Untersuchung des Verkehrsflusses durch KI-Anwendungen
Verschiedene Fragestellungen der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung im Zusammenhang mit Auslastung und Nutzung der Binnenwasserstraßen sind nur mithilfe eines Verkehrssimulationsmodells effizient bewertbar. Beispiele sind Fragen nach Kapazitäten, Engstellen und Transportmengen.
Aufgabenstellung und Ziel
Die performante Untersuchung von Verkehrsströmen ist eine wichtige Komponente für verkehrliche und wirtschaftliche Untersuchungen an Binnenwasserstraßen. Verkehrssimulationsmodelle ermöglichen es, auch unbeobachtete Verkehrsflüsse zu analysieren und zukünftige Entwicklungen zu prognostizieren. Als Beispiele sind Engstellenanalysen sowie Untersuchungen zu Verkehrskapazitäten und Transportmengen in Abhängigkeit von Flottenstrukturen zu nennen. Eine Veränderung der Flottenstruktur kann durch unterschiedliche Faktoren begründet sein. Diese sind zum einen langzeitige Entwicklungen, wie Tendenzen zu größeren Schiffen, Änderungen wirtschaftlicher Konjunkturphasen oder mögliche Anpassungen an klimatische Änderungen und zum anderen kurzzeitige Einflüsse, wie extreme Wetterlagen und Wasserstände oder verkehrliche Engstellen. Engstellen können z. B. durch Havarien, Baumaßnahmen, aber auch Fehltiefen verursacht werden. Alle genannten Faktoren wirken sich auf die verkehrliche Leistungsfähigkeit der Wasserstraße und die Gütertransportmengen aus.
In Kooperation mit der „Professur für Ökonometrie und Statistik, insbesondere im Verkehrswesen“ der TU Dresden wird das Mikrosimulationsmodell für Binnenwasserstraßen PERSIST (Performant Simulation of Inland Ship Traffic) entwickelt (Stachel und Hart 2021), welches vorrangig am Niederrhein, darüber hinaus aber auch an anderen Wasserstraßen, angewendet werden soll.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Mithilfe des Verkehrssimulationsmodells lassen sich an hochfrequentierten Abschnitten Engstellen identifizieren, die eventuell die Kapazität der Wasserstraßen vermindern. Zudem können Sicherheit und Leichtigkeit des Schiffsverkehrs unter Berücksichtigung veränderter hydrologischer Bedingungen, z. B. infolge des Klimawandels, untersucht werden. Damit erhält die WSV frühzeitig Informationen über potentielle verkehrliche Engstellen, welche die Wirtschaftlichkeit der Binnenschifffahrt einschränken. Die Verkehrssimulation ist darüber hinaus ein Werkzeug, mit dem sich, z. B. im Rahmen einer Verkehrsprognose und Reiseunterstützung, voraussichtliche Ankunftszeiten (ETA = Estimated Time of Arrival) von Schiffen an Schleusen und Zielhäfen ermitteln lassen.
Untersuchungsmethoden
Im bisherigen Projekt wurde bereits die Lateral and Longitudinal Control Policy zur lateralen und longitudinalen Steuerung eines Schiffes hinsichtlich des logischen Koordinatensystems sowie eine Decision Making Policy, welche die Überholentscheidungen des Schiffes kontrolliert, entwickelt. Um die Einsetzbarkeit von PERSIST als Fast-Time Simulator auch für anspruchsvolle Simulationsszenarien (mehr als 100 Schiffe, große Teile des Rheins) aufrecht zu erhalten, wurde PERSIST für die Parallelisierung auf Rechensystemen mit vielen CPU-Kernen vorbereitet.
Anstatt alle Schiffe in einem Prozess auf einem Rechner zu simulieren, kann die Simulation nun auf beliebig viele unabhängige Prozesse verteilt werden, auch auf mehreren miteinander vernetzten Rechnern oder auf einem Großrechner mit vielen Rechenkernen. Auf einem physischen Rechenkern läuft jeweils nur ein Prozess. Bei der Verkehrssimulation bietet es sich an, den gesamten zu simulierenden räumlichen Bereich in mehrere gleich große Abschnitte zu unterteilen, den Schiffsverkehr auf diesen Abschnitten getrennt zu simulieren, d. h. zu prozessieren, und anschließend wieder zusammenzufügen. Die Anzahl der Abschnitte kann somit vor Beginn der Simulation flexibel an die Ressourcenverfügbarkeit des (Groß-)Rechners angepasst werden. (Text gekürzt)
RESY, das DV-gestützte Rufbereitschafts- und Ersteinsatz-Informationssystem, ist eine Gefahrstoffdatenbank zur überregionalen Nutzung für die Bereiche Wasser, Boden, Luft.
Integration von RESY in:
- als Modul für die Ersteinsatzinformationen des National Single Window für Gefahrgut und Schiffsverkehr Deutschlands (NSW, früher ZMGS), (konzipiert für die Einsatzleitgruppe als Gemeinschaftsprojekt vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr BMDV und den Küstenländern)
- den gemeinsamen Stoffdatenpool des Bundes und der Länder ChemInfo (früher GSBL ;
Zentrale Anlaufstelle ChemInfo in Hamburg: andrea.limmernagel@bukea.hamburg.de)
- die Hafensicherheitssysteme (z.B. GEGIS in Hamburg)
- umfassende Aufnahme aller transportierten Gefahrstoffe
- Erweiterung der Einsatztexte
- Zuordnung von Produktnamen
EEin kontinuierlicher Zuwachs und hohe Bonität der Daten in der Gefahrstoffdatenbank RESY ist durch die Einbindung in ChemInfo beim Umweltbundesamt gewährleistet.
Leistungen des Programms RESY:
- Netzunabhängigkeit durch Installation auf Notebooks für flexiblen Ersteinsatz vor Ort
- kompakte Ersteinsatzinformation zur Bewältigung von Unfällen mit Gefahrstoffen
- schnelle und übersichtliche Abfrage aller benötigten Informationen über gefährliche Stoffe und Gefahrgüter
- besondere Berücksichtigung der Belange des Umweltschutzes
- einfache Bedienung
- netzwerkfähige Version erhältlich
Ermittlung von bereichs- und verhaltensspezifischen Risiken. Erhebungen aus laufenden allgemeinen Statistiken, Verhaltensbeobachtungen, Interviews. Abschaetzung von Effekten bei Gestaltungsmassnahmen oder Eingriffen in die Umwelt in Termini von Unfall-Risiken.
Rotorblätter von Windenergieanlagen (WEA) gehören zu den durch Blitzschlag meist gefährdeten Komponenten. Beschädigungen führen zu den längsten Ausfallzeiten, kostspielige Reparaturen sind häufige Folgen, wenn Initialschäden durch Blitzeinschläge nicht rechtzeitig angemessen entschärft werden. Einschläge führen meist nicht unmittelbar zum Verlust eines Blattes. Werden sie nicht unschädlich abgeleitet, entstehen zunächst unkritische Initialschäden an der Blattstruktur. Diese müssen durch Vor-Ort-Inspektion oder ein Monitoring-System (SHM-System) erkannt werden. Geschieht dies nicht rechtzeitig, wächst der Initialschaden infolge der Betriebslasten, die genannten Folgekosten entstehen. Da Blitzeinschläge nicht notwendigerweise oberflächlich sichtbare Schäden verursachen, ist selbst bei einer visuellen Inspektion eine Schadenserkennung nicht sicher gewährleistet. Heutige Strukturüberwachungssysteme (SHM) geben - bei hoher Sensordichte - theoretisch Auskunft, ob und an welcher Position im Rotorblatt ein Schaden wahrscheinlich ist. Schwächen bestehen bzgl. der Lokalisierung von Schadensereignissen, sofern nur mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand im Rotorblatt instrumentiert wird. Die Größe des Initialschadens infolge Blitzschlag (Energieeintrag) wird bisher nicht erfasst. Die Kenntnis von Ort und Größe des durch den Blitz verursachten Initialschadens ist jedoch hochrelevant für die prädiktive Analyse des weiteren Schadensfortschritts und damit für die Risikobewertung, auf deren Basis etwa eine Entscheidung für eine vorgezogene Inspektion oder Reparatur erfolgt. Die aus Blitzschlag resultierenden Initialschäden sind bislang nur sehr unzureichend erforscht. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Lokalisierung durch innovative, kosteneffiziente SHM-Methoden, die Charakterisierung des Initialschadens (Größe, im Hochstromlabor) anhand des Energieeintrages (neuartige SHM-Komponente) und die darauf basierende Restlebensdauervorhersage des Blattes anhand integrierter Analyse.