DAISY – Dortmunder autonomes Informations- und Sicherheitssystem für den Hafen
Veranstalter
Motivation
Der Dortmunder Hafen als größter Kanalhafen Europas ist ein bedeutendes logistisches Drehkreuz im Binnenschifffahrtsnetzwerk und steht angesichts wachsender Güterumschläge und steigender Automatisierungsanforderungen vor großen Herausforderungen. Um die Betriebsabläufe effizienter zu gestalten, ist die Einführung intelligenter, autonomer Systeme zur Hafenverwaltung unabdingbar.
Die Digitalisierung und Automatisierung in der Schifffahrt schreiten zwar weltweit voran, jedoch bleiben Binnenhäfen vielfach auf manuelle Abläufe angewiesen. Im Dortmunder Hafen erfolgt die Kommunikation zwischen Schiffen und Hafenbehörden traditionell gar nicht oder per Post und Telefon. Für den UKW-Funk muss eine dauerhafte Besetzung gegeben sein um Liegeplatzanfragen und sicherheitsrelevante Informationen zu verarbeiten. Diese Prozesse sind zeit- und personalintensiv und fehleranfällig, wodurch die Effizienz und Sicherheit im Hafenbetrieb beeinträchtigen ist.
Gleichzeitig bietet die Kombination von Computer Vision und maschinellem Lernen eine vielversprechende Möglichkeit, die Überwachung des Hafenareals zu automatisieren. Basierend auf den vorhandenen Bilddatensätzen der TU Dortmund werden Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, Schiffe, Personen, Müll und Poller zuverlässig zu erkennen und zu klassifizieren. Durch die Integration von AIS-Daten kann zudem die automatische Erkennung und Identifikation von ein- und ausfahrenden Schiffen gewährleistet werden.
Ein weiteres zentrales Element ist die Erstellung eines digitalen Zwillings des Hafens, der die gesammelten Daten visualisiert und damit eine Echtzeitübersicht über die aktuelle Verkehrslage bietet. Diese Visualisierung unterstützt Hafenmeister und Disponenten bei der Planung und Koordination von Hafenprozessen.
Die Entwicklung solcher Systeme hat nicht nur praktische Relevanz, sondern stellt auch einen innovativen Beitrag zur Forschung im Bereich autonomer Hafenlogistik dar. Die Projektgruppe soll auf Basis bestehender Technologien und Forschungsergebnisse ein praxisnahes System realisieren, das die spezifischen Anforderungen des Dortmunder Hafens abbildet und eine nachhaltige Verbesserung der Betriebsabläufe ermöglicht.
Das System wird in freier Kooperation mit dem Hafen Dortmund entwickelt und dort erprobt. Dazu gewährt der Hafen uns Zugriff auf alle benötigten Daten. Das Konzept bietet ebenso großes Transferpotenzial für andere kleinere Kommunalhäfen der Region, wie Gelsenkirchen und Herne. Ferner sind Feldexperimente und Exkursionen zu realen Binnenschiffen und ggf. weiteren Häfen geplant.
Aufgabenstellung
Im Rahmen der Projektgruppe wird ein umfassendes Autonomiesystem für den Dortmunder Hafen entwickelt. Dabei stehen drei zentrale Komponenten im Fokus. Erstens soll das bestehende autonome Funkgerät auf die spezifischen Anforderungen des Dortmunder Hafens angepasst werden. Dies umfasst die Optimierung der Funkkommunikation sowie die Erweiterung um zusätzliche Funktionen, die für die Hafenverwaltung erforderlich sind.
Zweitens wird eine smarte Kamera entwickelt und integriert, die in der Lage ist, Schiffe, Personen, Müll und Poller im Hafenbereich zu erkennen und zu zählen. Diese Kamera soll insbesondere die ein- und ausfahrenden Schiffe detektieren und die erfassten Daten mit den AIS-Informationen abgleichen. Dadurch entsteht eine automatisierte und zuverlässige Überwachung des Hafenareals.
Drittens wird ein digitaler Zwilling des Hafens erstellt, in dem die erfassten Daten aus der Funkkommunikation und der Kameradetektion zusammengeführt und in Echtzeit visualisiert werden. Dieser digitale Zwilling dient zur Lagebilddarstellung und ermöglicht eine umfassende Übersicht über die aktuelle Hafensituation. Durch die Kombination dieser Komponenten soll die Effizienz des Hafenbetriebs gesteigert und die Arbeitsbelastung des Personals reduziert werden.
Als Basis dient die Anbindung eines in der vorangegangen PG entwickelten autonomen Sprechfunkgeräts und dessen Erweiterung durch mehrere Abschlussarbeiten. Es aufnimmt, transkribiert, analysiert und aufbereitet bereits Funksprüche. Dieses System ist deutlich zu erweiterten und zu verbessern. Dabei sollen Liegeplatzanfragen autonom aufgrund der Schiffsdimensionen und der Verfügbarkeit zugewiesen werden. Weiterhin werden grundlegende Modelle zur Erkennung und Klassifikation von Schiffen und Schwimmer bereitgestellt und der Lehrstuhl besitzt eine große Bilddatenbank für die Erweiterung dieser Modelle.
Zur Validierung der entwickelten Lösung ist es geplant, Feldexperimente am Dortmunder Hafen durchzuführen.
Nach dem Erreichen der Minimalziele (s.u.) sind viele Erweiterungen und Einbindungen in andere Abläufe möglich. So kann die Intentions-erkennung verbessert, weitere Objekte im Hafenbecken erkannt werden und generative Ansätze zur Textgenerierung bei gleichzeitiger Wahrung gewisser Vorgaben genutzt werden. Ebenso kann die Hardware weiterentwickelt werden. Diese Erweiterungen bieten eine hervorragende Basis für nachfolgende Abschlussarbeiten.
Minimalziele
- Aufbau eines Prototyps der den folgenden Funktionsumfang realisiert:
- Aufbau einer Hafenverwaltung
- Autonome Abwicklung eines Routinegesprächs zur Liegeplatzvergabe auf Grundlage der Schiffparameter
- Zuordnung der Funksprüche zu AIS-Daten
- Darstellung und Abgabe von Warnungen im digitalen Lagebild
- Verknüpfte Darstellung der Schiffsposition und der Nachricht
- Erkennung von Schiffen und Klassifikation der Schiffstypen
- Zählung der ein- und ausfahrenden Schiffen
- Erkennung von Schwimmer und Darstellung im digitalen Lagebild
- Erkennung von Müll und Treibgut und Darstellung im digitalen Lagebild
- Autonome Beantwortung von Anfragen zu zur Verfügung stehenden Ressourcen der Häfen (Wasser, Strom, Sanitär,…) und Schleusen (Liegestellen, Kammergrößen)
- Erstellung des Endberichts & Fachgespräch