Maritime Safety and Security Problemstellungen und Herausforderungen für Forschung und technische Entwicklungen

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1 Maritime Safety and Security Problemstellungen und Herausforderungen für Forschung und technische Entwicklungen Workshop Forschungshafen Rostock Rostock 4./5. Mai 2011 Dr.-Ing. Michael Baldauf www. wmu.se

2 Problemstellungen und aktuelle Herausforderungen an Wissenschaft und Technik auf dem Fachgebiet Maritime Safety and Security 1. Einordnung Systematisierung 2. Zustandsanalyse 3. Defizitidentifizierung 4. Herausforderungen und Lösungsansätze

3 3 Maritime Safety and Security Maritime Safety: Maßnahmen zur Vermeidung, Minimierung betrieblicher Gefahren und Risiken (Kollision, Grundberührungen, Schiffssicherheit) Maritime Security: Maßnahmen zur Vermeidung und Abwehr beabsichtigter Schädigungen (Piraterie, Terrorismus)

4 4 Risiko, Gefahr Sicherheit Risiko = Wahrscheinlichkeit Schadensausmaß Sicherheit = Prozess- oder Systemzustand ohne Gefahr

5 5 Eintrittswahrscheinlichkeiten Unfallgeschehen in Ostsee (Erhebung in VTS-Gebieten Dänemark, Finnland, Norwegen, Polen und Schweden) jährlich durchschnittlich 1,5 Grundberührungen durchschnittlich 9 Beinahe- Grundberührungen jährlich durchschnittlich rund 0,5 Kollisionen und rund 4 Beinahe-Kollisionen (Quelle: EfficenSea, SSPA)

6 6 Schadensausmaß Quelle: Brandt, 2008 (Hanseatischer Transportversicherer e.v.)

7 7 Systemansatz

8 Fahrzeugführung in der Seefahrt - Definition 8 Schiffsführungsprozess Alarmmanagement Reiseplanung Schiffssteuerung Zustandsüberwachung Kollisionsverhütung Routenüberwachung Seekarte Handbuch Ladung Klima- u. Wetterinfo Route check ECDIS EPFS ECDIS Kursregler Bahnführungssys. Echolot Log EPFS Notfallunterstützungssysteme (PoB, SAR) Radar ARPA AIS ECDIS Autopilot Maschinentelegraf Heelingsys. Wegpunkt Kommunikation ECDIS UKC STW, CTW SOG, COG ROT Ruderwinkel RPM Position lost CPA/TCPA Off Track Off Course Lost target WOP WP alarm PoB Feuer Wasserbruch Parameterkonfiguration Editierung Schiffs- u. Reisedaten Wetterinfo Navtex Safety related messages

9 9 Fahrzeugführung in der Seefahrt das Brückenteam Multi-, Multi-, Multi- lingual kulturell verhalten Brückenmanagement umfasst: Organisation der Kooperation des Brückenteams, Situative Aufmerksamkeit, Situation Awareness, Fehlerbehandlung und Fehlerverfolgung, Kommunikation, Reiseplanung, Schiffsführung und Nutzung der Brückenausrüstung, Beziehung zwischen Kapitän und Lotse und Arbeiten mit externen Ressourcen (z.b. Schleppern) in allen Situationen und unter allen Bedingungen

10 10 Maritime Systeme zur Prozesssteuerung

11 11 E-Navigation: aktuelle, maßgebliche Entwicklung der internationalen Schifffahrt E-Navigation is the harmonized collection, integration, exchange, presentation and analysis of maritime information onboard and ashore by electronic means to enhance berth to berth navigation and related services, for safety and security at sea and protection of the marine environment.

12 Operational Risk Management 12 Situationseinschätzung Daten sammeln: (Seeraumbeobachtung, Sensorik) Lagebild erstellen Entscheidungsfindung Lagebild auswerten: Risikoanalyse Handlungspflichten nach Regelwerk Bewertung von Handlungsalternativen Handlungseinleitung Selektion und Einleitung einer Maßnahme zur Kollisionsvermeidung nicht akzeptables Risiko Manöverkorrektur Maßnahmenüberwachung Kontrolle der Manöverdurchführung und Effekt- und Risikoanalyse Risiko akzeptabel Bahnrückführung

13 13 Operational Risk Management (2) Freier Seeraum Küstenverkehrs- Zonen (VTG, VTS) Fluss- und Hafenrevier (Fahrwasser, Lotse Hafen-VTS)

14 14 Kollisionsverhütung im Seeverkehr Technische Systeme Radar/ARPA, AIS, ECDIS

15 15 Herausforderung Unfälle in der Ostsee

16 16 Herausforderung Zuverlässigkeit von Daten, Anzeigen und Alarmen (1) bei 5 von 6 Schiffen: CPA limit 0,5 NM (und TCPA-Werte 6/ 10/ 12/ 15/ 15 min) Ausnahme (Fährschiff) BCR/BCT oft exakt wie CPA/TCPA keine spezifische Anpassung der Alarm limits während des Reiseverlaufs Akustische Warnung auf zwei Schiffen immer aus zwei weitere Schiffe - während Revierfahrt aus Auf drei Schiffen wurde ECDIS während der gesamten Reise im Auto-Acknowledge mode genutzt

17 17 Herausforderung Zuverlässigkeit von Daten, Anzeigen und Alarmen (2) Lost target 20% Waypoint alarms 9% Off track / Off course 12% AIS 72 % Radar 28 % Quelle von Lost target -Warnungen Chart data warning 7% Collision avoidance alarms 31% AIS 57 % Radar 43 % Quelle von CPA/TCPA Alarmierungen Other 23%

18 18 Herausforderung Zuverlässigkeit von Daten, Anzeigen und Alarmen (3) Dynamisierung von Alarmschwellwerten - Herausforderungen: Kategorisierung von Seerevieren (Offene See, Küstengewässer mit TSS und VTS- Überwachung, begrenzte Fahrwasser auf Grundlage ECDIS) Bestimmung der Sichtverhältnisse nach KVR Bestimmung der Art einer Begegnungssituation gemäß KVR (mittels per AIS ausgetauschten Positions-, Bewegungs- und Schiffsdaten) Integrierte Nutzung moderner Technologien Fast-Time- Simulation in Verbindung mit real per VDR aufgezeichneten Daten

19 19 Herausforderung Integration moderner Technologien Fast-Time-Simulation Bewegungsmodell zur Prädiktion der Schiffsdynamik: 2 X = m u rv x r Y = m v N = I ( ) ( + ru + x r G ) r + mx ( v + ru) z G Diese Bewegungsgleichung kann geschrieben werden: x' ( t) = f ( x, u, t) c G mit: Zustandsgrößen: x = [ u, v, r, ξ, η, ψ, δ, n ME, n TH,...] Steuerparameter: u = δ, n, n,...] c [ Cmd ME _ Cmd TH _ Cmd und Startbedingungen bei t=t 0 : x(t 0 )=x 0 ; u(t 0 )=u c0; = [ u, v, r, ξ, η, ψ, δ, n ME, n,...] x TH 0 u c0 = [ δcmd 0, nme _ Cmd 0, nth _ Cmd 0,...]

20 20 Herausforderung Entwurf und Gestaltung der Mensch-Maschine-Schnittstellen Entwurf integrierte Anzeige von Handlungsgrenzen basierend auf regelbasiertem Risikomodell in Anlehnung an TCAS Display aus der Luftfahrt (grün caution; gelb warning; rot alarm)

21 21 Herausforderung - Moderne Ausbildung und Training Effektives Brückenmanagement erfordert berufliche Handlungskompetenz BRM und BTM Kurse müssen drei Kernbereiche abdecken: fachliche Problemstellungen (Reiseplanung und durchführung, Manövrieren inkl. Kollisionsverhütung), soziale Problemstellungen (Verhältnis Kapitän Besatzung bzw. Lotse) methodische Problemstellungen (Situationserkennung und analyse sowie Fehlerbehandlung) Integration moderne Technologien (Fast-Time-Simulation)

22 22 Zusammenfassung und Ausblick Gewährleistung und Verbesserung der Sicherheit des Seetransports: erfordert kontinuierliche Analyse des Verkehrssystems und der Auswirkungen sich vollziehender Veränderungen durch Risikominimierende und Schadensbegrenzende Maßnahmen Technisch-technologische Entwicklungen (z.b. Fast- Time-Simulation) und Beeinflussung des Human Element / Factor (moderne Ausbildung)

23 23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen, herzlich willkommen! WORLD MARITIME UNIVERSITY Malmö - Schweden Research Group Maritime Risk and System Safety - MaRiSa Dr.-Ing. Michael Baldauf Assistant Professor Maritime Safety and Environmental Administration