Über­sicht ITS Pro­jek­te

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