Automatische piloot helpt grote binnenvaartschepen veilig de sluis in

Binnenvaartschepen hebben vaak weinig ruimte om te manoeuvreren. Het in- en uitvaren van sluizen is veeleisend precisiewerk. Nu hebben wetenschappers van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR), samen met industriële partners, een technologie ontwikkeld om de schippers bij dergelijke manoeuvres te ondersteunen. Ze krijgen een assistentiesysteem dat navigeert met satellietgegevens en het schip autonoom in de sluis kan brengen. Testvaarten met de MS Victor Hugo bij Straatsburg hebben aangetoond dat het systeem zelfs onder moeilijke omstandigheden werkt.

Manoeuvreren

Het DLR-project SCIPPER speelt in op het toenemende belang van binnenvaartschepen. Zij kunnen immers het wegennet ontlasten en zijn bovendien zuiniger en vooral milieuvriendelijker dan vrachtwagens, naast het spoor. Een modern binnenvaartschip kan evenveel vervoeren als 90 vrachtauto’s. Momenteel worden binnenvaartschepen meestal gebruikt voor het vervoer van bulkgoederen zoals steenkool en erts. Ook is het een prima manier om zeer grote en volumineuze ladingen, zoals generatoren of ander groot technisch materieel te transporteren. Het vervoer van bulkgoederen heeft geleid tot steeds grotere schepen die steeds moeilijker kunnen manoeuvreren in de krappe binnenwateren.

SCIPPER is een hulpsysteem voor geautomatiseerde sluisinvoer. Je kunt het vergelijken met een parkeerhulp voor binnenvaartschepen. Dit is belangrijk omdat schepen vertraagd reageren op koerswijzigingen en versnellen of vertragen. Dat maakt sturen moeilijk. De meeste zijn ongeveer 140 meter lang en tot 11 meter breed. Zelfs grote rivieren zoals de Rijn of de Elbe bieden niet veel ruimte om te manoeuvreren, omdat de vaargeul veel smaller is dan de rivier zelf. 

Te breed

In Europa is de grootte van schepen gestandaardiseerd. In de kleinste klasse I zijn ze 38,5 meter lang en 5 meter breed. Schepen van klasse II zijn tussen 50 en 55 meter lang. Klasse III omvat types met een lengte tussen 60 en 80 meter en een breedte tot 9 meter. Het bevat ook speciale types voor bepaalde waterwegen. De grootste binnenschepen worden aangetroffen in klasse Va. Dit zijn de grote Rijnschepen met een lengte van 110 meter. Geduwde en gekoppelde schepen, klasse Vb, zijn tot 185 meter lang. Anders zijn de schepen van klasse Vib de grootste binnenschepen. Ze zijn tot 135 meter lang en 17 meter breed en kunnen alleen grotere waterwegen, zoals de Rijn, bevaren. Ze zijn te breed voor de meeste wateren. 

Navigatie-systeem

SCIPPER maakt gebruik van drie gegevensbronnen. Het eerste is het gebruikelijke satellietnavigatiesysteem, zoals het Amerikaanse GPS en het Europese “Galileo”-systeem. Hun onnauwkeurigheden worden gecompenseerd door navigatiehulpmiddelen op aarde. De afkorting SCIPPER verwijst naar deze navigatiehulpmiddelen. Het staat voor “Lock assistance system based on PPP and VDES for inland navigation”.

PPP is een transmissiemethode. De afkorting staat voor Precise Point Protocol. Het is een methode om de exacte positie van het schip te bepalen aan de hand van satellietgegevens en terrestrische signalen. Door radiostoringen in de nabijheid van bruggen, sluizen, gebouwen of bergketens zijn satellietgegevens echter niet altijd accuraat of worden ze met vertraging ontvangen.

“Bij het passeren onder bruggen of in hoge sluiskolken wordt de ontvangst van satellietsignalen vaak onderbroken, waardoor geen positiebepaling mogelijk is. Voor geautomatiseerde sluisnavigatie is zo snel mogelijk na dat moment een zeer nauwkeurige plaatsbepaling nodig,” legt Dr. Ralf Ziebold van het DLR-Instituut voor Communicatie en Navigatie in Neustrelitz uit. Om dit tekort te compenseren, hebben Ziebold en zijn collega’s van het DLR-Instituut voor Communicatie en Navigatie een nieuw PPP-protocol ontwikkeld als onderdeel van SCIPPER. Dat reduceert de ontvangsttijd tot enkele seconden.

Meer veiligheid

VDES verwijst naar het “VHF Data Exchange System”, een soort mobiel internet voor de overdracht van positiegegevens en scheepsidentificaties. Deze gegevens zijn gebaseerd op referentiestations langs de waterwegen, waarvan de gegevens worden uitgezonden in de VHF-band tussen 47 en 68 megahertz. VDES is de opvolger van AIS of “Automatic Identification System“.

AIS is sinds 6 december 2000 in gebruik en is verplicht voor wereldwijde navigatie. Het bestaat uit zend- en ontvangstsystemen aan boord van de deelnemende schepen. Het systeem toont zijn eigen positie en de posities van andere schepen in de onmiddellijke nabijheid op een digitale kaart. AIS wordt ook gebruikt om scheeps- en navigatiegegevens uit te wisselen. Het systeem werkt ook wanneer er land tussen de schepen ligt, bijvoorbeeld in een bocht. 

Storingsvrije datatransmissie

DLR-wetenschappers van het Instituut voor Communicatie en Navigatie in Oberpfaffenhofen werken aan de ontwikkeling en standaardisatie van VDES.  “In tegenstelling tot AIS heeft VDES een grotere bandbreedte en maakt het dus een meer storingsvrije datatransmissie mogelijk tussen de schepen, de basisstations en de Dienst voor de Scheepvaart”, zegt Ronald Raulefs, een van de betrokken onderzoekers.  De SCIPPER bewaakt het nabije bereik rond het schip met lasersensoren die de boeg- en achterstevensecties detecteren. De kapiteins kunnen dus ook vanaf de brug blinde vlekken zien. Dit komt omdat de ruimte beperkt is, vooral bij het binnenvaren van een sluis. Vaak zijn er slechts enkele centimeters tussen de scheepswand en de sluiswand, omdat veel sluiskolken slechts 12 meter breed zijn.

Digitale assistentie

De SCIPPER-technologieën moeten nu verder worden ontwikkeld. DLR bouwt momenteel aan een digitaal proefveld voor binnenschepen op de Spree-Oder-route. Tussen de havens van Königs Wusterhausen en Eisenhüttenstadt willen de wetenschappers oplossingen uittesten voor de autonome exploitatie van binnenschepen. Deze waterweg is zeer geschikt voor deze werkzaamheden vanwege de geringe verkeersdrukte.

Het digitale proefveld moet helpen verduidelijken op welke punten in de goederenvervoersketens het gebruik van schepen zinvol is. Het belang van het vervoer per schip zal in de toekomst waarschijnlijk nog toenemen. Volgens het Federaal Vervoersinfrastructuurplan bijvoorbeeld zal het vervoer met binnenschepen tegen 2030 met 23 procent toenemen.

Maar ook hun uiterlijk zal waarschijnlijk aanzienlijk veranderen. Op dit moment vervoeren de meeste binnenschepen bulkgoederen zoals steenkool. Het vervoer van steenkool wordt echter steeds minder belangrijk door de energietransitie. In plaats daarvan moeten steeds meer containers en zware goederen, zoals machineonderdelen, worden vervoerd. 

Automatisch laden en lossen

Het is mogelijk dat de binnenschepen van de toekomst kleiner en flexibeler zullen zijn. Digitale hulpsystemen zoals SCIPPER kunnen hierbij een belangrijke rol spelen. Zij kunnen voor elke reis de gunstigste route en de zuinigste vaarwijze bepalen. Zij kunnen ook helpen het risico op ongevallen te verminderen. Het doel op lange termijn van de onderzoekers is het verwezenlijken van schepen die hun eigen routes kunnen berekenen, met elkaar kunnen communiceren en zelfstandig kunnen laden en lossen. 

Foto: Het systeem ingebouwd in de stuurhut. © DLR.