DE19941635A1 - Verfahren zur Auflösung von Verkehrskonflikten durch die Nutzung von Master-Slave-Strukturen in lokal begrenzten Gebieten in der Schifffahrt - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selbst organisierenden Auflösung von Verkehrskonflikten zwischen mobilen Objekten auf der Wasseroberfläche. Unter Ausnutzung von an Bord der Objekte installierten elektronischen Ortungs- und Kommunikationsempfängern und im Broadcast-Verfahren arbeitenden Transpondern werden von speziellen Bordrechnern die empfangenen Objektdaten hinsichtlich potentieller Verkehrskonflikte ausgewertet. Bei einer Konflikterkennung erfolgt eine zeitweilige Statusaufteilung der Bordrechner der relevanten Fahrzeuge mit dem Zweck, eine Konfliktlösung zu bestimmen und zu organisieren. Die Koordination der Bewegungen der Fahrzeuge wird in einer Master-Slave-Struktur der involvierten Bordrechner durch die Übertragung von Weg-Punkt-Listen mit den Koordinaten der konfliktfreien Wege ausgeführt. Die Master-Slave-Struktur der Bordrechner wird bei Erlöschen der Konfliktmerkmale aufgehoben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Koordination der Schiffsbahnen unter Benutzung von Umgebungsdaten und Bewegungsdaten der Schiffe und Bodeneffektfahrzeuge, nachfolgend Fahrzeuge genannt, in einem lokalen Verkehrsraum.

Über Jahrhunderte hat sich die Navigation auf die Beobachtung des Seeraumes gestützt. Zum Führen moderner Schiffe sind neuartige Sensoren wie verschiedenartige Radargeräte hydroakustische Sensoren und Wärmebildtechnik für die Beobachtung der Schiffsumgebung hinzugekommen. Zusammen mit elektronischen Ortungssytemen und a priori Umgebungsmodelle wie ECDIS (Electronic Chart Display and Information System) oder ESC (Electronic Sea Chart) unterstützen diese Navigationsgeräte den autarken bordautonomen Ansatz in der Schiffsnavigation.

Von den Anfängen der Schiffsnavigation bis in die heutige Zeit haben sich Größe und Geschwindigkeit der Schiffe, der Anteil gefährlicher Ladung am gesamten Ladungsaufkommen und die Anzahl der Seefahrzeuge drastisch erhöht. Verkehrskonzentrationen von Schiffen treten heute besonders in engen Durchfahrten, Hafen- und Kanalansteuerungen, markanten Eckpunkten der geographischen Landmassen aber auch zufällig auf den verschiedenen Seewegen auf.

Die Auflösung von Begegnungssituationen zweier Fahrzeuge ist gegenwärtig dadurch geregelt, daß nach der geometrischen Lage der Fahrzeuge zueinander und deren äußerlich und geometrisch gekennzeichnetem Status zwischen einem ausweichenden und einem "kurshaltendem Fahrzeug" unterschieden wird. Unabhängig von der Unsicherheit hinsichtlich einer gleichartigen Interpretation des Begegnungskonflikts auf beiden Schiffen versagt diese Regelung spätestens bei der gegenseitigen Annäherung von mehreren Schiffen. Insgesamt unterstützen bisher zum Einsatz kommende Navigationsgeräte als auch Regularien zum Führen der Schiffe den autonomen Ansatz für die Navigation. Dieser Ansatz hat grundsätzliche Schwächen hinsichtlich der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit von Verkehrsabläufen bei Begegnungen von mehr als zwei Schiffen.

Zur Verbesserung der Navigation mittels eines Verfahrens und einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens mittels unabhängiger Geräte für die Navigation und Kommunikation der Lotsen ist es durch die PCT/EP96/04715 (LOPOS) vorgeschlagen worden, eine simultane, dezentrale, real-time Verkehrslagedarstellung in Client-Server Architektur zu ermöglichen und dazu eine mobile Sensorik zu benutzen. Die bestehenden Einrichtungen der Verkehrssicherung in den Revieren und in den Häfen wie Radar und UKW- Sprechfunk sollen durch unabhängige, transportable und mobil einsetzbare Geräte für die Navigation und Kommunikation der Lotsen ergänzt werden. Diese mobilen Geräte sollen schiffsunabhängig eine automatisierte Darstellung von Fahrwasser, Strom, Gezeiten, Wasserständen, Prognosen, Dimensionen des geführten Schiffes, der Position, der Richtung, der relativen und absoluten Geschwindigkeit, der Wendegeschwindigkeit, der individuellen automatischen Identifikation beim Übergang zur Radarberatung und der Verkehrslage im Interessenbereich ermöglichen.

Durch dieses bekannte Verfahren ist jedoch kein selbst organisierender Verkehrsablauf bei auftretenden Schiffskonzentrationen mit Begegnungskonflikten möglich. Es ist ferner nicht möglich der Bezug zu im Broadcast-Verfahren arbeitenden Transpondern mit zyklischer Aussendung von Navigationsdaten einschließlich adressierter Wegpunkt-Koordinaten, der Verzicht auf Sprechfunk, die automatische Erstellung von in ihrem Verlauf koordinierten Schiffsbahnen, die automatische Kontrolle auf die Einhaltung der erstellten Bahnen und die Erzeugung von Korrekturbahnen. Aufgrund dieser Nachteile hat sich das vorbeschriebene Verfahren im Einsatzbereich nicht durchsetzen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren aufzuzeigen, mittels dem die in der Schiffahrt eingeführten Transponder, basierend auf dem Broadcast-Verfahren, in Verbindung mit einem Rechner zeitweilig ein selbst organisierendes System bilden mit dem Zweck, Begegnungskonflikte zwischen den Verkehrsteilnehmern zu erkennen. Beim Erkennen mindestens eines Konfliktes werden die für eine Konfliktauflösung relevanten Fahrzeuge bestimmt und zwischen Ihnen eine Master- Slave-Struktur aufgebaut. Der Master organisiert die Berechnung konfliktfreier Bahnen für die weitere Bewegung der Verkehrsteilnehmer, sendet diese aus und prüft die Verkehrssituation auf eine eintretende Aufhebung des Konfliktes mit der Folge, daß die Master-Slave-Struktur wieder zerfällt. Anderenfalls wird eine erneute Bestimmung konfliktfreier Bahnen und deren Aussendung an die Verkehrsteilnehmer vorgenommen.

Die konfliktfreien Bahnen werden als Datenmenge in Form von Wegpunkt-Listen ausgesendet. Sie enthalten die räumliche und zeitliche Zuordnung von Ansteuerungspunkten für die einzelnen Verkehrsteilnehmer. Die Koordinaten dieser Listen sind dadurch gekennzeichnet, daß sie von dem betreffenden Fahrzeug physikalisch erreichbar sind. Dazu werden die aktuellen Bewegungsdaten der Fahrzeuge als maximale Ausprägung ihrer Geschwindigkeitsvektoren angesehen und für die Erstellung der Wegpunkt-Listen verwendet.

Die Konflikterkennung und Konfliktauflösung erfolgt mindestens in einem Abstandsbereich, der für Ausbreitung von VHF typisch ist. Die koordinierenden Bahnen haben dadurch die Eigenschaft, daß sie ohne extreme Manövern zu steuern sind und den Verkehrsteilnehmern untereinander rechtzeitig bekannt sind. Ein Agieren im taktischen Bereich nach optischen Erkennen einer Annäherung der Fahrzeuge und ihres Status zueinander, wie gegenwärtig üblich, wird vermieden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe bezüglich des Verfahrens durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Anlage durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung ist die Ausnutzung der elektronischen Positionsbestimmung auf Fahrzeugen, die Auswertung von ESC- oder ECDIS-Daten im Zusammenhang mit der zyklischen Aussendung von Datenprotokollen im Broadcast-Verfahren arbeitenden Transpondern in der Art möglich, daß selbst organisierend eine Koordinierung der Bewegungsabläufe der Fahrzeuge erreicht wird. Der Austausch der notwendigen Daten für die Konflikterkennungen in den Bewegungen der Fahrzeuge untereinander, für ermittelte Koordinierungen und deren Einhaltung werden als Inhalt der Transponder-Protokolle ausgesendet und empfangen. Die ermittelten Koordinierungen sind gemäß der Erfindung adressierte Wegpunkt- Listen für die einzelnen Fahrzeuge. Verwechslungen und Irrtümer werden gegenüber Koordinierungsanweisungen über Sprechfunk ausgeschlossen. Die Wegpunkt-Listen sind besonders für die Visualisierung auf graphischen Benutzeroberflächen geeignet. Der visualisierte Plan der Koordinierungen ist auf jedem der nach der Erfindung ausgerüsteten Fahrzeuge verfügbar. Ein einfaches Absteuern der Bahnen durch den Fahrzeugführer wird erreicht. Die Information über den gesamten aktuellen und weiteren Verlauf der Koordinierung wird auf jedem einzelnen Fahrzeug gegeben. Es besteht keine Ungewißheit über weitere zukünftige Bewegungen der jeweils anderen Fahrzeuge.

Fahrzeuge ohne ausgesendete Wegpunkt-Koordinaten werden gemäß Anspruch 9 statt einer Wegpunkt-Liste eine Anzahl von adressierten Begrenzungskoordinaten erhalten. Diese Koordinaten definieren ein zeitweiliges Verbotsgebiet für das adressierte Fahrzeug. Damit ist bewegten und mit der Bewegung beginnenden oder endenden Fahrzeugen ein Richtungsbereich durch den Koordinierungsplan gemäß Anspruch 1 versagt. Ursache einer fehlenden Aussendung adressierter Wegpunkt- Koordinaten einzelner Fahrzeuge können das Verharren auf der Wasseroberfläche, sehr geringe Geschwindigkeiten oder ständig wechselnde Zielrichtungen sein. Diese Ursachen sind typisch für Fahrzeuge der Freizeitschiffahrt, Fischerei, Fahrzeugen mit speziellen Aufgaben, Ankerliegern oder Fahrzeugen bei Ankerprozeduren.

Das Verfahren ermöglicht eine sichere und wirtschaftliche Gestaltung von Verkehrsabläufen der Fahrzeuge innerhalb und auch besonders außerhalb des Arbeitsbereiches existierender Landeinrichtungen zur Assistenz des Seeverkehrs.

Verfahren zur Auflösung von Verkehrskonflikten durch das Nutzen von Master- Slave-Strukturen in lokal begrenzten Gebieten in der Schiffahrt.

Claims (12)

1. Verfahren zur Bahnfindung von Schiffen und Bodeneffektfahrzeugen, nachfolgend Fahrzeuge genannt, bei Begegnungskonflikten, unter Verwendung von Umgebungsdaten, im Broadcast-Verfahren arbeitenden Transpondern mit zyklischer Aussendung von Navigationsdaten einschließlich adressierter Wegpunkt-Koordinaten, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in einem auf den Fahrzeugen untergebrachten Rechner [3] in fester Koppelung mit einem Transponder [1] die Wegpunkt-Koordinaten der zukünftigen Bahnen ermittelt und über den Transponder [1] an die Bordtransponder [n] im lokalen Verkehrsraum übertragen werden, um dort die adressierte Wegpunkt-Liste [11] des betreffenden Fahrzeuges so zu verändern, daß zukünftige Begegnungskonflikte vermieden, und ein weiteres Befolgen der Bahn für jedes einzelne Fahrzeug im lokalen Verkehrsraum [9] ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die adressierten Wegpunkt-Listen [11] als koordinierender Plan für den konfliktfreien Verkehrsablauf der Fahrzeuge im lokalen Verkehrsraum [9] geeignet und bestimmt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenseitiges Identifizieren von Fahrzeugen mit einer vergleichbaren Bordausrüstung im lokalen Verkehrsraum [9] gemäß Fig. 1 [1, 2, 3, 4, 6, 7, 8] oder Fig. 2 [1, 2, 5, 6, 7, 8] erfolgt und Fahrzeuge mit einer Ausrüstung nach Fig. 1 als masterfähige Fahrzeuge gekennzeichnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Menge der masterfähigen Fahrzeuge im lokalem Verkehrsraum [9] das Fahrzeug als Master [M] selektiert wird, dessen Rechner [3] zeitweilig die Berechnung der adressierten Wegpunkt-Listen [11] vornehmen soll.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Verkehrsraum nach einem globalen Zuordnungsverfahren [9, 10] indiziert wird und dadurch jedem Master [M] ein lokaler Verkehrsraum [9] zugeordnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 3, 4 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß das masterfähige Fahrzeug, welches als erstes in einen neuen lokalen Verkehrsraum [9] eintritt, dort den Status Master [M] übernimmt und spätestens bei Verlassen des lokalen Verkehrsraumes [9] diesen wieder verliert.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner [3] des Masterfahrzeuges [M] die Anzahl der masterfähigen Fahrzeuge und solcher Fahrzeuge, die nicht masterfähig [n] ausgerüstet sind, im lokalen Verkehrsraum [9] bestimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner [3] des Masters [M] bei erkannten Abweichungen von den ausgesendeten Wegpunkt-Listen [11] durch mindestens ein Fahrzeug eine erneute Bestimmung der Wegpunkt-Listen [11] innerhalb des lokalen Verkehrsraumes [9] vornimmt und über den Transponder [1] und der Sende- und Empfangseinheit [6] aussendet.

9. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Fahrzeuge ohne ausgesendete Wegpunkt-Koordinaten ein zeitweiliges Verbotsgebiet [12] durch den Master [M] ermittelt und deren Koordinaten übertragen bekommen.

10. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Master [M] für die masterfähigen [S] und nicht masterfähigen [n] Fahrzeuge innerhalb des lokalen Verkehrsraumes [9] eine Konflikterkennung durchführt und die Prozeduren der Bahnfindung gemäß den Ansprüchen 3, 4, 5 und 6 ausgelöst werden, wenn mindestens ein Verkehrskonflikt der Fahrzeuge deduziert wurde.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Transponder [1] des Masterfahrzeuges [M] ausgesendeten Wegpunkt-Listen [11] von Landstationen, ortsfesten Stationen auf dem Wasser oder einem fliegenden Objekt empfangen und ausgewertet werden können.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masterfunktion zeitweilig durch eine Landstation oder einem fliegenden Objekt ersetzt werden kann.