traffic. The same editor can be used for this, as described in the maneuver planning. The existing control interface for the simulation will then be displayed on which the control settings and the maneuver periods can be varied for the selected maneuver. D. H. after which time the 1st sub-maneuver is completed and the 2nd sub-maneuver begins.

In 4 ist ein Entwurf zu sehen für den Datenfluss und das Modulkonzept mit den Modulen:

– Daten-Kollektor für Navigations- und Schiffsdaten,
– Datenprozessor/Filter für Eingangsdaten,
– Parameteridentifikations-Modul für Simulations-Modelle zur Prädiktion,
– Simulations-Module für Prädiktion,
– Manöver-Editierungs-Modul bestehend aus: Manöver-Datenbasis, Manöverdaten-Editiermanager, Steuerungsmodule für Simulation,
– Multipler Prädiktor und Präsentations-Modul.

In 4 is a design for the data flow and the module concept with the modules:

- data collector for navigation and ship data,
- data processor / filter for input data,
- Parameter identification module for simulation models for prediction,
- simulation modules for prediction,
- Maneuver editing module consisting of: maneuver database, maneuver data editing manager, control modules for simulation,
- Multiple predictor and presentation module.

4: Konzept für Manöver-Durchführung mit den neuartigen Elementen (grau hinterlegt): gleichzeitiger Anzeige von Manöverplanung und Prädiktion/Editierung von nächsten Manöversegmenten aus dem Manöverplan zusammen mit der bekannten Prädiktion mit aktuellen Manövereinstellungen mit
einem Daten-Kollektor für Navigations- und Schiffsdaten:

1. Schiffszustandsdaten: – Beladungsabhängige Parameter (Tiefgang, Lateralflächen); – Maximalwerte (Grenzen der Steuerorgane (Ruderwinkel, Drehrate, Maschine)
2. Steuerungsparameter für Simulation: Kommandierte, aktuelle Ruderwinkel, Maschinentelegraf, Bug-/Heck-Strahlruder usw.
3. Zustands-Daten Schiffsbewegungs- und Umweltparameter: Heading, Geschwindigkeit, Positionen, ROT, Wind, Strom, Wassertiefe; einer Daten-Bank für Schiffs-Simulations-Parameter mit Modellparametern des betreffenden Schiffszustandes und der Umweltbedingungen; einem Parameteridentifikations-Modul zur Parametergewinnung für Simulationsgleichung entsprechend des aktuellen Schiffszustandes; einem Datenprozessor/Filter für Eingangsdaten: – Eingangsdaten-Prüfung und Anpassung, – Filtern der Eingangsdaten; einem Multiplen Prädiktor für die Fast Time Simulation:
1. Dynamisches Manöver-Prädiktions-Modul für aktuelle Steuer-Parameter: Prädiktion Bahn und Lage im aktuellen Manöverabschnitt mit den neuartigen Elementen im Manöverplan-Management und Editierungs-Modul:
2. Dynamischer Manöver-Planungs-Prädiktor für geplante bzw. editierte Steuer-Parameter: Simulation der Bahn und Lage für die nächstliegenden geplanten Manöversegmente; einem Präsentations- und Display Modul für die Anzeige der Informationen in ECDIS- oder Radar-Umgebung:
1. aktuelle Position und Heading (Schiffs-Kontur),
2. Dynamisch vorhergesagter Bahnverlauf anhand der aktuellen Steuerparameter, mit den neuartigen Elementen im Manöverplan-Management und Editierungs-Modul:
3. Statischer Manöver Plan/Bahnverläufe,
4. Dynamisch vorhergesagter Bahnverlauf entsprechend der geplanten Steuerparameter (im Fahr-Betrieb veränderbar) und dem Manöverplan- Management und Editierungs-Modul: einem Planungs-Daten-Kollektor für Simulations-Steuerungs-Interface für Manöver-Editierung: Kommandierte Ruderwinkel, Maschinentelegraf, Bug-/Heck-Strahlruder für Simulation; einen Daten-Bank-Manager: für den On-line Editierung-/Steuerungs-Modus: – Auswahl der 2 relevanten folgenden Manöversegmente des Manöverplans – Anzeige der Manöversegmente mit den geplanten Steuerparametern, bzw. – Manöver-Editierung mittels Steuerungs-Interface während des Fahrens; und eine Daten-Bank: Manöver-Plan für den Abruf und die Speicherung einzelner Manöverplanelemente zur Prädiktion im Fahr-Betrieb.

4 : Concept for maneuver execution with the new elements (gray background): simultaneous display of maneuver planning and prediction / editing of next maneuver segments from the maneuver plan together with the known prediction with current maneuvering positions with
a data collector for navigation and ship data:

1. Ship condition data: - Load-dependent parameters (draft, lateral areas); - maximum values (limits of the control organs (rudder angle, yaw rate, machine)
2. Control parameters for simulation: commanded, current rudder angle, engine telegraph, bow / stern thruster, etc.
3. State Data Marine motion and environmental parameters: heading, speed, positions, RED, wind, current, water depth; a data bank for ship simulation parameters with model parameters of the relevant ship condition and the environmental conditions; a parameter identification module for parameter extraction for simulation equation according to the current ship condition; a data processor / filter for input data: - input data checking and adaptation, - filtering the input data; a Multiple Predictor for Fast Time Simulation:
1. Dynamic maneuver prediction module for current control parameters: Prediction of orbit and position in the current maneuver section with the novel elements in the maneuvering plan management and editing module:
2. Dynamic maneuver planning predictor for planned or edited control parameters: simulation of the path and attitude for the nearest planned maneuver segments; a presentation and display module for displaying information in ECDIS or Radar environment:
1. current position and heading (ship's contour),
2. Dynamically predicted trajectory based on the current control parameters, with the novel elements in the maneuvering plan management and editing module:
3. Static maneuver plan / pathways,
4. Dynamically predicted trajectory according to the planned control parameters (changeable in driving mode) and the maneuvering plan management and editing module: a planning data collector for simulation control interface for maneuver editing: commanded rudder angles, machine telegraph, bow / Stern thruster for simulation; a data bank manager: for the on-line editing / control mode: - selection of the 2 relevant following maneuver segments of the maneuver plan - display of the maneuver segments with the planned control parameters, or - maneuver editing by means of control interface while driving ; and a data bank: maneuver plan for the retrieval and storage of individual maneuver plan elements for prediction in driving mode.

Claims

Method for integrated, simulation-based maneuver planning on ships and in ship simulators, characterized in that via a simulation control interface for to be set Maneuver parameters generated by a simulation / prediction module maneuver variants for a maneuvering plan, which is checked by presentation of the ship and the environment on a presentation display and varied by a scheduling data manager so that appropriate maneuver parameters are selected for the optimized maneuvering plan and stored with the steps of: a) providing required initial vessel condition data, vessel motion and marine environmental parameters via a simulation control interface into a planning data collector in maneuver planning mode; b) Definition of the first maneuver at a maneuver point 1 (MP1) for the maneuvering plan on a presentation display module, in particular an electronic nautical chart, c) Simulation of a first maneuvering segment by fast-time simulation via the simulation control interface for suitably adjustable Maneuver parameter through a simulation / prediction module with Da d) with immediate presentation of the maneuvering segment for the planned course and location of the ship on the presentation display, e) processing of the geographic positions of the maneuver points (starting point and / or end point of the maneuvering segment) by means of the planning Data management and visual selection of the maneuver parameters for all maneuver control devices of the ship for generating an optimal maneuvering sequence, f) storing the simulated maneuver segment as path and control parameter set with starting point and end point of the maneuvering segment in the maneuvering plan by the planning data manager, wherein in addition to the geographical position information / waypoints and the maneuver parameters found in the planning for a subsequent maneuver point 2 (MP2) are passed, g) repetition of steps c) to f) to simulate the following maneuver segments until by the planning data Manager a complete maneuver plan as a maneuver point list with stored maneuver parameters and trajectory data of the maneuver, position and speed is created in a maneuvering plan file.

Method for integrated, simulation-based maneuvering on ships and in ship simulators, characterized in that the following elements are compared with one another on a presentation display by a simultaneous display (multiple predictor): a) a planned maneuvering track according to the results of the maneuver planning, and b) a current position and position of the ship, c) and additionally results of a multiple maneuver prediction by pre-simulation of predicted, future maneuvering tracks i. both according to the currently set values of all maneuver control devices ii. as well as according to the maneuver parameters of selected, nearest maneuver segments (current segment and follow-up maneuver) from the maneuver plan, in order to manually control the ship according to visual information, whereby when changing the environmental conditions, such as wind and electricity, compared to the original maneuvering plan, the nearest maneuvering segments of the maneuvering plan are edited according to the method steps of claim 1 and adapted as a new guide to the current maneuver situation.

Device for integrated, simulation-based maneuver planning on ships and in ship simulators, characterized in that a planning data collector, which provides the necessary data for ship condition, maneuver parameters and ship / environmental information, is associated with a) a ship database containing vessel simulation parameters, and b) a simulation / prediction module for simulating the ship's course and position and c) a scheduling data manager in maneuver scheduling mode, wherein the simulation / prediction module and the scheduling data manager are linked to a presentation & display module that presents the maneuvers and checks for their suitability, and d) the planning data manager is connected to a maneuver database, in which then finally a maneuver plan for further use in the maneuver execution is stored.

Device for integrated, simulation-based maneuvering on ships and in ship simulators, characterized in that a) a data collector, which captures the current vessel, navigation, control and environmental data, is connected to a data processor, which preprocesses and filters parameters for a simulation, and b) is connected via a parameter identification module to a ship simulation parameter database in which the preprocessed and filtered parameters are provided and / or updated, c) in a multiple predictor associated with the database, which i. both a dynamic maneuver prediction / simulation module for current control parameters, in which the maneuver movements of the ship are simulated, ii. as well as a dynamic maneuver planning predictor for the nearest maneuver segments, which simulates simultaneously and in parallel from the original maneuver plan with the planned control parameters maneuvering movements under current conditions, and iii. the multiple predictor is connected to a presentation display module to display and compare a representation of the vessel in its environment under the current environmental conditions along with all the above predictions, to determine the optimal maneuvers under the current conditions, and by manual or automated Apply control, iv. by having a maneuvering plan management & editing module connected to a data bank manager and accessing the data bank with the stored maneuvering plan and v. Maneuver editing via a scheduling data collector with a simulation control interface.