Schiffssteuerung

Oder: Die unendliche Geschichte...
Seit dem Bau des Skandinavien-Abschnittes im Jahr 2004 befindet sich ein 30.000 l fassendes Echtwasserbecken auf unserer Anlage. In dieser Rubrik dreht sich alles um die von Jahr zu Jahr immer mehr werdenden Schiffe.

Wäre es einfach, wäre es nicht Wunderland

Skandinavien Faehre Hafen
Die Schiffsteuerung wird nach der Fertigstellung zweifelsohne zu den sieben Wunderländer Weltwundern gehören.

Die bisher größte technische Herausforderung im Miniatur Wunderland ist die Entwicklung einer Schiffssteuerung. Schon vor Beginn dieses Projektes, im Jahr 2004, waren sich alle gefragten Experten einig, dass dieses Vorhaben beinahe unmöglich ist. Ziel war und ist es ein System zu entwickeln, das mehrere Schiffe gleichzeitig komplett eigenständig durch die Wunderländer Meere steuert. Das Team rund um den Chefentwickler Gerrit Braun glaubte schon mehrmals kurz vor dem Ziel zu stehen, jedoch stellten sich ihnen in den vergangenen Jahren immer neue Probleme in den Weg.

Die Schwierigkeiten liegen allerdings nicht beim Fahrbetrieb der Schiffe, sprich dem elektromechanischen Teil des Schiffsantriebs und dessen präziser Steuerung. Diese funktioniert bereits seit längerem einwandfrei und sogar äußerst schwierige Anlegemanöver können mittlerweile gefahren werden. Die vielen verschiedenen Einflussfaktoren des Wassers, wie zum Beispiel Wellen, Unterströmungen oder Wechselwirkungen zwischen Schiffen werden bereits beherrscht.

Voraussetzung für einen automatisierten, computerkontrollierten Betrieb ist jedoch eine permanente und äußerst präzise Ortung aller auf der Nordostsee befindlichen Schiffe. Da es bisher keine derartigen Systeme mit der erforderlichen Genauigkeit gibt, wurde im Januar 2004 mit der Entwicklung eines eigenen Verfahrens begonnen. Bei der Genauigkeit muss man zwischen dem Navigieren (Fahren über die Wasserfläche einschließlich Schiffsbegegnungen und weiteren Einflussgrößen) und dem Manövrieren (Anlegen am Kai, Manöver im engen Hafen) unterscheiden. Das Navigieren wird bereits beherrscht und erfordert keine extrem hohe Präzision.

Die Manöver und ihre Präzision

Skandinavien Schleuse
Ein Frachter ist in die voll funktionsfähige Schleuse eingelaufen. Dahinter sieht man einen Teil der ebenfalls beweglichen Hubbrücke, über die vier Gleise verlaufen.

Das Manövrieren erfordert jedoch eine Genauigkeit von einem Millimeter, was mit den Eigenschaften des Wassers zusammen hängt. Die einzelnen Werte unterliegen dadurch zwangsläufig kleinen Schwankungen und nur durch viele präzise Messungen lassen sich die tatsächliche Position und die aktuelle Geschwindigkeit mit der erforderlichen Genauigkeit berechnen.

Zunächst wurde an einer Kameraüberwachung gearbeitet, die im Infrarot-Bereich arbeiten sollte – vergleichbar mit Systemen, die z.B. Bewegungsabläufe von Sportlern aufzeichnen. Die unterschiedliche Höhe der Schiffe und des Wasserstands, die Verzeichnung der Objektive, die Brechung des Lichts und weitere Faktoren machten eine umfangreiche Software erforderlich. Obwohl sechs (!) schnelle PC dafür vorgesehen waren, erwies sich dieses Verfahren als zu komplex und wurde daher verworfen, nachdem bereits 15.000 Programmzeilen geschrieben waren.

Ultraschall- und Infrarotlasersysteme zur Positionsbestimmung

Skandinavien Containerhafen
Die ausgedehnten Hafenanlagen an der Nordostsee werden im Wunderland von den skandinavischen Staaten gemeinsam genutzt. An diesem Kai werden Container und Stückgut umgeschlagen.

Aus dem Kreis der heute an diesem Projekt beteiligten Mitarbeiter kam die Idee, es mit Ultraschall zu versuchen. Es sollen 48 Sendelautsprecher in Piezotechnik installiert werden. Jeder ausgestattet mit einem eigenen Prozessor. Die Ortung soll durch eine Kreuzpeilung (vergleichbar dem GPS-System) erfolgen. Alle beim Testen aufgetretenen Probleme konnten bis August 2004 gelöst werden, wie beispielsweise längere Wege durch Beugung bei Reflektionen. Bei einem Testbetrieb wurde eine Genauigkeit von einem Millimeter erreicht – ein fantastisches Ergebnis. Dieses Ergebnis wurde jedoch durch eine kleine Unachtsamkeit zunichte gemacht: Gerrit ließ versehentlich sein Funkgerät fallen. Dabei wurden Ultraschallwellen erzeugt, die zu Störungen des Systems führten.

Um Fehler durch äußere Einflüsse zu vermeiden wurde fortan versucht, mit Tonfolgen zu arbeiten. Nachweislich erfolgte nur bei etwa jedem hundertsten Signal eine Störung. Mit acht Messungen pro Sekunde lässt sich die geforderte Genauigkeit erzielen. Fehlmessungen werden durch eine Plausibilitätsprüfung ausgeschlossen. Dieses System, das den Vorteil hat, ohne mechanische Bauteile aus zu kommen, wird momentan für den Praxis test auf der Nord-Ostsee vorbereitet. Parallel dazu wird ein Infrarotsystem entwickelt, das eine Genauigkeit von 0,6 Millimetern erreicht.

Durch einen Motor angetrieben, wird ein Laserlichtfächer über die zu überwachende Fläche geschickt - in den Schiffen befinden sich Sensoren, die den Empfang von IR-Licht melden. Entscheidend für die Funktion ist ein exaktes Einhalten der Drehzahl. Ein hundertstel Grad Abweichung bei einer Distanz von 10 Metern entspricht 0,6 Millimeter. 30 dieser Systeme sind erforderlich und wurden bereits zu Testzwecken unter der Decke installiert.

Die weitgehend fertige Software umfasst aktuell 75.000 Programmzeilen. Momentan finden die finalen Tests des Systems statt. Es konnten bereits manuell Schiffe über das Computersystem gesteuert werden. Die Hoffnung, nach vielen Jahren an Entwicklungsarbeit, bald ein funktionsfähiges System zu präsentieren, scheint gerechtfertigt zu sein.

Systemskizze

Content Technik Schiffsteuerung Screenshot

Zu guter Letzt noch ein Screenshoot der Schiffssteuerung im Bereich der Schleuse (links).
Zu sehen sind die berechneten Schiffsfahrwege (rote Punktelinie) auf den vorkonfigurierten Fahrwegen (gelbe Pfeile).
Innerhalb der Schleuse sind die Liegepositionen zu erkennen (gelb = belegt, grün = frei).
Rote virtuelle Bojen dienen als Anker für die Fahrwegs-Abschnitte.
Und die blauen virtuellen Bojen markieren die möglichen Ausweich-Positionen bei Gegenverkehr.