Durchschnittlich rund 370 Schiffe täglich laufen in Rotterdam ein, derzeit liegen mehr als 1.000 Schiffe im größten Hafen Europas. Dies zeigt das aktuelle Lagebild des Informationssystems AIS-Plus, das gemeinsam vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der Weatherdock AG entwickelt wurde. Das System empfängt Positionsmeldungen von Schiffen in Küstennähe mit größerer Zuverlässigkeit und höherer Reichweite als herkömmliche AIS-Empfänger. Zum Projektabschluss wurde AIS-Plus nun erfolgreich im Rotterdamer Hafen getestet und im Rahmen der Mittelstandskonferenz 2018 in Berlin vorgestellt.
Das AIS-System (Automatic Identification System) eines Schiffes sendet während der Fahrt regelmäßig Daten zu Position, Kurs und Geschwindigkeit, aber auch Schiffsinformationen wie dessen Namen oder Funkrufzeichen. So wird die Lenkung des Schiffsverkehrs verbessert und die Gefahr von Kollisionen verringert sich. In stark befahrenen Gebieten wie Häfen werden viele Funksignale gleichzeitig gesendet. Dies kann dazu führen, dass mit herkömmlichen AIS-Empfängern ein Teil der Signale verloren geht, da sie durch andere überlagert werden. „Mit AIS-Plus haben wir uns vorgenommen, das herkömmliche System so zu modifizieren, dass wir ein vollständiges Lagebild der Hafensituation erstellen können und so die Küstenüberwachung vervollständigen“, sagt Dr. Simon Plass vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation.
Mit seinem Team verbesserte er die Algorithmen der Signalverarbeitung des AIS-Empfängers, sodass in Küstenregionen nun bis zu 50 Prozent mehr Signale empfangen werden können. Außerdem lässt sich die Empfangsreichweite von 65 km auf bis zu 95 km erhöhen, abhängig von der Umgebung. „Wir haben alles erfüllt, was wir uns vorgenommen haben und unsere Erwartungen sogar noch übertroffen“, freut sich der Wissenschaftler.
Zuverlässige Überwachung illegaler Fischerei
Neben dem vollständigen Lagebild der Hafensituation ist es mit den neuen Empfängerstrukturen nun auch leichter möglich, Fischerboote zuverlässig zu detektieren, die sich beispielsweise in verbotenen Küstenbereichen aufhalten. „So können wir auch bei der illegalen Fischerei im regionalen Bereich mit AIS-Plus eine Lücke schließen“, ergänzt Plass.
Der Industriepartner Weatherdock AG aus Nürnberg stellte die Empfangshardware zur Verfügung, auf der die DLR-Forscher ihre Signalverarbeitungsalgorithmen implementieren konnten. Im Zuge des Projekts installierten die Forscher in den Häfen von Hamburg, Danzig, Barcelona und Rotterdam eine neue AIS-Plus-Empfangsstation. In mehreren Tests verglichen sie ihre modifizierte Version mit dem herkömmlichen System.
Signalempfang auch von Flugzeugen
Während herkömmliche AIS-Stationen Signale nur in Küstennähe empfangen können, detektieren AIS-Satelliten die Signale auch über dem offenen Meer. Der Nachteil dabei ist, dass sich einzelne Signale aufgrund des großen Empfangsbereichs der Satelliten überlagern und daher teilweise nicht unterschieden werden können. Außerdem erreichen die AIS-Satelliten wegen ihrer festgelegten Orbits keine vollständige Abdeckung der Meere. Dahingegen werden heute bereits 86% aller Schiffe von Linienflugzeugen überflogen.
Die DLR-Forscher testeten den AIS-Plus-Empfänger auch auf einem Flugzeug. Aufgrund der geringeren Flughöhe ist die Gefahr der Signalüberlagerung bei einem Flugzeug geringer. Bei ihren Flugversuchen konnten sie zeigen, dass das neue AIS-Plus-System Schiffe auf dem offenen Meer zuverlässiger detektieren kann als Satelliten aus dem All. Aus dem DLR-Vorhaben „Forschung und Entwicklung für die Maritime Sicherheit und entsprechende Echtzeitdienste“ entwickelten Simon Plass und sein Team ein Konzept, bei dem die modifizierten AIS-Empfänger in Linienflugzeuge integriert werden. So lässt sich das Lagebild auf den Meeren vervollständigen. Aber Plass denkt auch schon weiter: „Unsere Vision ist es, ein System aufzubauen, bei dem Flugzeuge und Schiffen Informationen austauschen, um die Kommunikationsmöglichkeiten dieser beiden Verkehrssysteme noch besser auszuschöpfen.“
