Parameter Identifikation zur computergestützten on-line Manöverberatung (MultiMar)

Die Vorgängerprojekte ADANAV und ZuMABS haben gezeigt, dass eine Kombination von Conning-Display, ECDIS und FTS-Bahnprädiktionen ein geeignetes Assistenzsystem sein kann, um Fehleinschätzungen beim Manövrieren von Schiffen schnell erkennen und beseitigen zu können. Basis der Bahnprädiktion sind parametrisierte Schiffsdynamikmodelle, welche auch in Simulatoren genutzt werden. Die Qualität der Modelle lässt sich an der Präzision der Bahnnachbildung von gemessen Bahn­verläufen ablesen. Anfangs werden für die Erstanpassung des Modells nach der vorläufigen Bestimmung der Parameter durch z.B.  Clark-Estimation (einem halbempirischen analytischen Verfahren) die Parameter manuell nachgetuned um eine gute Anfangsgüte zu erhalten. Mit jeder Abweichung des simulierten Bahnverhaltens verursacht durch vom Modell bisher nicht erfassten Änderungen von Beladungszustand (Tiefgang und Trimm) und Umwelteinflüssen (z.B. Strömung) ändert sich das reale Bewegungsverhalten und die mitunter linear abhängigen Parameter müssten angepasst werden.

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung von Methoden und Verfahren zur Berechnung der Parameter in den Kräften und Momenten der das Fahrtverhalten von Schiffen beein­flussenden Bewegungsgleichungen. Diese Parameter können ganz wesentlich den Geschwindigkeits-, aber auch den Bahn­verlauf der simulierten Fahrt verändern. Um eine hinreichend genaue Simulation zu erreichen, ist es notwendig, die relevanten Parameter herauszufinden und möglichst genau bestimmen zu können.

Es wurde ein Softwaremodul geschaffen, welches die Berechnung der Parameter aus Manöver­messungen übernimmt. Die berechneten Parameter sollen einerseits der Forschung und Lehre am Maritimen Simulations Centrum Warnemünde (MSCW) zugutekommen. Andererseits sollen später die zu berechnenden Parameter in dem entwickelten Softwaremodul direkt in der Schifffahrt an Bord eingesetzt werden. In vergangenen Forschungsprojekten ist Software zur Bahnprädiktion von Schiffen entwickelt worden. Diese Prädiktionssoftware dient zur Unterstützung des nautischen Personals bei der Navigation. Die Parameterberechnung hilft, diese Bahnvorhersage zuverlässiger zu machen. Mit einer guten Bahnvorhersage wird es auch möglich sein, schwierige Manöver, etwa das Einlaufen in einen Hafen oder das Drehen auf der Wendeplatte, besser zu planen und dadurch zu vereinfachen.

Die Originalität des Vorhabens lag in der fachübergreifenden Verknüpfung neuer Technologien und mathematischer Verfahren und ihrer automatisierbaren Anwendung für die praktische Manövrierhilfe und für die Lehre.

Die wissenschaftlichen Arbeitsziele des hier beschriebenen Projektes waren:

1. Gewinnen von Messdaten zu einem Schiff (hier MESSIN)
2. Mathematische Modellierung der Parameterberechnung
3. Beseitigung der Messfehler aus den gewonnenen Daten
4. Entwicklung einer Software, die die Messdaten bereinigt und anschließend die Parameter berechnet
5. Berechnung der Parameter in den Bewegungsgleichungen für Schiffe
6. Erstellen eines Simulationsmodells für das Schiff
7. Testen des Bewegungsverhaltens des Schiffs in der Simulation anhand des Simulationsmodells
8. Bei erfolgreichen Tests Anwendung in der Praxis (Prädiktor)

 

Mit den verfolgten wissenschaftlichen Arbeitszielen wurden weitere neue Erkenntnisse zur Methodik der Prädiktion komplex beeinflusster Bewegungen gewonnen und insbesondere Rückschlüsse auf die Gewichtungen von Einflussparametern und Störgrößen gezogen.