Zielsetzung von PreSEA

Das Ziel des Forschungsprojektes war die Entwicklung einer KI-gestützten, echtzeitbasierten Software-Anwendung, die den tatsächlichen Seeverkehr bis zu 14 Tage im Voraus darstellen kann. Als Grundlage dienen AIS-Daten (Automatic Identification System), die jedes Schiff zur Kollisionsverhütung aussendet sowie Fahrpläne des Linienverkehrs und von Fähr- sowie Kreuzfahrtschiffen. Die KI analysiert vergangene Hafenanläufe unter Einbeziehung des aktuellen Reeders, um eine möglichst genaue Vorhersage über die nächsten Häfen treffen zu können. Diese Daten werden dann mit einer terminal-genauen Liegezeitvorhersage verknüpft. Die zukünftigen Häfen wurden mit den Routing-Netzen und Algorithmen für den weltweiten Schiffsverkehr verkettet, die während des Verbundprojektes MERMAID (Maritime Routing Maps based on AIS Data) entwickelt wurden. So können für alle Schiffe der Welt die zukünftigen Routen ausreichend genau vorhergesagt werden, um so die Verkehrsbelastung zu prognostizieren.

Notwendigkeit der Seeverkehrsvorhersage

Bislang war es nur möglich, rückblickende Aussagen über den Schiffsverkehr in bestimmten Seegebieten oder Häfen zu treffen. Eine Seeverkehrsvorhersage ist allerdings aus wirtschaftlichen und sicherheits- und umweltpolitischen Aspekten von großer Bedeutung. So kann im Falle von Havarien oder Bergungen, die beispielsweise Verengungen oder Blockierungen ganzer Seeverkehrsstraßen zur Folge haben, schnell ein Überblick über das zukünftige Verkehrsaufkommen gegeben werden und schließlich der Verkehr in der Region umgelenkt werden. Das Projekt PreSEA stellt eine völlig neue Dienstleistung für die maritime Branche dar und ermöglicht innovative Geschäftsmodelle. 

Insbesondere Unternehmen, die Waren auf dem Seeweg transportieren, profitieren von der verbesserten Hafenvorhersage und prognostizierten Ankunftszeit. Für sie wird es über eine technische Schnittstelle nun möglich, die erwartete Ankunftszeit für beliebige Schiffe in kommenden Häfen vorherzusagen. Das Besondere ist, dass dies für nicht nur Containerschiffe, sondern für alle kommerziell betriebenen Frachtschiffe möglich ist.

Ergebnisse des Projektes

Nach Abschluss des Projektes im Frühjahr 2022 können folgende Meilensteine zusammengefasst werden. Die kommenden Häfen werden mit einer Wahrscheinlichkeit von über 90% zuverlässig erkannt. Durch einen selbstlernenden Algorithmus können Schreibfehler und nicht eindeutige Abkürzungen bei der manuellen Eingabe des Zielhafens mit dem tatsächlich angefahrenen Zielhafen abgeglichen und eindeutig interpretiert werden. Dadurch wird die Ankunftszeit eines Schiffes in zukünftigen Häfen (ETA = Estimated Time of Arrival) noch exakter bestimmt. Auszüge und Projektergebnisse werden bei der Online-Abschlussveranstaltung vorgestellt. Weitere Forschungen und Produktentwicklungen im Zusammenhang mit Künstlicher Intelligenz, Schiffssicherheit und Emissionen gelten als nahezu sicher. In der Wirtschaft werden die Ergebnisse des Projektes ab Mitte des Jahres 2022 von mehreren großen Unternehmen im Rahmen interner Studien genutzt und dann in den Logistikabteilungen zum Einsatz gebracht.

Abschlussveranstaltung beim Maritimen Cluster Norddeutschland

Die Abschlussveranstaltung für das Projekt PreSEA wird am 16.05.2022 digital von 13:00 bis 15:30 Uhr unter dem Motto "Erhöhung der Widerstandsfähigkeit maritimer Lieferketten durch KI-gestützte Seeverkehrsvorhersage | PRESEA" stattfinden. Veranstalter sind FleetMon und die Fachgruppe Maritime Sicherheit des Maritimen Clusters Norddeutschland. Anmeldungen sind im Maritimen Kalender unter maritimes-cluster.de möglich.

Seit April 2019 müssen alle Eigentümer von Seeschiffen (Reeder) CO2-Emissionen an die Europäische Kommission übermitteln. Dies erfolgt entsprechend der EU-Verordnung (EU) 2015/757 zur Meldung, Überwachung und Verifizierung (MRV) von CO2-Emissionen aller Handelsschiffe, die unabhängig vom Flaggenstaat von oder nach Europa bzw. innerhalb Europas verkehren. Damit soll ein Monitoring ermöglicht und dazu beigetragen werden, das europäische Ziel einer generellen Reduzierung um 55% der Kohlenstoffdioxidemission bis 2030 zu erreichen. Eine Verifizierung, der durch die Reeder gemeldeten Daten, ist bisher ohne Zuhilfenahme von Daten Dritter kaum möglich. Das Projekt EmissionSEA entwickelte daher eine Methodik zur quantitativen Bestimmung des CO2-Ausstoßes der weltweiten Schifffahrt. Die Berechnung basiert sowohl auf den vorliegenden Daten des automatischen Identifikationssystems (AIS) als auch auf den Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes.

Das Projekt mündete in einer Abschlussveranstaltung, bei der die Ergebnisse des seit August 2018 laufenden Projektes vorgestellt und Folgeaktivitäten diskutiert wurden. Die Veranstaltung wurde am 28. Oktober mit 70 interessierten Vertreterinnen und Vertretern aus Wissenschaft und Wirtschaft und des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr durchgeführt.

Das Vorhaben EmissionSEA wurde im Rahmen des Förderprogramms mFUND im Zeitraum von August 2018 bis Oktober 2021 mit 1,55 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Während der gesamten Projektlaufzeit standen das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, der Deutsche Wetterdienst, Lloyd’s Register, die Niederelbe Schifffahrtsgesellschaft mbH & Co. KG, die HAMMONIA Reederei GmbH & Co. KG und die Aquametro Öl & Marine AG als assoziierte Partner zur Seite.

Der Algorithmus des Emissionsmoduls basiert auf Big-Data-Berechnungen von Daten des „Automatic Identification System“, die alle international reisenden Schiffe verpflichtend zur Kollisionsverhütung aussenden müssen. Weiterhin wurden Wetterdaten (Strömung, Wind und Wellen) und Schiffsmaschinendaten genutzt, um ein möglichst realitätsnahes Modell zu entwickeln. Anschließend wurden sie unter Verwendung eines High-Performance-Cloud-Clusters analysiert und der Energiebedarf berechnet. Für jedes AIS-ausrüstungspflichtige Schiff lässt dieser sich nun weltweit im Viertelstundentakt quantifizieren. Dazu wurden alle verfügbaren Informationen genutzt wie verbaute technische Anlagen und verwendeter Treibstofftyp. Zuletzt wurde dann die benötigte Treibstoffmenge und die daraus resultierende CO2-Emission abgeleitet.

Mit dem entwickelten EmissionSEA-Modul wird Behörden, Reedereien und anderen Akteuren ein einfach zu bedienendes, vergleichendes Analyse-Tool geboten, um die von den Schiffen gemeldete CO2-Emission auf Plausibilität zu prüfen. Beim Auftreten starker Abweichungen wird es nun möglich sein, stichprobenartige Kontrollen gezielter durchzuführen und ggf. Maßnahmen einzuleiten und Gesetzesverstöße zu ahnden.

Herr Dr. Carsten Hilgenfeld, Leiter für Forschung & Entwicklung bei JAKOTA Cruise Systems GmbH, sieht einen großen Anwendungsbedarf für das Modul: „Mit dem entwickelten Emissionsmodul haben wir die Ermittlung des Schadstoffausstoßes von Schiffen ein Stück weit transparenter gemacht. Diese unabhängige, quantitative Methode ermöglicht es Reedern, die MRV-Reports vor dem Absenden selbstständig auf Plausibilität zu prüfen. Menschliche Fehler können dadurch reduziert werden.“

Im Februar 2021 startete das Rostocker Unternehmen JAKOTA Cruise Systems GmbH | FleetMon gemeinsam mit dem Institut für Sicherheitstechnik/ Schiffssicherheit e.V. in Warnemünde das Projekt SEAPEOPLE. Im Rahmen des Projektes entwickeln die Projektpartner über achtzehn Monate hinweg eine Online-Anwendung, die die Anzahl und weltweite Verteilung von Personen an Bord unabhängig vom Schiffstyp in Echtzeit darstellt.

Das Vorhaben SEAPEOPLE wird im Rahmen der Förderrichtlinie Modernitätsfonds („mFUND“) mit 100.000 Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert. Den Projektverantwortlichen steht das maritime Beratungsunternehmen MARSIG mbH als assoziierter Partner beratend zur Seite.

Die geplante Web-Anwendung basiert auf der innovativen Verknüpfung von „Automatic Identification System-(AIS)-Daten“, die alle relevanten Schiffe verpflichtend zur Kollisionsverhütung aussenden, sowie Schiffsinformationen aus internen und externen Datenquellen. Die Projektpartner setzen Big-Data-Auswertealgorithmen ein, um die Personenanzahl unter Einbeziehung des Schiffstyps zu bestimmen. 

Das Projekt baut auf den Ergebnissen des laufenden Forschungsprojektes PRESEA auf, das mittels KI-gestütztem Routinggraph das Schiffsaufkommen in bestimmten Seegebieten vorhersagt und in einem Software-Prototypen in Echtzeit darstellt. Der in SEAPEOPLE zu entwickelnde Demonstrator wird stattdessen die Personen eines bestimmten Schiffs zum angefragten Zeitpunkt live ermitteln und anzeigen.

Herr Dr. Carsten Hilgenfeld, Leiter für Forschung & Entwicklung bei JAKOTA Cruise Systems GmbH sieht viel Potenzial für die geplante Webanwendung: „Anwendungsfelder für diese neuartige Online-Anwendung sind z. B. im Gesundheitsschutz oder im Tourismus zu sehen. Wenn Behörden und Dienstleistern die genaue Anzahl ankommender Personen in Häfen bekannt ist, lassen sich Gefährdungslagen wie beispielsweise nach Ausbruch von Coronainfektionen in Deutschland besser einschätzen und angemessene Sicherheitskonzepte anwenden.“ Dies erhöhe die maritime Sicherheit. Auch Hotelkapazitäten ließen sich besser planen und Passagierströme mit Blick auf touristische Ziele optimal lenken, erörtert Hilgenfeld.

Am 15. April 2021 kamen die Projektpartner und assoziierten Partner zum digitalen Kickoff-Meeting zusammen, um Erwartungen an das Projekt zu formulieren und die weitere Vorgehensweise abzustimmen.