MOZART - Mobility OptimiZation and Analysis in Real Time

Zielsetzung

• Durch die abgestimmte und flexible Ampelsteuerung soll die Kapazität auf der Bestandsinfrastruktur erhöht werden und Aufwände für den Ausbau der Straßen gesenkt werden.
• Eine verbesserte Ampelsteuerung verringert zudem unnötige Brems- und Beschleunigungsvorgänge der Fahrzeuge und kann so Energieverbrauch und Schadstoff-Emissionen reduzieren.
• Das Verkehrsmodell als digitaler Zwilling gewährt insgesamt einen verbesserten Überblick über das Verkehrsgeschehen und Verbesserungsansätze des Verkehrsmanagements
• Die Umsetzung soll Erkenntnisse für weitere Verkehrsnetze liefern, die durch den innovativen Ansatz optimiert werden könnten.

Beschreibung

• Festzeit- und verkehrsabhängig geregelte Lichtsignalanlagen sollen durch eine netzübergreifende, kontinuierliche Echtzeit-Ampelprogrammsteuerung ergänzt werden.  
• Die Echtzeitverkehrssteuerung erfolgt durch Erfassung des gesamten Verkehrs im untersuchten Netz, sowie der Abbildung in einem Verkehrsmodell.
• Daraufhin werden die Entscheidungen über abgestimmte Ampelsteuerungen getroffen .
• Da der Berechnungsaufwand bereits in kleinen Netzen sehr hoch ist und eine Optimierung Stunden oder Tage dauern würde, werden innovative Prozessoren genutzt, die Erkenntnisse aus dem Bereich des Quanten Computing nutzen. Auf diese Weise können Optimierungsentscheidungen für die Ampeln in wenigen Sekunden getroffen werden.
• Nach vorbereitenden Machbarkeits-Projektphasen, wird im Rahmen des Projektportfolios SANTANA nun das Projekt MOZART („Quantum Annealing zur
  Verkehrsflussoptimierung“) weitergeführt.
• Ziel ist die Inbetriebnahme der innovativen Netzsteuerung an 5 Ampelkreuzungen im Bereich Neuhof und an der Haupthafenroute.

Im Einzelnen

• Der Verkehr wird im Hafen durch Sensorik erfasst und das Straßennetz in einem Verkehrsmodell im Detail modelliert.
• Das aktuell gemessene Verkehrsaufkommen wird herangezogen, um das Aufkommen an den Ampelkreuzungen zu prognostizieren.
• Optimierungspotenziale der Steuerung werden mit deren Auswirkungen für benachbarte Ampeln berechnet und verglichen.
• Ergebnisse, wie beispielsweise Verlängerungen der Grünzeiten, geänderte Reihenfolge der Ampelphasen werden als Ergebnis an die Ampeln geschickt.
• Der Verkehr wird kontinuierlich gemessen, sodass ein netzweiter Regelkreis für Erfassung und Steuerung des Verkehrs entsteht.

Technologie & Trends

• Quanten Annealer und Digital Annealer sind neuartige Prozessoren für Optimierungsverfahren. Herkömmliche Prozessoren brauchen zu lange um ein konkretes Ergebnis für einen Idealwert zu berechnet.
• Mit den innovativen Berechnungsmethoden reichen Näherungsmethoden aus, um ein in der Praxis optimales Ergebnis zu erreichen. Der Bereich der Verkehrssteuerung bietet sich für diese neuen Technologien im hohen Maße an.

Chancen

• Optimale LSA-Schaltung: Ausschöpfen von Kapazitäten der konstruktiven sowie auch technischen Infrastruktur des stark belasteten Hafennetzes
• außerdem eine Reduzierung von Schadstoffemissionen durch optimierte Fahrweise (Brems- und Beschleunigungsverhalten)
• darüber hinaus entsteht ein verbessertes Verständnis der Zusammenhänge von Verkehrslage und Netzsteuerung; Netzlagebild, Engpassanalyse, Integration von Drittdaten, Car2x LSA-abhängig, offen für Human2x, Bike2x, Vorrang für Polizei, Feuerwehr, ÖPNV etc.
• ein flexibel gesteuertes Netz lässt Einsparungen in Wartung, Personal, Invest erwarten
• Sensorik räumlich flexibel, Zukunftssicherheit für kommende Detektionsverfahren

Medien
Onepager MOZART
Vorläufiger Imagefilme des Konzeptes von FUJITSU

• In ihren hoheitlichen Zuständigkeitsbereichen plant die HPA vor allem in den Bereichen „Prävention und Management von Sonderereignissen“ und „Wasserflächenkontrolle“ mit dem Einsatz von Drohnen, um dort bestehende Prozesse sicherer zu gestalten bzw. zu optimieren und neue Services einzuführen. Im Rahmen des Katastrophenschutzes HASTA wird beispielsweise untersucht, wie bei Großlagen z.B. Sturmfluten, Unfällen oder anderen Ad-Hoc Störfällen mit hochauflösenden Echtzeit-Lagebildern unterstützt werden kann. Gerade in diesen sehr zeitkritischen Bereichen stellen Drohnen eine deutliche Verbesserung der Effizienz dar.
   
• Darüber hinaus werden diverse, speziell auf die Infrastruktur des Hamburger Hafen und die individuellen Use Case Umgebungen angepasste intelligente Hafeninfrastrukturmanagementservices erprobt und entwickelt. Die HPA wird mittelfristig auf diese Weise Teile des Infrastrukturmanagements intelligenter und nachhaltiger gestalten. Damit folgt die HPA einer Digital-Strategie zum Thema intelligentes Hafeninfrastruktur-management. Auch hier stehen vor allem die Ziele „Steigerung der Sicherheit“, beispielsweise durch Wartungsroutinen in der Bauwerksprüfung und der damit einhergehenden Möglichkeit von Schadenfrühzeiterkennungen oder Schadenentwicklungsprognosen (Predictive Maintanance), als auch ein an sich „nachhaltigeres und effizienteres Infrastrukturmanagement“ im Mittelpunkt der HPA-Interessen.

Chancen

• Sicherheitssteigerung durch drohnenbasierten Echtzeitlagebildservice für Ad-Hoc Situationen und Großlagen im gesamten Hafengebiet
• Erstellung automatisierter Sensordatensätze zur Unterstützung der Wasserflächen- und Wegekontrollen, sowie eines intelligenten Infrastrukturmanagement (Wartungsroutinen, Bauwerksprüfungen, „predictive maintenance"…)

Technologie & Trends

• Drohnen – Flugdrohnen (UAV), Schwimmdrohnen (ASV), Tauchdrohnen (UUV), Rover
• Teleoperationsleitstand
• Automatisierte Verkehrssteuerung
• Datensatzproduktionen für digitale Zwillinge

Echo 1

Zielsetzung

• Echo.1 ist das erste offiziell vom Oberhafenamt zugelassene unbemannte Oberflächenfahrzeug zur Erfassung von hydrographischen Grundlagendaten im Hamburger Hafengebiet. Neben dem operativen Einsatz in der HPA-Wassertiefeninstandhaltung als Zusatzwerkzeug bei der Gewässervermessung dient diese Plattform als Vorreiter für autonome Gewässerfahrzeuge im Hafenbetrieb. Zusätzlich zur Gewässervermessung soll die modulare Messplattform zukünftig für weitere Anwendungen im Hamburger Hafen aufgerüstet und eingesetzt werden.

Beschreibung

• Trotz seiner geringen Größe von 1,65m Länge und einem Gesamtgewicht von ca. 50kg ist das batteriebetriebene Gerät mit Hochleistungsnavigations- und Messtechnik ausgestattet. Neben einem leistungsstarken Fächerecholot besitzt Echo.1 ein störunempfindliches Satellitenpositionierungssystem, ein AIS-Transponder, ein Kollisionsverhütungsradar u.v.m. und ist dabei sehr wendig und flott mit bis zu 10kn unterwegs. • Dieses Fahrzeug wird die Hydrographie der HPA anfangs in den Hafenbereichen unterstützen, welche für die klassischen Peilschiffe schwer (nur zu bestimmten Tidezeitpunkten) oder gar nicht erreichbar sind. Auch ist es möglich das ASV als (force multiplier) automatisiertes „Beiboot“ zu den Schiffen einzusetzen, um noch effizienter gewisse Hafenbereiche hydrographisch zu erfassen. Die Daten werden wie auf den klassischen Peilschiffen automatisiert über das Internet, hoffentlich bald auch über 5G ins Büro gesendet, dort plausibilisiert und dann allen Nutzern über die bei ebenfalls WI entwickelte Peildesk-Anwendung zur Verfügung gestellt.

Chancen

• Da die Sicherheit des Schiffsverkehrs im Hafen an erster Stelle steht, wurden zusammen mit dem Oberhafenamt die grundsätzlichen Regeln und Voraussetzungen für den Betrieb solcher Systeme erarbeitet. Diese werden nun erprobt und zukünftig kontinuierlich an den Stand der Technik weiterentwickelt. Dabei ist es wichtig zu erwähnen, dass das unbemannte Fahrzeug auch im autonomen Messmodus stets durch eine Person (der sogenannten „wo/men in the loop“) in Sichtweite überwacht wird, für die Hafenschifffahrt per Funk erreichbar ist und damit die Sicherheit stets gewährleistet bleibt. • Durch die zukünftige Weiterentwicklung der Sensorik zur Optimierung der sogenannten "situational awareness" in Kombination mit der Anpassung der Kollisionsverhütungsalgorithmen können solche System zukünftig einen höheren Grad der Autonomie erreichen und damit die Effizienz beim Einsatz steigern.

Risiken

• Für den operativen Einsatz von Echo.1 im Hamburger Hafengebiet wurde eine Risikoanalyse erstellt, die kontinuierlich auf den Stand der Technik und der Prozesse angepasst wird. Bestimmte Risiken wurden zusätzlich durch die in der Schifffahrtspolizeilichen Genehmigung aufgeführten nautischen Rahmenbedingungen minimiert, so dass ein sicherer Einsatz dieses Fahrzeuges jederzeit gegeben ist.
   
• In der Anfangsphase bei der Einführung solcher Technologien muss damit gerechnet werden, dass mehr personelle Ressourcen benötigt werden und somit eine Effizienzsteigerung nicht unmittelbar sichtbar wird. Ebenso ist darauf zu achten, dass sich die Hafenwirtschaft auf unbemannte Wasserfahrzeuge einstellen und gute Erfahrungen im Umgang mit dieser Technologie sammeln kann, was schließlich zu Akzeptanz führt. • Gerade klassische Schiffsbesatzungen stehen dem Thema "Unbemannte Wasserfahrzeuge" verständlicherweise skeptisch gegenüber. Hier müssen die Kollegen unbedingt von Anfang an involviert und informiert werden, da sich das Berufsbild von Schiffsführern sicherlich mittelfristig stark verändern wird.

Strategie-Ziele

• Technologische Innovationen evaluieren                                                                 Mittel
• Prozesseffizienz erhöhen                                                                                         Hoch
• Kollaboration fördern, Silos abbauen                                                                      Mittel
• Neue Geschäftsmodelle / -felder (neue Kundenstrukturen oder Erlösströme)      Gering

Technologie & Trends

• Trotz seiner geringen Größe ist dieses neue Fahrzeug auch für weitere Anwendungen im Hamburger Hafen geeignet und kann modular mit Zusatz- oder Austauschsensorik ausgestattet werden. Neben einem Strömungsmessgerät (ADCP) kann ebenso ein Laserscanner für die Erfassung der Uferbauwerke installiert werden. Auch verschiedene Einstrahl- oder Sedimentecholote für zukünftige Anwendungen im Rahmen der Nautische Tiefe sind möglich. Weiterhin kann dieses oder ggf. zusätzliche baugleiche Fahrzeuge zum Sammeln von Oberflächenwasserproben und zum Messen von Emissionen eingesetzt werden.

• Neben dem Einsatz dieses neuen Fahrzeuges in der operativen Wassertiefeninstandhaltung als Zusatzwerkzeug bei der Gewässervermessung sieht die Hydrographie aktuell auch viele Verknüpfungspunkte mit bereits laufenden oder in Planung befindlichen Digitalisierungsprojekten innerhalb der HPA. Hier ist zum einen die Zuarbeit und der Erfahrungsaustausch im RoboVaaS-Projekt (CDO) zu nennen, bei dem das neue Fahrzeug in gewissen Testszenarien eingesetzt werden kann. Zudem startet gerade ein Vorprojekt für das Projekt „5x5G Initiative Hamburg Leitstand“ (HPA, LSBG, etc.), bei dem das Fahrzeug planmäßig mit 5G Technologie ausgestattet werden soll und damit Echtzeitdaten mit Network-Slicing (Hohe Bandbreite, Geringe Latenz, hohe Ausfallsicherheit) an einen Leitstand sendet.
   
• Durch HPA-Projekte wie z.B. WizARd wird die Interaktion / Kombination zwischen verschiedenen innovativen Technologien wie Augmented und Virtual Reality - Anwendungen bei der Steuerung und Überwachung von Echo.1 entwickelt und erprobt. Dazu kommen Hydrographie-interne Evaluationstests, bei denen KI-Algorithmen für eine automatisierte Datenplausibilisierung in der Auswertung der hydrographischen Peildaten erprobt werden.

RoboVaaS - Robotic Vessels as a Service

Zielsetzung

• Bereitstellung von Dienstleistungen auf Basis von unbemannten Oberflächen- (ASV Autonomous Surface Vehicle) und Unterwasserfahrzeugen (ROV Remotely Operated Vehicle).
• Fokus auf die Services: Anti-Grounding, Unterwasser-Inspektion von Schiffen und Erfassung von Umweltdaten.

Beschreibung

• Bau eines autonomen Oberflächenfahrzeuges (ASV) als Versuchsplattform
• Integration einer Transportplattform für das ROV in das ASV
• Aufbau der Infrastruktur für Steuerung von ASV und ROV sowie Darstellung der Daten in einer Landstation oder auf einem Schiff zur besseren Situationseinschätzung

Ergebnis: Testen und Bereitstellen der drei Services und der notwendigen Software-Infrastruktur (Anti-Grounding, Underwater Inspection, Environmental Data Gathering)

• Auswirkungen: schnellere Erschaffung eines Lagebildes in Fragen wie Bathymetrie (Vermessung), Schiffsinspektion, schnelleres und effizienteres Handeln aufgrund der Echtzeitinformationen

homePORT - das HPA-Reallabor als Messegelände im Herzen des Hafens

Pünktlich zum Start des ITS Weltkongresses (11. – 15.10.2021) eröffnet der Container Campus "homePORT".

homePORT ist ein im Herzen des Hamburger Hafens gelegener Innovationscampus und urbanes, maritimes Reallabor, dessen Ziel es ist, innovativen und ambitionierten Hafenakteuren, der Wissenschaft, Technologieunternehmen und Start-Ups einen Freiraum zum Ausprobieren, Experimentieren und Kollaborieren mit anderen Partnern und Akteuren zu geben.

Das Reallabor umfasst neben einem Container Campus, der als Anlaufpunkt für die Community dient, auch die Zugänge zu Hafen-Infrastrukturen. Als "Urban Tech Playground" bietet homePORT bereits heute ein Angebot an entsprechenden Testflächen zu Wasser, Luft und Land.

Während des ITS Weltkongresses wird der homePORT zum dronePORT: Auf der exklusiven Demonstrationsfläche finden während der gesamtem Kongresswoche täglich verschiedene Drohnen-Demonstrationen statt. Ob Flug-, Schwimm- oder Unterwasserdrohnen, ihr könnt euch alles aus nächster Nähe anschauen und mit den Projekten austauschen. Neben den Drohnen gibt es weitere spannende Aussteller und Demonstrationen zu 3D-Druck und Sensorik.

Wer noch kein Ticket zum ITS Kongress hat, für den ist der ITS Public Day am 14. Oktober eine tolle Alternative: An diesem Tag ist das gesamte Messegelände, inklusive homePORT, für die Bürgerinnen und Bürger geöffnet. Unter diesem Link kann man sich registrieren: Programm zum ITS Public Day - hamburg.de

Weitere Infos zur Location, zum Programm und den einzelnen Projekten findet ihr auf unserer Website: ITS 2021 @ homePORT – homePORT