EP4716936A1 - Einrichtung und verfahren zur automatischen erkennung und dokumentation von gefahrensituationen im schiffsverkehr - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung und ein Verfahren zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr wird beschrieben. Eine Sensordaten-Auswerteeinheit (4) ist zur automatischen Erkennung von Gefahrensituationen durch Vergleich der mit dem mindestens einen Objekterfassungssensor (2a) erfassten Bewegungen eines im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeugs (S) mit vorgegebenen Bewegungsverhalten unter den mit dem Umweltsensor (2b) erfassten aktuellen Luft- und Wasserbewegungen vorherrschenden Umweltbedingungen eingerichtet. Im Fall, dass eine Gefahrensituation erkannt wurde, erfolgt eine Zusammenführung der aktuell mit den Überwachungssensoren (2a, 2b, 2c) erfassten Daten und zugehörigen Zeitpunkten der Messung in mit eindeutigen Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP), eine Abspeicherung der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP), eine Übermittlung der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP) an eine von der Sensordaten-Auswerteeinheit (4) unabhängige Signaturinstanz (5), und ein Empfangen und Abspeichern der von der Signaturinstanz (5) mit einer digitalen Signatur (K) versehenen Datenpakete (DP) ausgebildet ist.

Description

Einrichtung und Verfahren zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr, wobei die Einrichtung aufweist:

- Überwachungssensoren zur Detektion von Umgebungszuständen in einem überwachten Gebiet, das an eine landseitige Infrastruktur angrenzt und eine von Wasserfahrzeugen befahrbare Wasserfläche umfasst, und

- einer Sensordaten-Auswerteeinheit, wobei die Überwachungssensoren umfassen:

- mindestens einen Objekterfassungssensor, der zur Erfassung der Position, Lage und Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors befindlichen Wasserfahrzeuges eingerichtet ist,

- mindestens einen Umweltsensor zur Erfassung von aktuellen Luftbewegungen und Wasserbewegungen, und

- mindestens einen Schiffsidentifikationssensor zur Identifizierung der im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeuge.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur automatischen Erkennung und

Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr, umfassend:

- Detektion von Umgebungszuständen in einem überwachten Gebiet, das an eine landseitige Infrastruktur angrenzt und eine von Wasserfahrzeugen befahrbare Wasserfläche umfasst, mit Überwachungssensoren, wobei

- mit mindestens einem Objekterfassungssensor eine Erfassung der Position, Lage und Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors befindlichen Wasserfahrzeuges erfolgt,

- mit mindestens einen Umweltsensor eine Erfassung von aktuellen Luftbewegungen und Wasserbewegungen erfolgt, und mit mindestens einem Schiffsidentifikationssensor eine Identifizierung der im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeuge erfolgt.

Im Schiffsverkehr gehören Anlegemanöver, Brückenunterfahrten, die Einfahrt in enge Hafenbereiche, Schleusen, Schwimm- und Trockendocks zu den herausforderndsten Tätigkeiten des nautischen Personals. Zeitmangel, ökonomischer Druck, der immer dichter werdende Verkehr und schnell wechselnde Umweltbedingungen führen schnell zu Schäden an Schiffen und der Hafeninfrastruktur. Auch bereits festgemachte Schiffe können sich lösen (z. B. Leinenriss, vergessenes Nachlegen oder Nachziehen von Leinen) und führen durch die Gewalt der Umwelt kombiniert mit mangelnder Beobachtung des verantwortlichen Personals zu Schäden an der Infrastruktur.

Hafen- und Anlagenbetreiber stehen bei von Schiffen verursachten Schäden ihren Anlagen vor drei zentralen Problemen:

1. Keine Schadensmeldung: Von Schiffen werden Schäden an der Infrastruktur verursacht (z. B. Beschädigungen von Fendern und Spundwänden), die erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt identifiziert werden z. B. im Rahmen von Wartungsarbeiten und dann nicht mehr Verursachern zugeordnet werden können.

2. Verursacherermittlung: In Folge der häufig verzögerten Feststellung von Schäden, ist es für den Hafenbetreiber schwierig, den Verursacher des Schadens zu identifizieren, da die Hafeninfrastruktur in kurzer Zeit von verschiedenen Schiffen angefahren wird. Weiterhin sind Schiffe außerhalb der hoheitlichen Gewässer (12 Meilen Zone) nicht belangbar, so dass auf Schäden schnell agiert werden muss.

3. Beweispflicht: Die Beweispflicht liegt beim Anlagenbetreiber, folglich muss dieser das schuldhafte Verhalten der Schiffsführung nachweisen. Reedereien berufen sich häufig auf höhere Gewalt (schwere Umweltbedingungen, wie z. B. Windböen), unerwarteter Maschinenausfall (z. B. Ausfall des Ruders) oder den Einfluss anderer Schiffe (z. B. durch Bugwellen). Häufig scheitert daher der Verursachernachweis da der Anlagenbetreiber die Bedingungen und durchgeführte Manöver zum Unfallzeitpunkt nicht beweisen kann. Aufgrund dieser Probleme sind Anlagenbetreiber im Schadensfall häufig die Leidtragenden, da die Kosten für Sachverständige, die häufig langjährige rechtliche Auseinandersetzung, sowie Rück- und Wiederaufbau der beschädigten Anlagen, sowie Betriebsausfälle bei Ihnen verbleiben.

Zur Adressierung dieser Probleme bedarf es eines Systems, welches den Schiffsverkehr im Bereich von Hafeninfrastruktur überwacht und automatisiert Kollisionen bzw. Unfälle detektiert, den Verursacher identifiziert, sowie eine beleghafte Dokumentation des Unfallhergangs erstellt, die das Verhalten des Schadenverursachers unbestreitbar belegt.

Hafenseitig besteht die Möglichkeit der Nutzung von Kameras, die entlang der Kaianlage oder auf dem Hafengebiet installiert werden. Sie lassen sich einfach in bestehende Überwachungssysteme installieren und speichern. Durch die Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz und Verarbeitung von Videodaten, lassen sich die aufgenommenen Datensätze automatisch auswerten. Dabei ist es mit Hilfe von Verfahren der künstlichen Intelligenz möglich, Objekte zu erkennen und zu klassifizieren und Abstände zu ermitteln (bspw. zwischen Schiff und Kaimauer). Kameras sind verschmutzungsanfällig, bspw. durch Spinnenweben und Staub, und bei schlechten Sichtbedingungen (z. B. Nacht, Nebel, Regen) nur bedingt geeignet.

Bekannt ist ebenfalls die Nutzung von RADAR Sensorik, wobei in vielen Häfen ein Hafenradar installiert ist. Mit diesen Sensoren und entsprechender Softwarelösungen können anlaufende Schiffe über eine große Distanz erkannt und verfolgt werden.

Alternativ kann das Automatic Identification System (AIS) per VHF-Funk empfangen und aufgezeichnet werden. AIS ist ein System zur Übertragung von statischen (bspw. SchiffID, Name, Größe), dynamischen (bspw. Geschwindigkeit, Ausrichtung, Kurs) und reisebezogenen (bspw. Zielhafen, Tiefgang) Daten eines Schiffes. Das System ist für die Berufsschifffahrt vorgeschrieben und damit auf allen größeren Schiffen installiert.

Schiffsseitig werden zur Aufzeichnung von Schiffsreisen Voyage Data Recorder (VDR) eingesetzt. Mit Voyage Data Recorder (VDR) werden schiffsseitige Blackbox Systeme bezeichnet. Sie sind für größere Schiffe (>3000 BRZ) vorgeschrieben und werden durch die International Maritime Organisation (IMO) in der Resolution A.861 (20) standardisiert. Je nach Sensorverfügbarkeit speichern VDRs unter anderem Positionen, Geschwindigkeiten, Funkübertragungen und Umweltdaten. In einem VDR werden mindestens die letzten zwölf Stunden aufgezeichnet und dann überschrieben. Bei Bedarf kann dieser Zeitraum ebenfalls persistiert werden, so dass die Daten auch nach Ablauf der Zeit für Untersuchungen genutzt werden können. Damit liegt die Kontrolle und der Besitz der zum Beweis für den Anlagenbetreiber erforderlichen Überwachungsdaten nachteilig bei dem potentiellen Unfallverursacher.

US 7 340610 B1 beschreibt ein vertrauenswürdiges System zum Speichern von mit einem Zeitstempel versehenen Daten. Für in einem Datenspeichersystem gespeicherte Daten wird ein Hash-Wert erzeugt. Der Hash-Wert und eine Anforderung für einen Zeitstempel werden dann an eine Zeitstempel-Behörde gesendet. Ein Zeitstempel-Token und/oder ein Zeitstempel-Zertifikat wird von der Zeitstempel-Behörde empfangen. Das Zeitstempel-Token enthält einen Zeitstempel und den Hash-Wert und kann unter Verwendung eines privaten Schlüssels der Zeitstempel-Behörde verschlüsselt werden. Das Zeitstempel-Token und/oder Zeitstempel-Zertifikat wird dann beispielsweise mit einem Verweis auf die im Datenspeichersystem gespeicherten Daten gespeichert. Das Zeitstempel-Token und/oder das Zeitstempel-Zertifikat können dann verwendet werden, um die gespeicherten Daten und den Zeitstempel zu validieren.

US 9 922 332 B2 offenbart einen digitalen Unterschrifts- und Zeitstempel-Notardienst für Dokumente und Objekte. Ein integriertes elektronisches vernetztes Notarsystem umfasst Subsysteme von Computern zur Durchführung einer biometrischen Analyse, Eingabe und Analyse von Zielobjektinformationen, Markierung und Zeitstempelung mit einem vertrauenswürdigen Drittanbieter, um einen elektronischen Notarprozess zu ermöglichen. Das System sieht eine Authentifizierung sowohl der Unterzeichner als auch der Zielobjekte vor. Der Nutzer hat die Möglichkeit, das Zielobjekt entweder einseitig selbst zu beurkunden oder mit anderen zusammenzuarbeiten, um das Zielobjekt elektronisch zu beurkunden. Für hochwertige Zielobjekte kann ein auswählbares Anzeigemenü in den halbautomatischen Modus geändert werden, wobei eine gesetzliche notarielle Person anwesend sein kann, um Benutzer bei dem Beglaubigungs- und Zeitstempelprozess zu unterstützen. Ein maschinenlesbarer Notarsymbolgenerator erzeugt ein maschinenlesbares Notarsymbol durch Codieren einer Kennung, die einen Container mit Notarinformationen darstellt, einschließlich einer offiziellen aktuellen Zeit entsprechend einem Beglaubigungsereignis, Identifikationsinformationen des Zielobjekts und GPS- Beglaubigungsautorisierungsinformationen.

US 7 921 283 B2 beschreibt ein Verfahren zur Authentifizierung von Daten in Echtzeit. Digitale Daten werden in Echtzeit mit einer digitalen Signatur versehen. Die digitale Signatur dient als Echtheitskennzeichen, das einem Empfänger versichert, dass die digitalen Daten tatsächlich von einer angegebenen Quelle stammen. Die digitale Signatur kann auf beliebige digitale Daten angewendet werden, einschließlich Videosignale, Audiosignale, E-Commerce-Informationen, Daten in Bezug auf Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Flugzeuge oder beliebige andere Daten, die in digitaler Form übertragen und empfangen werden können.

US 10 121 078 B2 beschreibt ein Verfahren und System zur Erkennung von Fremdobjekten in maritimer Umgebung. Die vorliegende Erfindung stellt Techniken zum Erfassen von Fremdobjekten in einem interessierenden Bereich in maritimen Umgebungen bereit. Bilddaten, die eine Folge von nacheinander erfassten Bildern des interessierenden Bereichs angeben, werden analysiert, um interessierende Kandidatenpunkte zu bestimmen, und Daten, die diese Punkte anzeigen, werden verarbeitet, um Kandidatenpunkte zu identifizieren, die benachbart an verschiedenen Stellen in Bilddaten angesammelt sind. Gruppierungsdaten können dann basierend auf den identifizierten Ansammlungen von Kandidatenpunkten erzeugt werden, die eine Gruppe der Kandidatenpunkte angeben. Die Gruppierungsdaten werden verarbeitet, um eine räumlich-zeitliche Korrelation zwischen den Punkten in der Gruppe zu identifizieren und eine entsprechende Verfolgungsfunktion zu bestimmen, wodurch eine Detektion eines Vorhandenseins eines Fremdobjekts in den Bilddaten ermöglicht wird.

WO 2005/125209 A1 offenbart ein Verfahren und System zur Überwachung von Schiffen. Das System umfasst Überwachungsmittel zum Vermessen einer Wasserstraße; Schiffserkennungsmittel zum Bestimmen des Vorhandenseins und des Standorts eines Schiffs in der Wasserstraße basierend auf Informationen von den Überwachungsmitteln; Kameramittel zum Erfassen eines oder mehrerer Bilder des Behälters;

Bildverarbeitungsmittel zum Verarbeiten der von den Kameramitteln erfassten Bilder zum Ableiten von Überwachungsdaten; wobei das Kameramittel die Gefäßbilder basierend auf Informationen von dem Gefäßerkennungsmittel, den Überwachungsdaten von dem Bildverarbeitungsmittel oder beiden erfasst. Die Bilder können verwendet werden, um das Schiff nach Namen und Kategorie zu klassifizieren und zu identifizieren. Die Kategorie kann mit der zuvor für ein Schiff dieses Namens registrierten Kategorie verglichen werden. Das Schiff kann verfolgt werden, einschließlich Geschwindigkeit und Richtung, bis es die überwachte Wasserstraße verlässt.

DE 19540 550 A1 beschreibt ein Verkehrsüberwachungssystem zur Erfassung von Daten in einem Hafenbereich und deren Dokumentation mit Zeitstempel. Verkehrssituationsrelevante Daten werden aus einem Netz von Rechnern an einen mobilen Rechner mittels angeschlossener Sende- und Empfangseinheit mithilfe einer Sende- und Empfangsstation mit einer Antenneneinheit und aus dem mobilen Rechner über die angeschlossene Sende- und Empfangseinheit sowie eine weitere Sende- und Empfangseinheit der Antenneneinheit und über eine Sende- und Empfangsstation an die Rechner des Netzes übertragen. Die Speicherung der Daten erfolgt kontinuierlich und diese werden nicht rechtssicher abgelegt.

Für die Untersuchung schwerer Verkehrsunfälle sind größere Schiffe verpflichtet, einen Schiffsdatenschreiber (VDR) zu installieren. Allerdings ist nicht jedes Schiff mit einem VDR ausgestattet, und die Auslesung ist oft ein manueller Prozess, der kostspielig ist. Darüber hinaus können nicht nur schiffsbezogene Informationen für die Rekonstruktion von Verkehrsunfällen relevant sein, sondern auch Informationen von anderen Stellen wie Wetterdiensten oder Hafenbetreibern. Eine weitere große Herausforderung besteht darin, dass die Unternehmen dazu neigen, nur ihren eigenen Aufzeichnungen zu vertrauen und nicht denen anderer, da diese zu Gunsten des jeweiligen aufzeichnenden Unternehmens manipuliert werden könnten (z. B. um verursachte Schäden zu verschleiern).

Jankowski, D., Möller, J.; Wiards, H.; Hhn, A.: Decentralized Documentation of Maritime Traffic Incidents to Support Conflict Resolution, in: Journal of Marine Science and Engineering, 2022, 20, 2011 beschreibt einen Peer to Peer (P2P) Ansatz an dem alle Teilnehmer sich aktiv einbringen und in dem Vorab eine Trusted Authority für Common Trust ausgehandelt wird, um später im Falle eines Unfalls Daten zu belegen. Beliebige Daten werden von verschiedenen Entitäten vertrauenswürdig, dezentral und Campersicher dokumentiert und so den Konfliktlösungsprozess zu unterstützen. Zu diesem Zweck können alle an einer Verkehrssituation beteiligten Entitäten zur Dokumentation beitragen, indem sie ihre verfügbaren Daten persistieren. Da die maritimen Akteure mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet sind, kann eine vielfältige und aussagekräftige Datenbasis aggregiert werden. Die Daten werden dann von einer gemeinsam vereinbarten Zeitstempelstelle (TSA) signiert. Auf diese Weise kann jeder kryptografisch überprüfen, ob die Daten nachträglich verändert worden sind.

Mit Timestamp Authority (TSA) wird eine vertrauenswürdige Instanz bezeichnet mit der bestätigt wird, dass Daten zu einem bestimmten Zeitpunkt existieren. Sie eignen sich für unter anderen zum Signieren von Dokumenten und Daten Tupeln.

Problematisch bei der öffentlichen Situationserfassung ist vor allem der Datenschutz, die

Datenqualität (Genauigkeit, wie Datenauflösung in Raum und Zeit), fehlende

Zusammenführung von schiffsseitig und anlagenseitig gemessenen Daten, sowie die Sicherung gegen Datenmanipulation.

Die einfachste Lösung sind Kamerasysteme. Diese haben aber den Nachteil, dass die Messqualität von Kameras abhängig von den Umweltbedingungen ist. So beeinträchtigen eine begrenzte Ausleuchtung insb. bei Nacht, Nebel, Niederschlag, Verschmutzung oder Spinnenweben auf der Linse die Bildqualität. Damit sind optische Kamerasysteme nicht in allen Fällen für die Beweisführung nutzbar. Zudem lassen sich über Kameras Personen identifizieren. Daher ist der Kameraeinsatz aufgrund von nationalen oder regionalen Bestimmungen des Datenschutzes sehr eingeschränkt. Hinzu kommen Sicherheitsrestriktionen, durch die Aufnahmen von öffentlicher Infrastruktur beschränkt sein kann. Im Hafen darf typischerweise der Anlagenbetreiber keine Schiffe filmen und die Schiffsbetreiber keine Hafenflächen.

Die für eine Schadensdokumentation notwendigen Informationen zur Schiffsposition, Schiffsorientierung und Schiffsgeschwindigkeit lassen sich nicht unmittelbar messen, sondern bedingen aufwendige Verfahren z. B. der künstlichen Intelligenz. Die Zuverlässigkeit dieser Verfahren korreliert negativ mit der Datenqualität (z. B. Nacht, Regen, Nebel, Verschmutzung) und Daten bleiben wegen der eingesetzten statistischen Verfahren ungenau und die Berechnungen sind nicht nachprüfbar (wie z. B. bei neuronalen Netzen).

Im Falle von maritim zur Verkehrsüberwachung genutzter RADAR Sensorik ergeben sich Probleme in der Genauigkeit. Aktuelle RADAR Technologie erreicht aufgrund von Störungen (Mehrfachreflexionen) nur eine praktisch nutzbare Genauigkeit im Meterbereich. Zudem ergeben sich Probleme in der Erfassung nicht-metallischer Ziele und der Genauigkeit (Auflösung) der Sensorik, die in vielen Fällen gar nicht detektiert werden können (z. B. Fenderverkeilungen, Beiboote). Aufgrund von wechselnden Abschattungen durch Hafeninfrastruktur wie bspw. Anlagebrücken oder Kräne kann keine kontinuierliche Erfassung des Schiffes garantiert werden.

Das Sendeintervall des Schiffsdatenfunks AIS ist abhängig von der Geschwindigkeit des Schiffes. Je niedriger die Geschwindigkeit, desto niedriger ist das Sendeintervall. Die Funkübertragung ist unverschlüsselt und nicht signiert und eine Manipulation kann nicht ausgeschlossen werden. So kann sich z. B. ein Schiff als ein anderes ausgeben. In Hafenbereichen liegen viele Schiffe mit eingeschalteten Sendern auf engem Raum nebeneinander. Aufgrund begrenzter Sendebandbreite teilen sich AIS Sender Zeitslots, so dass Signale unterschiedlicher Schiffe sich im dichten Verkehr gegenseitig überschreiben können. Aufgrund dessen ist diese Sensorik für sich alleine nicht als Beweismittel nutzbar.

Schiffsdatenschreiber (Voyage Data Recorder VDR) sind als „Black-Box" für Großschiffe vorgeschrieben und bereits auf allen Schiffen installiert. Sie speichern mindestens die letzten 12 Stunden. Danach können die Daten aufgrund begrenzter Speicherkapazität überschrieben werden. Der Anlagenbetreiber ist damit abhängig davon, wie schnell der Schaden erkannt, der Unfallverursacher ermittelt und der Schiffsdatenschreiber gesichert wurde. Zudem basiert das VDR-System auf der an Bord installierten Sensorik. Durch die lange Lebensdauer von Schiffen sind diese häufig schlecht ausgestattet und die Genauigkeit der Sensorik ist gering.

Es besteht das Problem, eine Verkehrssituation vollständig und rechtsicher beleghaft zu dokumentieren. Hierbei muss die nötige Beweislast erzeugt werden, ohne dass der Anlagenbetreiber aufgrund des Datenschutzes oder von nicht vorhandenen oder nicht einheitlichen schiffsseitigen Installationen in der Beweisführung von Gefahrensituationen und daraus resultierenden Schadensereignissen eingeschränkt ist.

Die Aufgabe wird mit der Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung beschrieben.

Es wird vorgeschlagen, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit zur automatischen Erkennung von Gefahrensituationen durch Vergleich der mit dem mindestens einen Objekterfassungssensor erfassten Bewegungen eines im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeugs mit vorgegebenen Bewegungsverhalten unter den mit dem Umweltsensor erfassten aktuellen Luft- und Wasserbewegungen vorherrschenden Umweltbedingungen eingerichtet ist. Die Sensor-Auswerteeinheit ist dann, für den Fall, dass eine Gefahrensituation erkannt wurde, ausgebildet

- zur Zusammenführung der aktuell mit den Überwachungssensoren erfassten Daten und zugehörigen Zeitpunkten der Messung in mit eindeutigen Prüfcodes versehenen Datenpakete,

- zur Abspeicherung der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete,

- zur Übermittlung der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete an eine von der Sensordaten-Auswerteeinheit unabhängige Signaturinstanz, und

- zum Empfangen und Abspeichern der von der Signaturinstanz mit einer digitalen Signatur versehenen Datenpakete ausgebildet ist. Damit wird eine Überwachung eines definierten geographischen Bereiches der Wasserseite einer Anlage mittels heterogener landseitiger Sensoren ermöglicht. Dabei kann eine durchgehende Gefahrenbewertung, sowie eine fälschungssichere Aufzeichnung der landseitigen Sensordaten (Rohdaten), deren widerspruchsfreie Zusammenführung mit schiffsseitig gesendeten Daten, sowie eine maschinelle Interpretation dieser Datenströme sichergestellt werden.

Die Einrichtung kann jede auf der Wasserseite mittels Objektverfolgung detektierte Schiffskontur erfassen und ein sich im überwachten Gebiet befindliches Schiff identifizieren und die Daten einschließlich von schiffsseitig übermittelten Daten (z. B. AIS) eindeutig zusammenführen. Solange sich das Schiff im überwachten Bereich befindet, kann die Einrichtung durchgängig eine Risikoanalyse bezüglich einer Kollision mit der Anlageninfrastruktur und von üblichen Manövern abweichendes Verhalten (Anomalie) durchführen. Sobald ein definierter Schwellwert für ein Kollisionsrisiko (z. B.

Geschwindigkeit des Schiffes in Bezug zu einem Abstand zur Anlagenstruktur) oder für eine Anomalie überschritten wird, kann eine Warnmeldung z. B. durch Auslösen eines Aktuators und Aussenden einer Nachricht an den Anlagenbetreiber und den Schiffsführer abgegeben werden (z. B. akustische, visuelle Warnung als direktes Warnsignal oder nachrichtentechnisch an einen entfernten Ort übertragenes Warnsignal).

Sobald ein Schiff in dem Gebiet der Wasserseite von den Sensoren erkannt wurde, kann die Einrichtung eine kontinuierliche Datenaufzeichnung durchführen. In diesem werden die Rohdaten aller landseitigen Sensoren und schiffsseitig gesendeten Daten ohne Änderung dieser in einen zeitlichen Zusammenhang gestellt (Datenfusion). Über jedes dieser Datenpakete inkl. der Zeitpunkte der Messungen und der Daten integration kann ein eindeutiger Prüfcode, wie z. B. eine Prüfsumme („Hash") generiert werden. Diese Prüfsummen können als zeitlich sortierter Datenstrom vom System unmittelbar an eine dritte unabhängige Instanz übermittelt, die diese in der Reihenfolge des Eingangs digital signiert und zurück an das System zur Datenspeicherung übermittelt werden.

Folgende Datenströme der Überwachungssensoren können in unterschiedlichen Messintervallen und Datenqualitäten von der Einrichtung in einen zeitlichen Zusammenhang gebracht werden:

1. Umweltdaten der definierten Wasserseite, wie z. B. aktuelle Windgeschwindigkeit, aktuelle Windrichtung, Sichtweite, Luftfeuchtigkeit, Regenmenge, Sonnenstand, Strömungsgeschwindigkeiten und Richtungen, Pegelstand. 2. Vom Schiff verpflichtend übermittelte Daten, wie z. B. Punktposition, Schiffsgröße (Länge, Breite), Kennung (MSSI), Kursrichtung (COG), Geschwindigkeit (SOG).

3. Landseitige Erfassung der Schiffe auf der definierten Wasserseite, wie z. B. mittels LiDAR (2D sowie 3D), Radar (1 D, sowie 2D), Kamera.

Die Einrichtung und das Verfahren beruhen auf einem zentralisierten Ansatz, bei dem die Datenhoheit ausschließlich beim Anlagenbetreiber ist und sein Geheimnis bleibt.

Es ist kein gemeinsames Vertrauen (Common Trust) erforderlich, weil das Schiff keine privaten Daten (z. B. aus dem Schiffsdatenschreiber) teilt und demnach auch keine Verhandlung über einen Common Trust erforderlich ist. Als Schiffsdaten können ausschließlich öffentlich verfügbare Daten von der Einrichtung erfasst werden, wie bspw. AIS-Daten, die von Schiffen per Funk unverschlüsselt ausgesendet werden. Schiffe nehmen zu keinem Zeitpunkt eigenständig mit eigenen privaten Daten teil, sondern es müssen nur die Daten aufgenommen werden, die das Schiff per AIS ohnehin öffentlich aussenden muss.

Mit der Einrichtung kann der Anlagenbetreiber aktiv bei einer erkannten Gefahrensituation gewarnt werden, sodass der Anlagenbetreiber unmittelbar Maßnahmen einleiten kann. Damit können Schadensereignisse zeitnah erkannt, überprüft, dem Verursacher zugeordnet und beseitigt werden.

Das Aufzeichnen der Daten kann ausschließlich bei erkannten Gefahrensituationen vorgenommen werden. Hierdurch werden keine nicht relevanten Daten erzeugt („Datensparsamkeit"), die später die Auswertung unnötig aufwendig gestalten. So passieren beispielsweise täglich hunderte von Schiffen eine Hafeneinfahrt, was eine Auswertung der Daten bei später erkanntem Schadensereignis im Nachgang komplex gestalten würde. Durch die Reduktion der mit hoher Datenintegrität beweissicher aufgezeichneten Daten auf die Fälle, in denen sich ein Wasserfahrzeug im überwachten Gebiet befindet und eine Gefahrensituation mit damit verbundenem Risiko für ein Schadensereignis erkannt wurde, wird die Datenmenge auf wenige kritische Fälle beschränkt. Damit lässt sich auch zeitlich später, nachdem ein Schadensereignis festgestellt wurde, eine Untersuchung beschränkt auf die in der Zwischenzeit aufgezeichneten Risikoereignisse mit reduziertem Aufwand durchführen.

Die Einrichtung kann mindestens eine Datenspeichereinheit zur Abspeicherung der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete und zum Abspeichern der mit digitaler Signatur versehenen Datenpakete haben. Die Datenspeichereinheit kann lokal an dem Ort der Sensordaten-Auswerteeinheit angeordnet sein. Sie kann aber auch entfernt davon z. B. am Ort eines vertrauenswürdigen Providers, wie bspw. eines Versicherungsunternehmens angeordnet sein.

Die Sensordaten-Auswerteeinheit kann zur Verschlüsselung der mit den Überwachungssensoren erfassten Daten, beispielsweise mit einem Hash-Wert, eingerichtet sein.

Die Sensordaten-Auswerteeinheit kann zur Berechnung von Prüfsummen für mit den Umweltsensoren erfasste Daten und zur Zusammenführung der Daten mit den zugehörigen Prüfsummen als Prüfcodes eingerichtet sein.

Der mindestens eine Objekterfassungssensor kann zur Erfassung der Silhouette eines Wasserfahrzeugs, der Abstände von Bug, Heck und Schulter des Wasserfahrzeugs, des Höhenprofils des Wasserfahrzeugs über der Wasseroberfläche, der Distanzen zu landseitigen Positionsmarken, des Anlegewinkels und/oder von relativen Geschwindigkeiten der Silhouette zu landseitigen Positionsmarken eingerichtet sein.

Die Sensordaten-Auswerteeinheit kann zur Erkennung der von dem im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeug gefahrenen Bahn sowie von Manöverpunkten auf der Bahn und zur Erkennung von Abweichungen von als üblich eingestuften Bahnen und Manöverpunkten durch Vergleich der erkannten Bahn und Manöverpunkte mit von vergleichbaren Wasserfahrzeugen unter vergleichbaren Umweltbedingungen gefahrenen Bahnen und Manöverpunkten eingerichtet sein.

Damit kann mit Erfahrungswerten von gefahrlosen Manövern vergleichbarer Wasserfahrzeuge gewonnene Daten zu Bewegungsbahnen und charakteristischen Manövern die aktuell erfassten Bahnen und Manöverpunkte durch Vergleich bewertet und bei Erkennung signifikanter Abweichungen auf eine Gefahrensituation geschlossen werden. Hierzu kann auch ein Verfahren der künstlichen Intelligenz Kl, insbesondere bildgestützte Kl-Algorithmen mit eingesetzt werden. Da die Erkennung der Gefahrensituation nur zum Auslösen der Datenaufzeichnung dient und die aufgezeichneten Daten von den unbestimmten Kl-Algorithmen unabhängig sind, hat der Einsatz von Kl-Algorithmen keinen Einfluss auf die Datenintegrität und Beweiskraft. Somit kann die Abweichung von vorherigem, historischem bzw. üblichem Verhalten gemessen werden, um ein anormales Verhalten des Schiffes festzustellen. Das Bewegungsverhalten fließt schließlich in eine Risikoeinschätzung ein, die nicht nur auf eine Berücksichtigung der Bahn beschränkt sein muss, sondern auch andere Parameter (bspw. Geschwindigkeit, Kurs, ...) berücksichtigen kann.

Aus den mittels der Überwachungssensoren erfassten Bewegungen des Wasserfahrzeugs unter Berücksichtigung der Silhouette des Wasserfahrzeugs und den mit den Umweltsensoren gemessenen aktuellen Umweltbedingungen lässt sich aus den Datenaufzeichnungen später im Vergleich zu durch Umwelteinflüsse bedingte passive Lageveränderungen des Wasserfahrzeugs erkennen, ob Kursänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen durch den Schiffsführer gewollt aktiv eingeleitet oder passiv durch Umwelteinflüsse hervorgerufen wurden.

Mit einer solchen Erkennung von aktiv eingeleiteten Manövern des Schiffsführers aus der signierten Datenspeicherung können die Anforderungen an die zu erbringende Beweislast für den Anlagenbetreiber für schuldhaftes Verhalten des Schiffsführers erfüllt werden. So lasst sich durch die Korrelation mit den aktuellen Umweltbedingungen einer Argumentation von Reedereien über Maschinenausfall und höhere Gewalt entgegentreten.

Objekterfassungssensoren können beispielsweise aus der Gruppe ausgewählt sein von LIDAR-Sensoren, Radar-Sensoren oder Bildkamera-Sensoren. Besonders LIDAR- Sensoren sind geeignet, da sie anonymisierte Geolokalisationsdaten zur Verfügung stellen und robust gegen Umwelteinflüsse, wie Wetter und Verschmutzung sind.

Die Sensordaten-Auswerteeinheit kann zur Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet anhand der von den Überwachungssensoren erfassten Daten und zum Starten der automatischen Erkennung von Gefahrensituationen bei Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet eingerichtet sein. Damit können der Aufwand und die erfasste Datenmenge auf ein notwendiges Maß reduziert werden. Dies ist insbesondere zur Erfüllung von Anforderungen an die Datensparsamkeit vorteilhaft.

Als Schiffsidentifikationssensor kann beispielsweise ein AIS-Empfänger eingesetzt werden, der zum Funkempfang von Automatischen Identifikationssignalen von Wasserfahrzeugen gemäß ITU-R M.1371 -Standard eingerichtet ist.

Die Sensordaten-Auswerteeinheit kann zur Abgabe eines akustischen, optischen und/oder nachrichtentechnischen Warnsignals bei Erkennung einer Gefahrensituation eingerichtet sein. Damit kann die Erkennung einer Gefahrensituation nicht nur zum abgesicherten Aufzeichnen der Umgebungsdaten zur Beweissicherung genutzt werden, sondern auch zum raschen Eingriff zur Vermeidung von Schäden oder Behebung von Schäden.

Das Verfahren zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr umfasst eine Detektion von Umgebungszuständen in einem überwachten Gebiet, das an eine landseitige Infrastruktur angrenzt und eine von Wasserfahrzeugen befahrbare Wasserfläche umfasst, mit Überwachungssensoren, wobei

- mit mindestens einem Objekterfassungssensor eine Erfassung der Position, Lage und

Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors befindlichen Wasserfahrzeuges erfolgt,

- mit mindestens einen Umweltsensor eine Erfassung von aktuellen Luftbewegungen und Wasserbewegungen erfolgt, und

- mit mindestens einem Schiffsidentifikationssensor eine Identifizierung der im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeuge erfolgt.

Es erfolgt ein automatisches Erkennen von Gefahrensituationen mit einer Sensordaten- Auswerteeinheit durch Vergleich der mit dem mindestens einen Objekterfassungssensor erfassten Bewegungen eines im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeugs mit vorgegebenen Bewegungsverhalten unter den mit dem Umweltsensor erfassten aktuellen Luft- und Wasserbewegungen vorherrschenden Umweltbedingungen. Nur in dem Fall, dass eine Gefahrensituation erkannt wurde, werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:

- Zusammenführen der aktuell mit den Überwachungssensoren erfassten Daten und zugehörigen Zeitpunkten der Messung in mit eindeutigen Prüfcodes versehenen Datenpakete,

- Abspeichern der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete,

- Übermitteln der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete an eine von der Sensordaten- Auswerteeinheit unabhängige Signaturinstanz, und

- Empfangen und Abspeichern der von der Signaturinstanz mit einer digitalen Signatur versehenen Datenpakete.

Es kann ein Abspeichern sowohl der mit Prüfcodes versehenen Datenpakete, als auch der mit digitaler Signatur versehenen Datenpakete und Vergleichen der Inhalte in einem Schadensfall zum Beweis der Datenintegrität erfolgen. Es kann ein Erkennen des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet anhand der von den Überwachungssensoren erfassten Daten und Starten der automatischen Erkennung von Gefahrensituationen bei Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet erfolgen.

Die Erkennung einer Gefahrensituation kann durch Erkennen der von dem im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeug gefahrenen Bahn sowie von Manöverpunkten auf der Bahn, Erkennen von Abweichungen von als ungefährlich eingestuften Bahnen und Manöverpunkten durch Vergleich der erkannten Bahn und Manöverpunkte mit von vergleichbaren Wasserfahrzeugen unter vergleichbaren Umweltbedingungen gefahrenen Bahnen und Manöverpunkten erfolgen. Eine Gefahrensituation wird erkannt, wenn die erkannte Abweichung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

Vorteilhaft ist ein Erkennen von aktiv eingeleiteten Kursänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen aus den erfassten Bewegungen des Wasserfahrzeugs unter Berücksichtigung der Silhouette des Wasserfahrzeugs und den mit den Umweltsensoren gemessenen aktuellen Umweltbedingungen im Vergleich zu durch Umwelteinflüssen bedingten passiven Lageveränderungen des Wasserfahrzeugs.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - Skizze eines überwachten Wassergebiets an einer Anlegestelle mit einer Einrichtung zur Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen;

Figur 2- Skizze der Absicherung der Datenintegrität der Sensordaten mit einer Sensordaten-Auswerteinheit und einer Signaturinstanz;

Fig. 3 - Diagramm der Verknüpfungen von Einrichtungen und Schritte zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr;

Fig. 4 - Flussdiagramm eines Verfahrens zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr.

Figur 1 zeigt eine Skizze eines überwachten Wassergebiets W an einer Anlegestelle mit einem Blockdiagramm einer Einrichtung zur Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen. Als überwachtes Wassergebiet W ist beispielhaft eine Anlegestelle an einer Kaimauer 1 gezeigt. Denkbar ist aber auch die Überwachung von Wassergebieten W neben Schleuseneinfahrten, in Schleusen, Offshore-Windkraftanlagen, Bohrplattformen und dergleichen.

Es ist in der Figur 1 schematisch der landseitige Aufbau einer Installation der Einrichtung mit Überwachungssensoren 2a, 2b, 2c und damit verbundene Sensor-Kontrollgeräte 3 und an die Sensor-Kontrollgeräte 3 angeschlossener Sensordaten-Auswerteeinheit 4 gezeigt.

Dabei sind Objekterfassungssensoren 2a vorgesehen, die beispielsweise als RADAR- Sensoren 2a-R und/oder LiDAR-Sensoren 2a-L (LiDAR = "Light imaging, detection and ranging") ausgeführt sein können. LiDAR-Sensoren senden Laserlichtpulse aus und detektieren das zurückgestreute Licht, um aus der Lichtlaufzeit der Signale die Entfernung zum Ort der Streuung zu berechnen. Mit den von den Objekterfassungssensoren 2a detektierten Signalen kann die Position, Lage und Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors 2a befindlichen Wasserfahrzeugs S bestimmt werden. Dies kann in den entsprechend durch ein Computerprogramm oder signalverarbeitende Hardware ausgebildeten Sensor-Kontrollgeräten 3 erfolgen.

Weiterhin sind Umweltsensoren 2b vorhanden, die beispielsweise zur Messung von Luftbewegungen 2b-W, d. h. von Wind, und/oder von Wasserbewegungen 2b-T, wie bspw. dem Wasserstand, Wellenhöhe, Wellenstärke, Tide, eingerichtet sind. Damit können Umweltdaten von Wind (Richtung, Stärke, Böen), Sichtweite, Tidesensoren und Strömungsmessungen erhoben werden, um die Wettereinflüsse erfassen zu können.

Die Einrichtung hat zudem einen Schiffsidentifikationssensor 2c, der als Funkempfänger zum Funk-Empfang von Schiffsidentifikationsdaten, z. B. AIS-Daten, eingerichtet sein kann. Mit einem VH F-Empfänger werden AIS Nachrichten zur Identifikation umliegender Schiffe S sowie zur Aufzeichnung der über AIS ermittelten Bewegungsdaten des Schiffes S (z. B. Geschwindigkeit, Kurs, Position, Größe) empfangen.

Weiterhin können Kameras in die Aufzeichnung integriert werden, sofern dies datenschutzrechtlich möglich ist.

Sobald das Wasserfahrzeug S, insbesondere ein Handelsschiff, in einen durch vorgegebene Grenzen G fest abgesteckten Bereich, d. h. des Wassergebietes W, einfährt starten die Sensor-Kontrollgeräte 3 und die Sensordaten-Auswerteeinheit 4 die Datenaufzeichnungen der mit den angeschlossenen Überwachungssensoren 2a, 2b, 2c erfassten Sensordaten, sowie die Gefahren bewertung für jedes Objekt innerhalb des überwachten Wassergebiets W. Die Sensor-Kontrollgeräte 3 können dabei funktionaler Teil der Überwachungssensoren 2a, 2b, 2c und/oder der Sensordaten-Auswerteeinheit 4 sein.

Durch eine Fusion der mit den Objekterfassungssensoren 2a, d. h. von LiDAR 2a-L und RADAR 2a-R, erfassten Positions-, Lage- und Konturdaten des Wasserfahrzeugs S und der mit dem Schiffsidentifikationssensor 2c mittels Auswertung der von Wasserfahrzeug ausgesendeten AlS-Positions- und Identifikationsdaten kann von der Sensordaten- Auswerteeinheit eine Erkennung der im überwachten Wassergebiet W vorhandenen Objekte erfolgen. Sobald ein Wasserfahrzeug S in dem überwachten Wassergebiet W erkannt wurde, erfolgt eine automatische kontinuierliche (d. h. fortlaufende) Gefahrenermittlung durch die Berechnung der Distanz D und Annäherungsgeschwindigkeit in Relation zur Kaianlage (insb. zur Kaimauer 1). Dies ist durch den Pfeil D zwischen der Kaimauer 1 und dem Schiff S zu erkennen.

Alle Sensormessungen und die Ergebnisse der Gefahrenbewertung werden bei Überschreitung des definierten Schwellwertes für eine Kollisionsgefahr automatisiert mithilfe einer Signaturinstanz 5, d. h. einer Time Stamp Authority (TSA), kryptografisch abgesichert.

Zusätzlich zu diesen Messungen können ebenfalls die Sensorkonfiguration und Sensorspezifikation den Datenpaketen aus Gründen der Nachvollziehbarkeit des Systemaufbaus hinzugefügt werden. Somit kann auch im Nachhinein überprüft werden welche Überwachungssensoren zum Schutz der Anlage eingesetzt wurden und welche Genauigkeiten die Überwachungssensoren aufweisen.

Zur Integration einer Versicherungsgesellschaft in das Überwachungs- und Dokumentationssystem kann ein externer Server genutzt werden, an den die von den Überwachungssensoren erfassten Daten kryptographisch gesichert von der Sensordaten- Auswerteeinheit 4 gesendet werden. Dabei kann eine Information des Anlagenbetreibers z. B. über einen Email-Server erfolgen.

Figur 2 zeigt eine Skizze der Absicherung der Datenintegrität der in Datenpakete DP zusammengestellten Sensordaten der Überwachungssensoren mit einer Sensordaten- Auswerteinheit 4 und einer Signaturinstanz 5. Die Sensordaten-Auswerteinheit 4 bzw. ihre im Sensor-Kontrollgerät 3 implementierte Funktion generiert einen Prüfcode H für ein Datenpaket DP. Dies kann eine Prüfsumme in Form eines Hash-Wertes, z. B. SHA256 sein. Die durch die Prüfsumme H zertifizierten, gehashten Datenpakete werden an die Signaturinstanz 5 gesendet. Dies kann kryptographisch verschlüsselt erfolgen. Die Signaturinstanz versieht die gehashten Datenpakete DP_H mit einem Zeitstempel T und erstellt einen Prüfcode H für die Kombination aus gehashtem Datenpaket DP_H und Zeitstempel T. Dieses so hinsichtlich der Zeit weiter zertifizierte Datenpaket DP_H_T wird mit einem privaten Schlüssel K der Signaturinstanz 5 signiert und als signiertes gehashtes Datenpaket mit dem darin integrierten Zeitstempel im Datenspeicher 7 abgespeichert und/oder an die Sensordaten-Auswerteeinheit 4 zur dortigen Abspeicherung im Datenspeicher 6 zurückgeschickt.

Zur späteren Beweisführung können die signierten Datenpakete DP_H_T_K dann aus dem Datenspeicher ausgelesen, entschlüsselt werden. Die abgespeicherten Rohdaten können parallel dazu gehasht und mit einem angenommenen Zeitstempel T versehen werden und der Hashwerte eines entschlüsselten Datenpaketes DP mit dem Hashwert der mit dem angenommenen Zeitstempel versehenen Datenpakets verglichen werden. Bei Übereinstimmung der Hashwerte ist die Datenintegrität festgestellt.

Figur 3 zeigt ein Diagramm der Verknüpfungen von Einrichtungen und Schritte zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr. Dies verdeutlicht den Aufbau des Systems auf Komponentenebene.

Der erste Bestandteil a) sind Überwachungssensoren 2a, 2b, 2c zur Objekterkennung, die zur Überwachung des Seegebietes eingesetzt werden. Hierbei werden heterogene Objekterfassungssensoren 2a eingesetzt, um die Detektion von Umgebungszuständen auch unter adversen Störeinflüssen sicherzustellen. Schiffseitig gesendete Informationen, wie z. B. AIS-Daten, werden mit Hilfe der Schiffsidentifikationssensoren 2c genutzt, um die Koordination und Interaktion zwischen Verkehrsteilnehmern nachvollziehen zu können. Die Umweltsensoren 2b werden eingesetzt, um externe Einflüsse auf Verkehrsteilnehmer zu dokumentieren.

Die Ergebnisse der Sensormessungen werden im Schritt b) von einer Datenfusionseinheit fusioniert, hierbei werden systemeigene Sensordaten sowie falls vorhanden externe vom Schiff empfangene Daten in ein gemeinsames konsistentes Lagebild überführt. Die Komponente zur Schiffserkennung nutzt das Lagebild zur Detektion von Schiffen S über eine Objekterkennung c). Schiffe S können eindeutig identifiziert werden mit Hilfe von Sensoren zur Objekt-Erkennung unabhängig von systemexternen Daten und/oder von schiffsseitig gesendeten AIS-Daten.

Für jedes identifizierte Schiff S im Überwachungsbereich Wwird im Schritt d) eine Risikobewertung für eine Kollision in Bezug auf die zu schützende Anlage 1 durchgeführt. Hierzu wird zum einen die Wahrscheinlichkeit einer Kollision und zum anderen die prädiktierte Schwere einer möglichen Kollision bewertet. Die Wahrscheinlichkeit kann auf Basis des historischen und aktuellen Bewegungsvektors des Objektes durchgeführt werden. Die Schwere eines Kontaktes, d. h. das Ausmaß eines potentiellen Schadensereignisses, kann durch die Größe und Geschwindigkeit des Objektes sowie die individuellen Anlagengegebenheiten, wie z. B. maximale Fender Belastungen, ermittelt werden.

Die Kollisionswahrscheinlichkeit kann gegen einen vorgegebenen Schwellwert geprüft werden. Bei Überschreitung des Schwellwertes kann im Schritt f) "Alarm" ein Aktuator ausgelöst werden, um zum einen im Schritt g) "Infrastrukturmanagement" den Anlagenbetreiber über die erkannte Gefahrensituation zu informieren und zum anderen ein Warnsignal für Hafenpersonal sowie die umliegenden Schiffe ausgegeben.

Gleichzeitig kann bei der Erkennung einer Gefahrensituation im Schritt d) eine Einheit zur Datenaufzeichnung e) aktiviert werden, die mit diesem Signal beginnt die von den Überwachungssensoren erfassten Sensordaten aufzuzeichnen.

Um die Unbestreitbarkeit und Fälschungssicherheit der Daten zu gewährleisten, können diese Sensordaten im Schritt h) kryptographisch abgesichert und optional an eine dritte Instanz wie z. B. eine Versicherungsgesellschaft gesendet werden. Damit wird die Datenintegrität zu Beweiszwecken abgesichert.

Figur 4 zeigt für den Prozess des A) Einlaufens und B) Auslaufens eines Schiffes in den Überwachungsbereich W. Sobald das Schiff sich innerhalb des überwachten Wassergebiets W befindet (A.1 Ankunft), wird es durch die Objekterkennung A.2 detektiert und identifiziert. Daraufhin wird die Gefahrenerkennung A.3 aktiviert, mit der durchgehend eine Risikobewertung durchgeführt wird. Wenn ein Schwellwert für eine Kollisionswahrscheinlichkeit überschritten ist startet die Datenaufzeichnung A.4, so dass alle anfallenden Sensordaten verschlüsselt gespeichert und zu einer Versicherungsgesellschaft gesendet werden. Parallel wird ein Alarm A.5 mit einem Aktor ausgelöst, der den Hafenbetreiber informiert.

Die Daten werden lokal und auf einem externen Server gespeichert. Sobald das Schiff S das überwachte Seegebiet W verlässt (Abfahrt B.1) und kein weiteres Schiff S mehr im Überwachungsbereich W vorhanden ist, wird im Schritt B.2 die Gefahrenanalyse A.3 und im Schritt B.3 die Datenaufzeichnung A.4 gestoppt. Die hinsichtlich der Datenintegrität gesichert aufgezeichneten Daten können später im Schadensfall z. B. durch ein Versicherungsunternehmen des Anlagenbetreibers oder durch ein Gericht oder Sachverständigen validiert werden.

Das vorgestellte System lässt sich zur Überwachung schutzwürdiger Anlagen einsetzen. Das Anwendungsbeispiel bezieht sich hier vor allem auf den Schutz von Kaianlagen durch ihre hohen Instandhaltungskosten und der Problematik der Unfallverursacherermittlung aus Sicht des Hafen betreibers. Allerdings lassen sich auch andere maritime Anlagen damit schützen wie bspw. Trockendocks, Schleusen oder Brücken. Weiterhin lässt sich mit der beschriebenen Einrichtung und das Verfahren auch eine Überwachung von zutrittsbeschränkten Gebieten mit wasserseitigem Zugang (bspw. LNG Terminals), in denen sich keine Objekte befinden dürfen, realisieren. Dies trifft beispielsweise auf die Überwachung von privaten Wassergebieten, von Wassergebieten mit kritischer Infrastruktur (Offshore- Windanlagen, Unterwasserkabel / -leitungen etc.) oder für militärische Zwecke genutzte Gebiete zu, für die besondere Zutrittsbeschränkungen für Schiffe S gelten. Eine weitere Anwendung ist die Überwachung von Regularien bzw. Regelverstößen in Hafengebieten wie z. B. Geschwindigkeitsüberschreitungen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr, wobei die Einrichtung aufweist:

- Überwachungssensoren zur Detektion von Umgebungszuständen in einem überwachten Gebiet (W), das an eine landseitige Infrastruktur (1) angrenzt und eine von Wasserfahrzeugen (S) befahrbare Wasserfläche umfasst, und

- einer Sensordaten-Auswerteeinheit (4), wobei die Überwachungssensoren umfassen:

- mindestens einen Objekterfassungssensor (2a), der zur Erfassung der Position, Lage und Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors (2a) befindlichen Wasserfahrzeuges (S) eingerichtet ist,

- mindestens einen Umweltsensor (2b) zur Erfassung von aktuellen Luftbewegungen (2b- W) und Wasserbewegungen (2b-T), und

- mindestens einen Schiffsidentifikationssensor (2c) zur Identifizierung der im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeuge (S), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur automatischen Erkennung von Gefahrensituationen durch Vergleich der mit dem mindestens einen Objekterfassungssensor (2a) erfassten Bewegungen eines im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeugs (S) mit vorgegebenen Bewegungsverhalten unter den mit dem Umweltsensor (2b) erfassten aktuellen Luft- und Wasserbewegungen vorherrschenden Umweltbedingungen eingerichtet ist, und dass die Sensor-Auswerteeinheit (4) im Fall, dass eine Gefahrensituation erkannt wurde,

- zur Zusammenführung der aktuell mit den Überwachungssensoren (2a, 2b, 2c) erfassten Daten und zugehörigen Zeitpunkten der Messung in mit eindeutigen Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP),

- zur Abspeicherung der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP),

- zur Übermittlung der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP) an eine von der Sensordaten-Auswerteeinheit (4) unabhängige Signaturinstanz (5), und

- zum Empfangen und Abspeichern der von der Signaturinstanz (5) mit einer digitalen Signatur (K) versehenen Datenpakete (DP) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mindestens eine Datenspeichereinheit (6, 7) hat und zur Abspeicherung der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP) und zum Abspeichern der mit digitaler Signatur (K) versehenen Datenpakete (H) in dieser mindestens einen Datenspeichereinheit (6, 7) eingerichtet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit zur Verschlüsselung der mit den Überwachungssensoren (2a, 2b, 2c) erfassten Daten, beispielsweise mit einem Hash-Wert, eingerichtet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur Berechnung von Prüfsummen für mit den Umweltsensoren (2b) erfasste Daten und zur Zusammenführung der Daten mit den zugehörigen Prüfsummen als Prüfcodes (H) eingerichtet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Objekterfassungssensor (2a) zur Erfassung der Silhouette eines Wasserfahrzeugs (W), der Abstände von Bug, Heck und Schulter des Wasserfahrzeugs (W), des Höhenprofils des Wasserfahrzeugs (W) über der Wasseroberfläche, der Distanzen zu landseitigen Positionsmarken, des Anlegewinkels und/oder von relativen Geschwindigkeiten der Silhouette zu landseitigen Positionsmarken eingerichtet ist.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur Erkennung von aktiv eingeleiteten Kursänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen aus den erfassten Bewegungen des Wasserfahrzeugs (W) unter Berücksichtigung der Silhouette des Wasserfahrzeugs (W) und den mit den Umweltsensoren (2b) gemessenen aktuellen Umweltbedingungen im Vergleich zu durch Umwelteinflüsse bedingte passive Lageveränderungen des Wasserfahrzeugs (W) eingerichtet ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur Erkennung der von dem im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeug (W) gefahrenen Bahn sowie von Manöverpunkten auf der Bahn und zur Erkennung von Abweichungen von als üblich eingestuften Bahnen und Manöverpunkten durch Vergleich der erkannten Bahn und Manöverpunkte mit von vergleichbaren Wasserfahrzeugen (W) unter vergleichbaren Umweltbedingungen gefahrenen Bahnen und Manöverpunkten eingerichtet ist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Objekterfassungssensoren (2a) aus der Gruppe ausgewählt sind von LIDAR- Sensoren, Radar-Sensoren oder Bildkamera-Sensoren.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges (S) in das überwachte Gebiet (W) anhand der von den Überwachungssensoren (2a) erfassten Daten und zum Starten der automatischen Erkennung von Gefahrensituationen bei Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges (S) in das überwachte Gebiet (W) eingerichtet ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schiffsidentifikationssensor (2c) ein AIS-Empfänger zum Funkempfang von Automatischen Identifikationssignalen von Wasserfahrzeugen (S) gemäß ITU-R

M.1371 -Standard eingerichtet ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensordaten-Auswerteeinheit (4) zur Abgabe eines akustischen, optischen und/oder nachrichtentechnischen Warnsignals bei Erkennung einer Gefahrensituation eingerichtet ist.

12. Verfahren zur automatischen Erkennung und Dokumentation von Gefahrensituationen im Schiffsverkehr, umfassend:

- Detektion von Umgebungszuständen in einem überwachten Gebiet (W), das an eine landseitige Infrastruktur angrenzt und eine von Wasserfahrzeugen (S) befahrbare Wasserfläche umfasst, mit Überwachungssensoren, wobei

- mit mindestens einem Objekterfassungssensor (2a) eine Erfassung der Position, Lage und Kontur eines im Erfassungsbereich des Objekterfassungssensors (2a) befindlichen Wasserfahrzeuges (S) erfolgt,

- mit mindestens einen Umweltsensor (2b) eine Erfassung von aktuellen Luftbewegungen und Wasserbewegungen erfolgt, und

- mit mindestens einem Schiffsidentifikationssensor (2c) eine Identifizierung der im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeuge (S) erfolgt, gekennzeichnet durch automatisches Erkennen von Gefahrensituationen mit einer Sensordaten-Auswerte- einheit (4) durch Vergleich der mit dem mindestens einen Objekterfassungssensor (2a) erfassten Bewegungen eines im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeugs (S) mit vorgegebenen Bewegungsverhalten unter den mit dem Umweltsensor (2b) erfassten aktuellen Luft- und Wasserbewegungen vorherrschenden Umweltbedingungen, und im Fall, dass eine Gefahrensituation erkannt wurde,

- Zusammenführen der aktuell mit den Überwachungssensoren (2a, 2b, 2c) erfassten Daten und zugehörigen Zeitpunkten der Messung in mit eindeutigen Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP),

- Abspeichern der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP),

- Übermitteln der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP) an eine von der Sensordaten-Auswerteeinheit (4) unabhängige Signaturinstanz (5), und

- Empfangen und Abspeichern der von der Signaturinstanz (5) mit einer digitalen Signatur (K) versehenen Datenpakete (DP).

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch Abspeichern sowohl der mit Prüfcodes (H) versehenen Datenpakete (DP), als auch der mit digitaler Signatur (K) versehenen Datenpakete (DP) und Vergleichen der Inhalte in einem Schadensfall zum Beweis der Datenintegrität.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, gekennzeichnet durch Erkennen des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet anhand der von den Überwachungssensoren erfassten Daten und Starten der automatischen Erkennung von Gefahrensituationen bei Erkennung des Einfahrens eines Wasserfahrzeuges in das überwachte Gebiet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch Erkennen der von dem im Erfassungsbereich befindlichen Wasserfahrzeug (S) gefahrenen Bahn sowie von Manöverpunkten auf der Bahn, Erkennen von Abweichungen von als üblich eingestuften Bahnen und Manöverpunkten durch Vergleich der erkannten Bahn und Manöverpunkte mit von vergleichbaren Wasserfahrzeugen (S) unter vergleichbaren Umweltbedingungen gefahrenen Bahnen und Manöverpunkten und Erkennen einer Gefahrensituation, wenn die erkannte Abweichung ein vorgegebenen Grenzwert überschreitet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, gekennzeichnet durch Erkennen von aktiv eingeleiteten Kursänderungen und/oder Geschwindigkeitsänderungen aus den erfassten Bewegungen des Wasserfahrzeugs (S) unter Berücksichtigung der Silhouette des Wasserfahrzeugs (S) und den mit den Umweltsensoren (2b) gemessenen aktuellen Umweltbedingungen im Vergleich zu durch Umwelteinflüsse bedingte passive Lageveränderungen des Wasserfahrzeugs (S).