DE202023107065U1

DE202023107065U1 - Einrichtung zur simulationsgestützten Ziel-Ansteuerung für effizientes und sicheres Manövrieren von maritimen Fahrzeugen

Info

Publication number: DE202023107065U1
Application number: DE202023107065.5U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-11-29
Filing date: 2023-11-29
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2033-11-30

Abstract

Einrichtung zur simulationsgestützten Ziel-Ansteuerung für effizientes und sicheres Manövrieren von maritimen Fahrzeugen, aufweisend ein Geräte-System, wenigstens beinhaltend
a. ein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface Modul und/oder
b. ein Manöver- Display & Präsentations-Management- Modul und/oder
c. einen Daten-Kollektor Modul und/oder
d. ein Datenprozessor & Filter Modul für Eingangsdaten und/oder
e. ein Komplexen-Identifikations- und Korrektur-Modul und/oder
f. eine Daten-Bank Modul für Schiffs-Simulations-Parameter und/oder
g. ein Mehrfach-Prädiktions-Modul und/oder
h. ein Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager Modul und/oder
i. ein Intelligentes Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul und/oder
j. ein Risiko-/Effizienz- Überwachungs-Modul.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Anwendung während der Durchführung von Manövern von maritimen Fahrzeugen, speziell zur Findung geeigneter Stellgrößen als Steuerparameter für Ruder, Maschinen und andere Manövriereinrichtungen für einen sicheren und effizienten Manöververlauf unter gleichzeitiger Überwachung der Propulsionsparameter hinsichtlich Effizienz und Risikostatus. Dazu werden mittels einem speziell ausgebildeten Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface Regeleinstellungen für Mehrfach-Prädiktions-Modul vorgenommen und in einem Manöver-Präsentations- und Display Modul erfolgt die sofortige Darstellung der Ergebnisse in Echtzeit als zeitlich geordneter Abfolge von Fahrzeugkonturen für die Manöverbahn mit Strichtypendarstellung entsprechend ermittelter Effizienz- bzw. Risikoparametern in einer Seekartendarstellung,

a) einerseits als Prädiktion des Manöverablaufes von der aktuellen Ausgangsposition entsprechend den von einem Interface übermittelten, aktuell über das Fahrzeug-Steuerpult eingestellten Steuerparametern und aktuellen Bewegungs- und Umgebungsbedingungen und
b) andererseits als Prädiktion des Manöverablaufes für eine zusätzliche manuell gesteuerte parallele Testsimulation zur Suche und Editierung geeigneter Manövervarianten für freie Steuer- und Umgebungs-Parameter, die mittels einem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface eingegeben und aktiviert werden können, sowohl für ein Manöver von der Ausgangsposition, als auch für ein sich anschließendes Folgemanöver, wobei zusätzlich auch Manöver-Vorschläge angeboten werden, die von einem intelligenten Lern- und Optimierungs-Algorithmus auf Basis von simulierten Manövervarianten erarbeitet werden,
c) sowie gleichzeitiger Überwachung der Propulsionsparameter und Ermittlung des Effizienz- und Risiko-Zustandes für die voraussimulierten Situationen,
d) wobei zur Verbesserung der Qualität der Prädiktion Korrekturwerte eingestellt werden können.

Die Erfindung kann zur Assistenz für den Menschen sowohl bei der manuellen Steuerung realer maritimer Fahrzeuge an Bord bzw. ferngesteuert von Land unter aktuellen Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen als auch in der Trainings-Simulation und Manöveranalyse für Forschung in Simulatoren eingesetzt werden. Die ermittelten optimalen Steuerparameter können auch an Anlagen zur automatisierten Steuerung von Fahrzeugen weitergegeben werden.
Stand der Technik
Zur Unterstützung der Führung von maritimen Fahrzeugen, insbesondere beim Manövrieren von Schiffen, ist eine Reihe von Mitteln bekannt, die auf einem Display in einer elektronischen Seekarte die geplante Soll-Bahn des Schiffes und die aktuelle Position bzw. Lage des Schiffes als Schiffskontur mit Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung als aktuelle Situationsdarstellung mit der Umgebung um das Schiff anzeigen. Die Steuerung des Schiffes geschieht dann durch menschlichen Eingriff, indem mittels geschätzter Werte, basierend auf der Erfahrung der Schiffsoffiziere, für die Vorgabe der Stellgrößen und notwendiger Korrekturen das Schiff gesteuert wird. Die Einhaltung der Bahn wird durch visuellen Vergleich der Wirkung der Stellgrößen auf die Bewegung des Schiffes zur Einhaltung der Sollbahn auf dem Display oder in der wirklichen Umgebung mittels Blickes von der Brücke kontrolliert. Zur Unterstützung kann auf dem Display eine Vorhersage des nächsten Bahnabschnittes durch Voraussimulation (Prädiktion) für etwa 6 Minuten geliefert werden. Bisher geschieht diese Prädiktion nur entsprechend den gemessenen aktuellen Bewegungs- und teilweise mit aktuell eingestellten Steuerparametern, 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 über Landberatung durch VTS) überlassen wird.
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 typisch notwendigen, vollständigen oder teilweisen Linearisierung bei Reglern für die Ableitung von automatisierten Stellvorgaben nicht in schwierigen, komplexen Manöver-Situationen bis hin zur Rückwärtsfahrt angewandt.
Bei den Prädiktionen gibt es folgende bekannte Möglichkeiten mit den jeweiligen Defiziten.
In elektronischen Seekarten-Systemen, sogenannten Electronic Chart Display and Information Systems (ECDIS) werden als „Curved Headline“ bzw. „Path Prediction“ bezeichnete, stark vereinfachte Vorhersage der Bahn des Schiffes angezeigt, bei der nur die aktuell gemessenen Geschwindigkeitskomponenten und die Drehgeschwindigkeit als konstant über die Zeit integriert werden, so dass grundsätzlich nur Kreisbahnen bzw. -segmente mit konstanter Geschwindigkeit vorhergesagt werden. Änderungen der Bewegung durch die Änderung von Stelleinrichtungen werden dadurch erst nach langer Zeit erkannt, nachdem sich die Bewegung geändert hat.
Neuere Systeme nutzen nichtlineare Simulationsmodelle, um die sofortige Wirkung von aktuell eingestellten Steuersignale auf die Manöverbahn zu visualisieren (IPC G09B 9/06, Nr. 10 2010 003 031 ), die für den Prädiktionszeitraum konstant gehalten werden. Es wird allerdings bisher nur jeweils ein einziges Manöver bei der Voraussimulation / Prädiktion als Wirkung der Steuerorgane simuliert, Übergänge in nachfolgende Manöver werden nicht berücksichtigt. Darüber hinaus können auch unveränderliche Segmente aus einem vorab durch Simulation erstellten Manöverplan eingeblendet werden, die aber nur direkt aus einem vorhandenen, vorab erarbeiteten Plan entnommen werden können.
In der Patentveröffentlichung DD 251832 A1 werden darüber hinaus auch einzelne, speziell zusammengesetzte Manöver für den Menschüber-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 und nicht veränderbar sind zur Anpassung an aktuelle Bedingungen.
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.
All diesen Einrichtungen und Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, dass bisher bei der Unterstützung der Manöverdurchführung durch Voraus-Simulation/ Prädiktion entweder keine oder lediglich nur die direkten Steuersignale der Manöverhebel auf dem Schiffs-Brückenpult für die Prädiktion verwendet werden. Wenn Varianten probiert werden sollen, muss eine direkte physische Verstellung erfolgen und damit auf den realen Zustand von Ruder, Maschine oder Querstrahlruder Einfluss genommen werden, was sehr ineffektiv ist und zu ungeeigneten, sogar nicht korrigierbaren und dadurch gefährlichen Bewegungsänderungen führen kann. Es wird jeweils ein einziges Manöver-Segment bei der Voraussimulation / Prädiktion entsprechend der aktuellen Stellsignale der Steuereinrichtungen berücksichtigt, so dass die Auswirkung von realen Folgemanövern hinsichtlich eines variierbaren Einleitzeitpunktes und anzupassender Stellgrößen zur geeigneten Zielansteuerung nicht eingeschätzt und auch auf ggf. sich ändernde Umgebungsbedingungen nicht reagiert werden kann. Für erweiterte Prädiktion von Folgemanövern müsste vorab ein adäquater Manöverplan erstellt werden, der aber ggf. unter damals bekannten, völlig anderen Umgebungsbedingungen erstellt wurde und nun erst zeitaufwendig und extra Hilfsmitteln angepasst werden müsste.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bisher bei der Prädiktion der zukünftigen Manöverbewegung keinerlei Informationen über die Effizienz der Maßnahmen hinsichtlich des Energie-Zustandes z.B. Brennstoff-Verbrauch und Emissionen sowie das Risiko für den gesamten bzw. teilweisen künftigen Manöverabschnitt verfügbar gemacht werden, z.B. hinsichtlich der Präzision der Prädiktion bzw. dem Risiko bei Propulsions-Überlastung oder Überschreitung der Manöverkapazität.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein effizientes und sicheres Steuern von maritimen Fahrzeugen bei der Manöverdurchführung zu gewährleisten, dafür geeignete Stellgrößen als Steuerparameter für Ruder, Maschinen und andere Manövriereinrichtungen für einen sicheren und effizienten Manöververlauf zu finden, unter gleichzeitiger Überwachung der Propulsionsparameter hinsichtlich Effizienz und Risikostatus, wobei auf ggf. aufgetretene Änderungen in den Situationsbedingungen durch eine Anpassung / Abänderung des Manöverkonzeptes während des Manövers auf Basis der durch dein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface gesteuerten, schnellen simulationsgestützten Berechnung und Visualisierung von Änderungsvarianten in Echtzeit im Manöver-Präsentations-Display sofort reagiert werden kann, ohne auf Vereinfachungen durch Linearisierung und andere Grenzen bei automatisierten Steuerungsanlagen angewiesen zu sein. Das Schiff kann dadurch selbst in Seegebieten mit komplexen Manövrieranforderungen mit hoher Sicherheit und Effizienz gesteuert werden.
Die Lösung erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.
Die Einrichtung zur simulationsgestützten Ziel-Ansteuerung für effizientes und sicheres Manövrieren von maritimen Fahrzeugen ist dadurch gekennzeichnet, dass

a) ein Daten-Kollektor, welcher die aktuellen Schiffs-, Navigations-, Steuer-, Propulsions- und Umweltdaten erfasst, mit einem Daten-Prozessor verbunden ist, welcher die Eingangs-Daten für die Simulation vorverarbeitet und filtert, und
b) über ein Komplexes-Identifikations- und Korrektur-Modul mit einer Datenbank für Schiffs-Simulations-Parameter verbunden ist, in der die vorverarbeiteten und gefilterten Parameter aktualisiert bzw. korrigiert und für die Simulation bereitgestellt werden,
c) in einem, mit der Datenbank verbundenen Mehrfach-Prädiktions-Modul die künftige Manöverbahn, die Lage des Schiffes und die Geschwindigkeits- sowie Propulsionsdaten vorausberechnet werden, welcher durch Manöver-Simulation die Prädiktionen sowohl für ein Ausgangs-Manöver als auch für ein Folge-Manöver berechnet und in einem Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager ablegt,
d) über ein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface mittels Regelelementen, numerische Daten-Eingabe- und / oder Sprach-Eingabe-Vorrichtungen die Länge und die Form der ManöverBahnen durch Steuer-Einstellungen und Zeitschieber für Ausgangs- und Folgemanöver manuell konfiguriert und Umweltdaten zielgerichtet manipuliert werden können, sowie übergreifend die Auswahl des Betriebsmodus für die Ansteuerung des Mehrfach-Prädiktions-Moduls ausgewählt werden kann, wodurch für die Steuerung der Manöver folgende Signale eingespeist werden an das Mehrfach-Prädiktions-Modul
1. 1. entweder über reale Steuersignale mittels Manövrier-Stelleinrichtungen von der Fahrzeug-Brücke,
2. 2. oder eingestellte Steuersignale über das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface
3. 3. bzw. alternativ durch erzeugte Steuersignale durch ein Intelligentes Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul und zusätzlich der Manöver-Einleitzeitpunkt für das Folgemanöver bei der Manöverdurchführung eingestellt werden kann als fest oder flexibel entsprechend der Schiffsgeschwindigkeit,
e) ein Risiko- / Effizienz-Überwachungs-Modul, das die simulierten und die real ermittelten Mess-Daten vergleicht sowie nach einstellbaren bzw. hinterlegten Risiko- / Effizienz-Kriterien das Bewertungsergebnis ermittelt,
f) der Mehrfach-Prädiktor über den Prädiktions-Daten-Speicher mit einem Manöver- Display & Präsentations-Management- Modul verbunden ist, um eine Darstellung des Schiffes in seiner Umgebung unter den aktuellen Umgebungsbedingen zusammen mit allen vorstehenden Prädiktionen und den Risiko- / Effizienz-Bewertungen anzuzeigen und zu vergleichen mit dem Ziel, die optimalen Manöver-Stellsignale unter den aktuellen Bedingungen zu ermitteln und durch manuelle Steuerung zu realisieren,

Mit diesen Modulen kann das nachfolgende Verfahren realisiert werden, bei dem durch das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface mittels Regeleinstellung für das Mehrfachs-Prädiktions-Modul mehrere Prädiktionen mittels Fast Time Simulation zur Auswahl für eine erfolgreiche Manöver-Durchführung erzeugt und über eine Manöver-Display & Präsentations-Management- Modul in einer gleichzeitigen Darstellung die folgenden Elemente auf einem Manöver- Display miteinander angezeigt und verglichen werden, um dadurch geeignete Steuerentscheidungen treffen und bei der Ausführung überwachen zu können:

a) eine aktuelle Position und Lage des Fahrzeuges am aktuellen Standort (Ausgangs-Position)
b) Ergebnisse einer multiplen Manöverprädiktion ab der Ausgangsposition (Ausgangs-Manöver) durch Voraussimulation von vorhergesagten, zukünftigen Manöverbahnen mit Darstellung der Fahrzeugkonturen in festen, wählbaren Zeitabständen:
1. 1. sowohl entsprechend der aktuell eingestellten Werte aller realen Manöver-Stelleinrichtungen auf der Brücke (Manöver-Steuer-Prädiktion),
2. 2. als auch entsprechend den Manöverparametern, die auf einem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface ausgewählt und dargestellt werden (z.B. Manöver-Test-Prädiktion),
3. 3. zusätzlich über einen Zeitschieber ein Referenz-Fahrzeugkontur auf der vorhergesagten Bahn auf zukünftige Referenz-Positionen verschoben werden kann, wobei die Bewegungsparameter an dieser Referenz-Position in einem Fenster für Referenz-NAV Daten sichtbar gemacht werden und an passender Stelle damit eine Initial-Position als Startpunkt nach einer sich damit ergebenden ManöverEinleitzeit für die Prädiktion des anschließenden Manöversegments für ein Folge-Manöver ausgewählt und festgelegt / gesetzt werden kann.

Durch ein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface können alle erforderlichen Regeleinstellungen zur Steuerung der Prädiktion und der Anzeige der Ergebnisse vorgenommen werden: Es kann die entsprechende Auswahl des Betriebs-Modus und Einstellungen von Manöverparametern bzw. der Umweltbedingungen erfolgen, z.B. die Anpassung an örtlich veränderliche Strom- oder Windbedingungen durchgeführt werden.
Im sogenannten Manöver-Steuer-Modus wird der Focus der Prädiktion auf den aktuellen Standort Ausgangs-Position gesetzt und es werden kontinuierlich durch die Mehrfach-Prädiktion die beiden Manöversegmente für das Ausgangs-Manöver von der Ausgangs-Position mit den aktuellen Anfangsbedingungen bis zur Initial-Position, und gleichfalls das nachfolgende Manöversegment für das Folgemanöver mit den gewählten Anfangsdaten von der Initial-Position bis zum Ende der Prädiktionszeit simuliert;

a) bei Betätigen der Manöverhebel auf der Brücke mit Wirkung an der Ausgangsposition werden alle beiden Manöversegmente (Ausgangs-Manöver und damit auch das Folgemanöver) beeinflusst,
b) bei Betätigen der Regeleinrichtungen des Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface wird nur das Manöversegment für das Folgemanöver verändert.
c) Die Auswahl der Start-Zeit für das Folge-Manöver kann im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface erfolgen für zwei Varianten:
1. 1. entweder als Auswahl der Variante Fest- dabei bleibt die Manövereinleitzeit für das Folgemanöver und damit die Länge der Bahn für das Ausgangsmanöver konstant und es wird das Folge-Manöver mit der Schiffsgeschwindigkeit vor dem Schiff hergeschoben,
2. 2. oder als Auswahl der Variante Flexibel- dabei wird die Manövereinleitzeit angepasst und die Länge der Bahn des Ausgangs-Manöver reduziert entsprechend des zurückgelegten Weges und es bleibt das Folgemanöver nahezu an der vorgewählten Start-Position stehen, während sich das Schiff auf diese Position zubewegt.

Im sogenannten Manöver-Test-Modus erfolgt die Übernahme von erforderlichen Anfangs-Daten für Fahrzeug-Zustand, Fahrzeug-Bewegungs- und Fahrzeug-Umwelt-Parameter sowie die Steuereinstellungen für den aktuellen Ausgangs-Manöverpunkt aus den aktuellen Daten im Steuerprädiktions-Datenspeicher.

a) Die Steuereinstellungen können als Anfangs-Daten für die Prädiktion frei über das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface vorgegeben /geändert werden, z.B. um verschiedene Anfangs-Manöver-Varianten ab der Ausgangs-Position oder ab einer frei wählbaren Start-Situation durchzuspielen und geeignete Varianten auszuwählen um sie dann an den realen Manöverstelleinrichtungen umzusetzen.
b) Auch im Manöver-Test-Modus kann über den Zeitschieber eine beliebige Initial-Position auf der Bahn gesetzt werden und ein Folgemanöver simuliert werden wie vorstehend beschrieben für den Steuermodus.

Die Simulationen zum Manöver-Test-Modus können auch parallel zu den Simulationen im Manöver-Steuer-Modus erfolgen, sodass beide Ergebnisse für die sich ergebenden Manöverbahnen miteinander verglichen werden können, um eine geeignete Manöverstrategie und - Durchführung auswählen zu können.
Im Manöver-Vorschlags-Modus können Steuervorschläge für die Ansteuerung eines vorher markierten Zielgebietes unterbreitet werden, entweder für das Ausgangs-Manöver bzw. für das Folge-Manöver, die dann angezeigt werden

a) einerseits als Manöver-Vorschlags-Bahn (parallel zur Bahn für den Manöver-Steuer-Modus) im Präsentations- & Display-Modul und
b) andererseits als Manöver-Steuereinstellungs-Vorschläge im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface, um eine leichte Nachführung der Signale für die reale SteuerEinrichtung und gleichzeitig die Überwachung der Steuer-Auswirkungen im Bahnverlauf zu ermöglichen.

Im Prädiktions- Korrektur-Modus können im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface über die Stellgrößen für Steuersignale bzw. Umweltparameter ein oder mehrere Korrekturwerte als Offset für die Manöversimulation überlagert werden, um Fehler in der Prädiktion durch Modellungenauigkeiten oder Sensoren-Fehler auszugleichen, falls z.B. eine Stromkorrektur angebracht ist, weil die Strömung nur ungenau oder gar nicht durch Sensoren erfasst werden konnte.
Zur Überwachung der Effizienz und des Risikos werden mehrere Informationen parallel als zahlenmäßige Darstellung in Informationsfenstern bzw. als grafische Information für die zeitliche Entwicklung des Risikos entlang der Manöverbahn gegeben (z.B. durch farbliche Gestaltung), so dass rechtzeitig vorab Maßnahmen zu Verhinderung getroffen werden können. Zu diesen Informationen gehören

a) Energie-Zustand / Effizienz: Verbrauch (z.B. in Tonnen pro zurückgelegten Weg (t/nm) für den ganzen Manöverabschnitt, Emissionen, Rest-Kapazität Batterien, usw.
b) Risiko-Zustand: Präzision der Prädiktion / Simulation, Propulsions-Problem (z.B. Resonanz-Schwingungen von Antrieb / Propulsion, Strömungs-Ablösung usw.), Überschreitung ManöverKapazität (z.B. zu wenig Leistung vorhanden für Querschubanlagen oder Ruderwinkel-Begrenzung als Gegensatz zwischen angeforderten / kommandierten und verfügbaren Werten)

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass statt einer üblichen, vereinfachten Prädiktion nur eines Manöversegmentes mit den wirklichen, aktuellen Stellsignalen der Manövriereinrichtungen jetzt auch Folgemanöver mit angepassten Manöver- und Umgebungs-Parametern durch das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface konfiguriert und durch die neue, simulationsgestützte Mehrfach-Prädiktion die komplette Bahn zusammen berechnet werden, um für eine bessere Zielansteuerung auch schon nachfolgender Manöverziele als erweiterter Entscheidungs-Horizont zur Verfügung zu stehen. Für die Manöverdurchführung stehen auch Intelligente Manöver-Vorschlags-& Korrektur-Empfehlungen zur Verfügung. Auf eine aufwändige Simulationsgestützte Vorausplanung eines vollständigen Manöverplanes kann damit verzichtet werden. Durch die simulationsgestützte Berechnung von Propulsions- sowie Verbrauchs-/Emissions-Daten und Risikobewertung für ganze Manöverabschnitte werden Probleme für Effizienz und Sicherheit frühzeitig erkannt und können durch zielgerichtetes Ausprobieren von geeigneten Maßnahmen vermieden werden. Für die Manöverdurchführung durch manuelle Steuerung des Schiffes kann dann das Fahrzeug auch mit größerer Sicherheit und Effizienz sogar auf vereinfachten Routenplänen geführt werden, die nur auf Wegpunktplanung mit geraden oder kreisförmigen Segmenten basieren.
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 herkömmlichen automatisierten Regelungsanlagen zur Fahrzeugsteuerung eingeschränkt zu sein. Für deren verbesserte Performance können die aus der Prädiktion ermittelten Steuersignale auch an solche automatisierten Anlagen zur Verarbeitung übertragen oder für die Fernsteuerung von Land eingesetzt werden.
Ausführung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Anwendung auf Schiffen ist in den Zeichnungen 1 bis 3 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
In 1 ist beispielhaft die Anwendung der Erfindung auf ein Szenario für die Durchführung von Manövern zum Ansteuern einer Pier im Manöver-Display dargestellt, beginnend links mit einem geraden Manöverabschnitt von der Manöver-Ausgangs-Position (5) und nachfolgend einem kurvenartigen Folge-Manöver ab (6) mit Ruderlegen zum Drehen des Schiffes in Richtung der Pier (schwarzes Rechteck) sowie gleichzeitig kombiniert mit rückwärtslaufender Maschine zur Geschwindigkeitsreduzierung bis zum Stoppen dicht an der Pier. Zur Assistenz für diese Manöverdurchführung wird eine Simulationsunterstützung genutzt, bei der über das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface in 2 ein oder mehrere gesteuerte Prädiktionen mittels Fast Time Simulation erzeugt und die Ergebnisse als Manövervarianten in einer Seekartenartigen oder Radarbildartigen Darstellung dargestellt werden, zusammen mit Anzeigen zu dabei auftretenden Effizienz- und Risiko-Eigenschaften für den vorhergesagten Prädiktionszeitraum für die Entscheidungsfindung. Der Manöververlauf wird dabei als Bahnkurve mit Schiffskonturen in frei wählbaren festen Zeitabständen z.B. alle Minute dargestellt, so dass auch der Geschwindigkeitsverlauf visuell einschätzbar ist.
In 2 ist ein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface mit mehreren Stelleinrichtungen dargestellt, mit dessen Hilfe die Prädiktionen nach Auswahl des relevanten Modus für Manöver-Steuerung (MS), -Testung (MT), Optimierung-Vorschläge (MV) und Korrekturen (PK) in Echtzeit beeinflusst werden können, indem die Stellgrößen für die Manövrierorgane wie Bugstrahler (SS), Maschine (SM) und Ruder (SR) eingestellt sowie die Umweltbedingungen (S.U.) wie Wind und Strom gesetzt werden können, entsprechend der Auswahl der Start-Positionen (AI) für das Ausgangs-Manöver (AM) oder Folgemanöver (FM), wobei über einen Zeitschieber (SZ) die Start-Position für den Übergang zum Folgemanöver gewählt und gesetzt werden kann..
In 1 ist das Beispiel für den Status „Manöver-Steuer-Modus“ (MS) beschrieben, die Ausgangs-Manöver-Prädiktion (4) beginnt von der aktuellen Manöver-Ausgangsposition links (5), als Steuerparameter werden die aktuellen Steuereinstellungen des Schiffes an der realen Steuerkonsole auf der Schiffsbrücke erfasst und an die Manöverprädiktion übertragen. Für diese Beispiel wäre die Ausgangsfahrtstufe etwa HALBE VORAUS (ca. 60% EOT- Engine Order Telegraf Setting) und Ruder Mittschiffs, die entsprechende Prädiktion ist als gepunktete Bahn mit den gepunkteten Schiffskonturen im Abstand von 1 Minute zu sehen (4).
Auf dieser simulierten Bahn (4) kann mit Hilfe des Zeitschiebers (SZ) in 2 eine Referenz-Schiffskontur in 1 an eine geeignete Position (6) verschoben werden. Für diese Position kann dann im Auswahl Menü für Initial Bedingungen (AI) mittels „Start Folge-Manöver“ (FM) die Auswahl dieser Initial-Position (6) als Beginn des Folgemanövers (3) erfolgen, dadurch wird dann das Auswahlfenster (FM) schraffiert, und in 1 wird an dieser Position (6) nach etwa 1 ½ Minuten hinter Anfangsposition (5) eine schraffierte Schiffskontur (2) mit dicken Linien dargestellt.
Mit Hilfe des Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) in 2 kann an dieser Initial-Position (6) das Folge-Manöver konfiguriert werden: Durch Setzen des Maschinentelegrafen im Einstell-Element für Setzen Maschinen Kommandos (SM) auf ZURÜCK (EOT ca. -60%) bremst der Propeller das Schiff und durch gleichzeitiges Legen des Ruders im Ruder Kommandos Eingabe-Element (SR) auf ca. 20° Backbord dreht das Schiff in Richtung der Pier. Falls ab dieser Initial Position (6) sich die Umgebungsbedingungen ändern, können im Umwelt Bedingungen Eingabe-Element (SU) andere Wind- oder Strombedingungen über die Wind-Eingaben (WW) bzw. (WG) oder (SW) oder (SG) eingestellt werden.
In 1 können die Auswirkungen dieser Manöver sofort beobachtet werden: Mittels der Prädiktion des Folgemanövers wird der Bahnverlauf berechnet und als dünne Bahnkurve mit dünnen Schiffskontur-Linien (3) dargestellt. Durch Verschieben des Zeitschiebers (SZ) kann eine Referenz-Position (2) auf der Folge-Manöver-Bahn verschoben werden, die als Schiffskontur mit dicken Linien umrandet und schraffiert ist. Die aktuellen Zustandsdaten des Schiffes für Bewegung, Position, Richtung, Propulsion usw. werden in den beiden Balken für die „NAV Daten-Anzeigen“ angezeigt, im unteren Balken (NI) für die Situation an der jeweils ausgewählten Initial-Position (Ausgangs-Position(5) oder Start-Position Folgemanöver (6)) und im oberen Balken NR für die Situation an der mit dem Zeitschieber auswählbaren Referenz-Position (2); diese Anzeigen erlauben einen Einblick in die Situation an der jeweiligen Ausgangsposition bzw. für den künftigen Bewegungs- und Manöverzustand an der Referenz-Position.
Im Manöver-Steuer-Modus (MS) werden durch das Mehrfach-Prädiktions-Modul (MP) mittels Fast Time Simulation ständig die Prädiktionen für das Ausgangs- und das Folgemanöver berechnet, die alte Bahndarstellung gelöscht und die neuen Manöverbahnen gezeichnet. Mit dem zeitlichen Fortschreiten des Schiffes auf der Ausgangsbahn bewegen sich die Prädiktionen. Dabei kann die Annäherung des Schiffes and die Start-Position des Folgemanövers (6) im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) durch Auswahl im Menü (AI) beeinflusst werden:

a) entweder als Auswahl (FI) - dabei bleibt die Manövereinleitzeit konstant und es wird das Folge-Manöver (3) mit der Schiffsgeschwindigkeit vor dem Schiff hergeschoben,
b) oder als (FL) - dabei wird die Manövereinleitzeit angepasst, d.h. reduziert entsprechend des zurückgelegten Weges und es bleibt die gewählten Start-Position (6) und das Folgemanöver (3) nahezu stehen, während sich das Schiff (5) darauf zubewegt.

Generell werden sich im gewählten Manöver-Steuer-Modus (MS) bei einer Änderung der aktuellen Steuereinstellungen auf der Brücke die Anfangsbedingungen und damit die Bahn des gesamten Manövers bis zum Stoppen an der Pier ändern. Damit ist eine zielgerichtete Abschätzung der Konsequenzen von Änderungen der Steuereinstellungen zur Ansteuerung der Pier schon durch Anpassung des Ausgangs-Manövers möglich.
Wird im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) in 2 im Auswahl Menü (AB) für den Betriebs-Modus der Manöver-Test-Modus (MT) aktiviert, dann können auch an der Manöver-Ausgangsposition anstelle der realen Steuerkommandos von der Brücke des Schiffes alternative Steuersignale über das Bedien-Interface mit den Elementen (SS), (SM) und (SR) an das Mehrfach-Prädiktions-Modul eingespeist werden. Dabei wird die Bahn sowohl des Ausgangs-Manöver (4) als auch die sich anschließende Bahn des Folgemanövers (3) geändert (Würde z.B. anstelle des vorherigen Ruder- Mittschiffs eine kleine Steuerbord-Ruderlage gewählt, dann würde sich in 1 die gesamte Bahn für Ausgangs-Manöver (4) und Folgemanöver (3) leicht nach Steuerbord drehen). Weiterhin kann auch durch alternative Auswahl / Umschaltung der Initial-Position auf das Folge-Manöver ab (6) durch Auswahl von (AM) im Menü (AI) nur der nachfolgende Folge-Manöverabschnitt (3) beeinflusst werden.
Auch bei ausgewähltem Manöver-Test-Modus (MT) werden die Ergebnisse des Manöver-Steuer-Modus (MS) noch weiterhin parallel als Manöver-Bahn mit Schiffskonturen sichtbar sein - sie können allerdings nicht durch die Steuer-Elemente auf dem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) beeinflusst werden, sondern nur durch die realen Stellorgane auf der Schiffsbrücke. Damit ist ein Überblick über die Auswirkung der aktuellen Steuersignale beim Steuern des Schiffes von der Brücke auch dann möglich, wenn parallel dazu Tests mit alternativen Einstellungen über das Bedien-Interface in dem Manöver-Test-Modus erprobt werden.
Wird der Manöver-Vorschlags-Mode (MV) ausgewählt, dann werden über das Intelligente Manöver-Vorschlags-& Korrektur-Modul (IM) optimierte Ergebnisse für Manöver-Vorschläge /-Korrekturen zur Ansteuerung eines setzbaren Ziel-Fensters (1) (markiert als gepunktetes Strich-Punkt-Rechteck im Manöver-Display in 1) erarbeitet und zur Anzeige der Vorschlags-Bahn im Manöver- Display gebracht und gleichzeitig die vorgeschlagenen Steuersignale im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface angezeigt, parallel zu den aktuell eingestellten realen Steuersignalen.
Wird der Prädiktions-Korrektor-Modus (PK) ausgewählt, können über die Stelleinrichtungen im Manöver-Bedien-Interface ein oder mehrere Korrekturwerte für die Verbesserung der Manöversimulation überlagert werden um ggf. auftretende Fehler in der Prädiktion auszugleichen. Wenn z.B. eine vorhandene Strömung ungenau oder gar nicht durch Sensoren erfasst wird, erkennt man das dadurch, dass die Prädiktion abweichend von der realen Bewegungsrichtung angezeigt wird. Dann kann mit dieser Methode im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface über das entsprechende Fenster (SU) eine geeignete Stromgeschwindigkeit (SG) und -Richtung (SW) als Korrekturwert ausgewählt und als Offset vorgegeben werden, deren Eignung anhand der sofortigen Prädiktion der Auswirkung überprüft und zielgerichtet durch Anpassung der Korrektur an die wirkliche Bewegung optimiert werden.
Für das gesamte Manöver von Ausgangs- und Folge-Manöver werden in 1 unten links im Menü-Fenster (AE) Angaben zum Manöver-Effizienz-Zustand angezeigt: als Beispiel ist der Typ (T) Brennstoff-Verbrauch (VB) ausgewählt (schraffiertes Fenster), der darunter für die Stärke (S) mit dem Wert 9.8 und der Einheit (E) als Tonnen t pro Nautische Meile nm für den gesamten Prädiktionszeitraum zu sehen ist. Alternativ können auch Emissionen (EM) bzw. die Rest-Kapazität (RK) von Batterie-Antrieben oder ähnliche Angaben zum Energie-Zustand ausgewählt und angezeigt werden.
Im Fenster rechts unten werden Informationen zum Manöver-Risiko-Zustand während des Manöverablaufes angezeigt, Im dargestellten Beispiel wurde im Auswahl-Menü Manöver-Risiko-Typ (AR) die Analyse von Propulsions-Problemen ausgewählt (PP): durch die Schraffur im Fenster wird ein Problem angezeigt, dabei kann es sich z.B. um Resonanz-Schwingungen von Maschinen-Propeller-System bei bestimmten kritischen Drehzahlen, Strömungs-Ablösung mit den bekannten Problemen von Schubverlust oder potentiellen Propeller-Zerstörungen handeln. Risikoanzeigen sind auch vorgesehen bei angeforderter Überschreitung der vorhandenen Manöver-Ressourcen (MR), z.B. falls zu wenig Leistung für angeforderte Querstrahlruder-Kommandos vorhanden ist oder verfügbare Ruderwinkel kleiner als die aktuell kommandierten / angeforderten Werte (z.B. infolge von Begrenzungen bei Fahrt im Sea-Mode) realisierbar sind. Beim Klicken auf die Informations-Fenster werden die Angaben erläutert. Weiterhin ist noch der Typ Präzision der Prädiktion (PR) aufgeführt, mit dem die Genauigkeit der Manövervorhersage durch Vergleich von Prädiktion und realer Bahn überwacht werden kann. Das Risiko wird selbständig überwacht im Modul (RE) das auch automatisch über Risikozustände in der oben angegeben Weise alarmiert und informiert.
Der zeitliche Bereich für das Auftreten des alarmierten Risiko-Zustandes wird entlang der Bahn markiert (7) und ist im Beispiel als dick gestrichelte Kurve angezeigt, so dass man nachvollziehen kann wann, wo und wie lange die der Risiko-Zustand auftritt.
In 3 ist die Konzeptübersicht mit den Modulen des gesamten Systems und der Datenfluss dargestellt mit folgenden Elementen:

a) einem Daten-Kollektor (DK), der über ein Interface zur Erfassung von Navigations- und Schiffs-, Steuer- und Propulsionsdaten alle erforderlichen Daten einsammelt für die Simulation und Darstellung der Ergebnisse und sie weitergibt an den Datenprozessor und Filter sowie an die Datenbank für die Schiffs-Simulations-Parameter; zu diesen Daten gehören:
1. 1. Schiffs-Zustands-Daten:
  - - Beladungsabhängige Parameter (Tiefgänge, Lateralflächen, Massen, usw.);
  - - Parameter der Manövrier-Einrichtungen (Ruder, Thruster, Maschinen-Einstellungen / Parameter)
2. 2. Manöver-Parameter: aktuelle Kommandierte Werte für Ruderwinkel, Maschinentelegraf, Bug- / Heck- Strahlruder usw.
3. 3. Initial-Daten / Schiffs-Bewegungs- und Umwelt -Parameter, hier als NAV Daten bezeichnet: z.B. Bewegungs-Richtung, - Geschwindigkeit, Positionen, Drehgeschwindigkeit ROT, Wind, Strom, Wassertiefe sowie die Propellerdaten für Drehzahl, Schub und Moment usw.;
b) einer Schiffs-Datenbank (DB), in der alle Schiffs-Simulations-Parameter gesammelt werden, z.B. die Parameter des Simulations-Modells für die geplanten Simulationsbedingungen, und die anschließend für alle Module zur Verfügung stehen.
c) einem Komplexen-Identifikations- und Korrektur Modul (KI)_{_}zur Gewinnung der Parameter entsprechend des aktuellen Schiffs- und Propulsions-Zustandes für schnelle Simulations-Verfahren auf Basis von konventionellen Gleichungen, Modellen des Maschinellen Lernens bzw. hybriden Modellen. Sie werden entsprechend der Differenz zwischen Eingangsdaten und simulierten Daten aus dem Prädiktions-Daten Speicher korrigiert und in die Schiffs-Daten-Bank übernommen;
d) einem Datenprozessor & Filter (DF) für Eingangsdaten, hier erfolgen
- - Prüfung und -Anpassung aller Daten aus dem Daten-Kollektor,
- - Filtern der Eingangsdaten; Dazu können die Messdaten mit den simulierten Manöverdaten verglichen (und ggf. korrigiert) werden, die aus dem Prädiktions-Daten Speicher (PD in den Filter geleitet werden. Alle Ergebnisse gelangen in die Schiffs-Datenbank (DB).
e) Ein Manöver-Display & Präsentations-Management- Modul (MD), in dem alle manuellen Eingaben und Auswahl-Aktivitäten für die Prädiktion erfolgen, welches seine Daten von der Daten-Bank (DB) bekommt und Ergebnisse weitergibt an den Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager (PD).
f) Ein Intelligentes Manöver-Vorschlags-& Korrektur-Modul IM), das seine Daten bekommt von der Daten-Bank (DB) und das mit den Einstellungen für das Ziel-Fenster (1) aus dem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) und aus den Basisdaten für das Ausgangs- und Folge-Manöver aus dem Prädiktions-Daten-Speicher (PD) optimierte Ergebnisse für Manöver-Vorschläge / -Korrekturen erarbeitet und weitergibt an den Prädiktions-Daten-Speicher und - Manager (PD) zur Anzeige der Vorschlags- Bahn in 1 und als Steuersignale im Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface 2.
g) einem Mehrfach-Prädiktions-Modul (MP) für die schnelle Manöver-Simulation sowohl für das Ausgangs-Manöver als auch für das Folge-Manöver, wobei die Steuerparameter zur Prädiktion der Bahn und Lage sowie Geschwindigkeits- und Propulsionsparameter kommen können entweder über aktuelle, reale Steuer- Parameter von der Schiffsbrücke über die Daten-Bank (DB), oder aus dem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) oder aus dem Intelligenten Manöver-Vorschlags- und Korrektur -Modul (IM).
h) einem Prädiktions-Daten-Speicher und Manager(PD), in dem alle Prädiktionsergebnisse gespeichert werden bzw. organisiert und verfügbar gemacht werden für die Weitergabe zur Anzeige an das Präsentations- und Display Modul (MD) oder zur Filterung an den Datenprozessor & Filter (DF) bzw. für die Überwachung im Risiko-/ Effizienz- Überwachungs-Modul (RE),
i) einem Manöver-Display & Präsentations-Management-Modul (MD) zur Organisation und Darstellung für die Anzeige der Informationen in ECDIS-Seekarten oder Radar-Display-Umgebung in 1 mit folgenden Daten:
- • die Aktuelle Ausgangsposition (5) und -Richtung als SchiffsKontur aus der Datenbank,
- • die vorhergesagten Bahnverläufe und -Positionen für Ausgangs- (3) und Folge-Manöver (4) anhand der aktuellen Steuerparameter von der realen Brücke bzw. vom Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface (MB) für das Ausgangs- und Folge-Manöver oder als Manöver-Vorschlag / Korrektur aus dem Prädiktions-Daten Speicher und Manager (PD),
- • die Ergebnisse aus dem Risiko- / Effizienz-Überwachungs-Modul (RE), darunter den Risiko-Zustand während des Manöverablaufes, angezeigt für den im schraffierten Fenster unten rechts markierten Risiko-Typ (AR), parallel dazu entlang der Bahn als dick gestrichelte Kurve (7) und den Manöver-Effizienz-Zustand (AE) unten links im schraffierten Fenster,
j) einem Risiko-/Effizienz- Überwachungs-Modul (RE), das alle erforderlichen Daten für vorhergesagte Schiffsbewegungen und Propulsionszustände als Prädiktionen aus der Daten-Bank (DB) bezieht und in dem die eingehenden Eingangs-Daten und die Prädiktions-Daten überwacht werden hinsichtlich der Überschreitung von in diesem Modul eingegeben / hinterlegten Grenzwerten und Kriterien und die Ergebnisse an das Präsentations- und Display Modul (MD) gesendet werden.

Liste der Zeichnungen

1: Anzeige vom Manöver-Display & Präsentations-Management Modul
2: Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface
3: Modul-Übersicht und Datenfluss

Liste der Bezugszeichen in den Zeichnungen:

1:

1

Ziel-Fenster für Vorschlags-gesteuerte Ansteuerung

2

Referenz-Position entsprechend Zeitschieber von Initial-Position

3

Folge-Manöver-Prädiktion ab Start-Position für Steuereinstellung vom Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface

4

Ausgangs-Manöver-Prädiktion von der Ausgangs-Position für aktuelle Steuereinstellungen

5

Ausgangs-Position: Aktuelle Position mit aktuellen Steuereinstellungen

6

Start-Position für Folge-Manöver

7

Bahn-Markierung entsprechend Manöver-Risiko-Typ

NR

NAV-Daten-Anzeige an Referenz Position

SA

Status-Anzeige

NI

NAV-Daten-Anzeige an Initial-Position

MS

Manöver-Steuer-Modus

AE

Auswahl Manöver- Effizienz -Zustand:

T

Typ

S

Stärke

E

Einheit

VB

Verbrauch

EM

Emission

RK

Rest-Kapazität

AR

Auswahl Manöver-Risiko Typ:

PR

Präzision Prädiktion

PP

Propulsions-Probleme

MR

Manöver-Ressourcen
2:

MB

Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface

AB

Auswahl Betriebs-Modus Menü

MS

Manöver-Steuer-Modus

MV

Manöver-Vorschlags-Modus

MT

Manöver-Test-Modus

PK

Prädiktions- Korrektur-Modus

SS

Setze Strahler Kommando Eingabe-Element

BB

Backbord

SB

Steuerbord

SM

Einstell-Element für Setzen Maschinen Kommandos

EOT

Engine Order Telegraf: Maschinen-Kommando-Einstellung

SR

Setze Ruder Kommandos Eingabe-Element

SU

Setze Umwelt Bedingungen Eingabe-Element

WW

Wind Eingabe-Element: Richtungs-Winkel

WG

Wind Eingabe-Element: Geschwindigkeit

SW

Strömungs-Eingabe-Element: Richtungs-Winkel

SG

Strömungs-Eingabe-Element: Geschwindigkeit

AI

Auswahl Menü für Initial Bedingungen

AP

Auswahl Initial Position

AZ

Start-Zeit für Folge-Manöver

AM

Ausgangs-Manöver als Initial Position

FM

Folge-Manöver als Initial Position

FI

FIX-Einstellung für festen Beginn Folge-Manöver

FL

FLEX-Einstellung für flexibel angepassten Beginn Folge-Manöver

SZ

Einstell-Element (Zeitschieber [min]) für Setzen Zeit für Beginn Folgemanöver

RP

Kurzer Zeiger zum Setzen der Zeit bis zur Referenz-Position

PZ

Langer Zeiger zum Setzen der Zeitdauer für die Prädiktions-Zeitdauer

AP

Auswahl Menü für Setzen Position an eingestellten Zeiten des Zeitschiebers

SF

Setzen der Position für den Start des Folgemanövers

ZF

Setzen der Position für das Zielfenster
3:

DK

Daten-Kollektor für Navigations- und Schiffsdaten-, Steuer- & Propulsionsdaten

DB

Daten-Bank Schiffs-Simulations-Parameter

Kl

Komplexes Identifikations- und Korrektor-Modul

DF

Datenprozessor & Filter für Eingangsdaten

IM

Intelligentes Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul

MP

Mehrfach-Prädiktions-Modul für Schnelle Manöver- Simulation für Ausgangs-Manöver und Folge-Manöver

MI

Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface

PD

Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager

MD

Manöver- Display & Präsentations-Management- Modul

RE

Risiko- / Effizienz- Überwachungs-Modul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 102010003031 [0007]
DD 251832 A1 [0008]
DE 4423233 C2 [0009]

Claims

Einrichtung zur simulationsgestützten Ziel-Ansteuerung für effizientes und sicheres Manövrieren von maritimen Fahrzeugen, aufweisend ein Geräte-System, wenigstens beinhaltend a. ein Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface Modul und/oder b. ein Manöver- Display & Präsentations-Management- Modul und/oder c. einen Daten-Kollektor Modul und/oder d. ein Datenprozessor & Filter Modul für Eingangsdaten und/oder e. ein Komplexen-Identifikations- und Korrektur-Modul und/oder f. eine Daten-Bank Modul für Schiffs-Simulations-Parameter und/oder g. ein Mehrfach-Prädiktions-Modul und/oder h. ein Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager Modul und/oder i. ein Intelligentes Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul und/oder j. ein Risiko-/Effizienz- Überwachungs-Modul.
Einrichtung zur simulationsgestützten Manöver-Ziel-Ansteuerung bei der Manöver-Durchführung von maritimen Fahrzeugen gemäß Anspruch 1, wobei die Module a-j leitend verbunden sind und wobei a. das Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface-Modul mindestens Regelelemente - zur Einstellung eines Manöver-Betriebsmodus gemäß der Ansteuerung der Prädiktion mit verschiedenen Anfangswerten bzw. Steuersignalen, - zur Auswahl und zum Setzen von Steuer- und Umweltdaten, - zur Auswahl und zum Setzen von Initial-Position und Start-Position und - zur Auswahl und zum Setzen von Zeiten auf der Ausgangs- und der Folge-Manöverbahn umfasst, b. das Manöver-Display & Präsentations-Management- Modul eine Anzeige einer aktuellen Schiffs-Position und zumindest eines prädiktiven Verlaufs von künftigen Schiffspositionen auf der Ausgangs- und der Folge-Manöverbahn sowie von Risiko-/Effizienz- Parametern unter Berücksichtigung aktueller und / oder frei wählbaren bzw. optimierter Steuer- und Umgebungsbedingungen aufweist, c. das Daten-Kollektor-Modul für eine Erfassung aktueller Schiffs-, Navigations-, Steuer-, und Umweltdaten ausgestaltet ist, d. das Daten-Prozessor & -Filter-Modul zur Vorverarbeitung und Filterung von Daten und Parametern für eine Simulation der Schiffsbewegungen ausgestaltet ist, e. das Komplexe-Identifikations- und Korrektur-Modul zur Ermittlung der Parameter für die Manöver-Simulation, vorzugsweise durch Modelle von Bewegungs-Gleichungen oder des Maschinellen Lernens ausgestaltet ist, f. das Daten-Bank-Modul für Schiffs-Simulations-Parameter zur Speicherung, Bereitstellung und/oder Aktualisierung der vorverarbeiteten und gefilterten Parameter für die Simulation ausgestaltet ist, g. das Mehrfach-Prädiktions-Modul zur schnellen Simulation der künftigen Manöverbewegung und Propulsion durch Manöver-Prädiktion ausgestaltet ist, h. das Prädiktions-Daten-Speicher und -Manager-Modul zur Speicherung und Organisation aller relevanten Ergebnisse zur Anzeige ausgestaltet ist i. das Intelligente Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul Systeme zur Berechnung, Optimierung und Ausgabe von Manövervarianten und entsprechende Steuereinstellungen anhand von gesetzten Ziel-Fenstern /-Gebieten für ein Ausgangs-Manöver und/oder für ein Folge-Manöver aufweist und/oder j. das Risiko-/Effizienz- Überwachungs-Modul zur Auswertung der simulierten und real ermittelten Mess-Daten nach einstellbaren Risiko- und Effizienz-Kriterien ausgestaltet ist.
Einrichtung zur simulationsgestützten Manöver-Ziel-Ansteuerung bei der Manöver-Durchführung von maritimen Fahrzeugen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Manöver-Prädiktions-Bedien-Interface die Regelelemente als Drehregler, Schieberegler, Drucktaster oder numerische Daten-Eingabe- und / oder Sprach-Eingabe-Vorrichtungen und/oder digital auf einem virtuellen Bedien-Interface ausgebildet sind, wobei eines oder mehrere der folgenden Elemente vorhanden sind a) Regelelemente zur Auswahl und zum Setzen für den Manöver-Betriebsmodus zur Ansteuerung der Prädiktion mit verschiedenen Anfangswerten bzw. Steuersignalen, vorzugsweise für die folgenden auswählbaren Varianten - Manöver-Steuer-Modus, bei dem Steuersignale von der Brücke direkt übernommen werden, - Manöver-Test-Modus, bei dem Steuersignale aus den Regelelementen übernommen werden, - Manöver-Vorschlags-Modus, bei dem die generierten Steuersignale vom Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Modul übernommen werden - Prädiktions-Korrektor-Modus, bei dem Stellgrößen für Steuersignale oder Umweltparameter mit Off-set Parametern überlagert werden können, b) Regelelemente zur Auswahl und zum Setzen von Steuersignalen für Manövriereinrichtungen sowie für Umweltdaten wie Wind und Strom, c) Regelelemente zur Auswahl und zum Setzen von Initial-Position für Anzeigen von Manöverdaten an Referenz -Positionen und der Start-Position für Folge-Manöver, d) Regelelemente zur Auswahl und zum Setzen von Zeiten mittels Zeitschieber für die Anzeige der Bewegungsparameter an einer Referenz-Position und zum Setzen der Start-Position für Folgemanöver und zusätzlich der Gesamtdauer einer Manöver-Prädiktion sowie zusätzlich einer Position für das Ziel-Fenster der Intelligenten Manöver-Vorschlags- und Korrektur-Moduls,
Einrichtung zur simulationsgestützten Manöver-Ziel-Ansteuerung bei der Manöver-Durchführung von maritimen Fahrzeugen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Manöver-Display & Präsentations-Management- Modul Ergebnisse der Berechnung von Manövern mit einem Mehrfach-Prädiktor zur gleichzeitigen Darstellung aufbereitet und die folgenden Elemente auf einem Manöver-Display für die sichere und effektive Manöverdurchführung miteinander vergleichbar angezeigt werden • die aktuelle Position, Lage und Bewegung des Schiffes (Ausgangs-Position), • Ergebnisse von Mehrfach-Manöverprädiktionen durch schnelle Voraussimulation von vorzugsweise zwei vorhergesagten, zukünftigen Manöverbahn-Segmenten (Ausgangs- und Folge-Manöver-Prädiktion) und zugehörigen Propulsionsdaten, • eine mit dem Zeitschieber verschiebbare Referenz-Position dargestellt wird, wobei die an dieser Referenz-Position und an der jeweiligen Manöver-Anfangs-Position vorhandenen Werte für den Navigations- und Manöverzustand in Datenfenstern angezeigt werden, • mehrere Manövervarianten gleichzeitig als Bahnverläufe dargestellt werden können entsprechend dem ausgewählten Betriebs-Modus für verschiedene Anfangs-, Steuer- und Umwelt-Parameter, • Informationen zum Risiko- und Effizienz-Zustand angezeigt werden, sowohl als numerische Angaben in Datenfenstern als auch zusätzlich örtlich und zeitlich durch Markierung entlang der Manöverbahn,
Einrichtung zur simulationsgestützten Manöver-Ziel-Ansteuerung bei der Manöver-Durchführung von maritimen Fahrzeugen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Risiko- / Effizienz-Überwachungs-Modul zur Bereitstellung von Informationen über Risiko und Effizienz zumindest eines prädiktiven Verlaufes von künftigen Schiffsbewegungen und Propulsionsparametern sowie deren Bewertung anhand von einstellbaren Kriterien unter Berücksichtigung aktueller und/oder frei wählbarer bzw. optimierter Steuer- und Umgebungsbedingungen vorgesehen ist.
Einrichtung zur simulationsgestützten Manöver-Ziel-Ansteuerung bei der Manöver-Durchführung von maritimen Fahrzeugen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der beschriebenen Module dafür eingerichtet sind, Steuersignale an zumindest eine externe Einrichtung zur automatisierten Steuerung des maritimen Fahrzeugs und / oder zur Fernsteuerung weiterzugeben.