Technisches Experten-Kontroll-System für die Kollisionsverhütung

Expert Control System And Collision Avoidance System


Diplomarbeit, 2011

168 Seiten, Note: 2,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Titelblatt

2. Eidesstattliche Erklärung

4. Abkürzungsverzeichnis

5. Tabellenverzeichnis

6. Abbildungsverzeichnis

7. Abstrakt

8. Einleitung: Die Nutzer-Anforderungen an ein Expert Control System

9. Ursachen und Wirkungen von ECS Funktionen

10. Beschreibung der gesetzlichen Anforderungen aus E-Navigation

11. Differenzen zwischen Realität und Betriebskonzept

12. Faktor Mensch

13. Menschlichen Fehler

14. Situation Awareness

15. Problemfelder der Situation Awareness

16. Teamwork und Situation Awareness

17. Situation Awareness Messmethoden

18. Modelle zur zeitkritischen Entscheidungsunterstützung

19.Innere Welt-Modelle

20. Entscheidungsbaum

21. Entscheidung unter Sicherheit

22. Entscheidung unter Risiko

23. Entscheidung unter Ungewissheit

24. Rechnergestützte Entscheidungsfindung

25. Risiko-Modelle

26. Analyse von Verkehrssituationen durch spieltheoretische Methoden

27. Differential Games

28. Schiffscontroller

29. Evolutionäre Kollisionsvermeidung

30. Vector Field Histogram (VFH)

31. Dynamic Window

32.Dynamic Window und Hilgert

33. Experten Systeme

34. Ecological Interface Design

35. Die Grenzen durch die Brückenkonstruktion

36. AIT

37. Vernetzte Führungsstrukturen

38. Ansätze und Algorithmen für ein Expert Control System

39. Neuronalen Netzwerke

40. Agenten Systeme

41. Agenten-Verhandlungs-System

42. Fuzzy-Logik

43. Interval Programming (IvP)

44. Windows of opportunity (WOO)

45. Sensoren

46. LIDAR

47. Synthetisches Blenden Radar(SAR)

48. Optical Phased Array (OPA)

49. Relaxed Optical Tolerance Imaging

50. Automatic Target Recognition (ATR)

51. Concavity-Convexity-Scale-Space (CCSS)

52. Zusammenfassung

53. Quellenverzeichnis

2. Eidesstattliche Erklärung

Hiermit versichere ich an Eides statt, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Werken entnommene Stellen sind unter Angabe der Quellen kenntlich gemacht. Trotzdem ist diese Diplomarbeit nicht zur Veröffentlichung oder Weitergabe an Dritte bestimmt.

Bremen, den 03.09.10 JanH. Dürkop

4. Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5. Tabellenverzeichnis

Tabelle l: American Bureau of Shipping. (2003:29). 'Based on Fitts List for function allocation'. ABS REVIEW AND ANALYSIS OF ACCIDENT DATABASES.

Tabelle 2: Pimontel. (March 2007:35). 'A study into maritime collision probability'. Master thesis. TU Delft. Royal Haskoning. http://repository.tudelft.nl/assets/uuid:aead080e-4317-4d4c-8b48-1b73fb308ea2/ceg pimontel 2007.pdf

Tabelle 3: American Bureau of Shipping. (2003:37). 'Human errors sources statistic' ABS REVIEW AND ANALYSIS OF ACCIDENT DATABASES.

Tabelle 4: eigener Entwurf für eine neuen ARPA Datenausgabe.

Tabelle 5: Sinclair, Burgard, Bergholm, Trahanias, Gaga, Orphanoudakis. (1997:92f) 'CHAPTER 5. INTERNAL WORLD REPRESENTATIONS'. Analysis ofCurrent Approaches in Automated Vision-based Navigation. TMR VIRGO.

6. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Redwire. (2011). e-Navigation BackgroundInformation. http://www.ela- rrnav.ore/enavieation/backeround information.html

Abbildung 2: SUB-COMMITTEE ON SAFETY OF NAVIGATION. NAV 53/13. (2007:7). 'DEVELOPMENT OF AN E-NAVIGATION STRATEGY'.

Abbildung 3: SUB-COMMITTEE ON SAFETY OF NAVIGATION. NAV 53/13. (2007:6). DEVELOPMENT OF AN E-NAVIGATION STRATEGY.

Abbildung 4: Rypkema, Jouke A. Neerincx, Mark A. Passenier, Peter O. (2004:9). Best Practice Guide Human factors in High-demand situations for the Process industries. http://www.tm.tno.nl

Abbildung 5: David Embrey. (2003:6). Understanding Human Behaviour and Error. Human Reliability Associates. http://www.humanreliability.com/resource1.html

Abbildung 6: Situation Awareness Flowchart. Quelle: Endsley.(1988a).

Abbildung 7: Endsley, M.R. (2000). 'theoretical underpinnings of situation awareness: a critical review'. Situation Awareness Analysis and Measurement. http://www.satechnologies.com/publications/

Abbildung 8: F. Motz & S. Höckel, M. Baldauf, K. Benedict. (2009:218ff).

Abbildung 9: Grundevik, P. (2009). WP0 Baltic Sea Safety - BaSSy summary. Www.sspa.se

Abbildung 10: Cummings, Mary (2004). (Kopiert aus: Decision Ladder Rasmussen 1976). Designing Decision Support Systems for Revolutionary Command and Control Domains. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download‘'’doi=10.1.1.101.913&rep=rep1&tvpe=pdf

Abbildung 11: Boorda, Adm. J. M. Mundy, Gen. C.E. (1995:25). Naval Doctrine Publication 6 Naval Command and Control. www.dtic.milfdoctrinefiel/service pubf/ndp6.pdf

Abbildung 12: Grant, Williams, Ward, Basker (2008). GPS Jamming and the Impact on MaritimeNavigation. http://www.gla- rrnav.org/news/2010/rrnav_paper receives 2010 michael richey medal.html

Abbildung 13: D. ten Hove, E. Laforce, H. Blaauw (2005:16). VRIJE RUIMTE ROND SCHEPEN OP DE SCHELDE. www.marin.nl

Abbildung 14: Kelvin Hughes (2011). MDICE Manta Digital Ice Navigation. www.aardsemarineservice.nl/page55.php

Abbildung 15: T Miloh, S.D. Sharma. (1976). MARITIME COLLISION AVOIDANCE AS A DIFFERENTIAL GAME. www.tuhh.de/vss

Abbildung 16: Isaacs, Rufus (1963). DIFFERENTIAL GAMES. A MATHEMATICAL THEORY WITH APPLICATIONS TO WARFARE AND OTHER TOPICS. http://cna.org/research/1963/differential-games-mathematical-theory

Abbildung 17: Limbach, K. (1977). Behaviour ofNavigators in Critical Traffic Situations. www.tuhh.de/vss

Abbildung 18: Smierzchalski, Michalewicz (2000:9). Adaptive Modeling of a Ship Traiectory in Collision Situation at Sea. Www.cs.adelaide.edu.au/~zbyszek/Papers/p40.pdf

Abbildung 19: Colito, James. (2007:58) Autonomous Mission Planning and Execution for Unmanned Surface Vehicles in Compliance with the Marine Rules of the Road. http://www.aa.washington.edu/research/afsl/publications/colito thesis 2007/thesis.pdf

Abbildung 20: Loe, 0ivind. (2007). Collision Avoidance Concepts for Marine Surface Craft. http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 21: Loe, 0ivind. (2007). Collision Avoidance Concepts for Marine Surface Craft. http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 22: Loe, 0ivind. (2007). [Eigenes Szenario und KVR-Algorithmus] http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 23: Loe, 0ivind. (2007). [Eignes Szenario und KVR-Algorithmus] http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 24: Loe, 0ivind. (2007). [Eigenes Szenario und KVR-Algorithmus] http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 25: Loe, 0ivind. (2007). [Eigenes Szenario und KVR-Algorithmus]. http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 26: Loe, 0ivind. (2007). [Eigenes Szenario und KVR-Algorithmus]. http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 27: Cummings, Mary. (2004:206). Designing Decision Support Systemsfor Revolutionary Commandand ControlDomains. http://www.divo.no/proiects/colav07/

Abbildung 28: Erman Coskun, Martha Grabowski. (2005). 'Software complexity and its impacts in embedded intelliuent real-time systems'.www.elsevier.com/locate/iss

Abbildung 29: Kersandt, Dr. Kapt. Et al. (2009:17). Der ingenieurpsychologische „AIT“ - Ansatz bei der Entwicklung eines adaptiven, ganzheitlichen und aufgabenorientierten Systems der Schiffsführunu. http://www.forum-schiffsfuehrunu.com

Abbildung 30: Kersandt, Dr. Kapt. Et al. (2009:4). Der ingenieurpsychologische „AIT“ - Ansatz bei der Entwicklung eines adaptiven, ganzheitlichen und aufgabenorientierten Systems der Schiffsführung, http://www.forum-schiffsfuehrung.com

Abbildung 31: Prof. Dr.-Ing. Reinhard Müller, Kpt. Et al. (2010:4) Wissensbasierte Informationsdarstellung für integrierte Schiffsbrücken. www.Schiffahrtsinstitut.de

Abbildung 32: YU-HONG LIU, CHAO-JIAN SHI. (2005) A FUZZY-NEURAL INFERENCE NETWORK FOR SHIP COLLISION AVOIDANCE. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.isp?tp=&arnumber=1527778

Abbildung 33: Yuhong Liu, Chunsheng Yang, Xuanmin Du. (2007:4) A Multiagent-Based Simulation System for Ship Collision Avoidance. http://portal.acm.or2/citation.cfm? id=1777490

Abbildung 34: Yuhong Liu, Chunsheng Yang, Xuanmin Du. (2007:7) A Multiagent-Based Simulation System for Ship Collision Avoidance. http://portaLacm.om/citation.cfm? id=1777490

Abbildung 35: Benjamin, Curcio, Leonard. (2006:2) Effektivität der Verteilung der Zielerfolgsverhalten. http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.isp? tp=&arnumber=1431190&userTvpe=inst

Abbildung 36: Benjamin , Curcio. (2004). COLREGS-BasedNavigation of Autonomous Marine Vehicles. http^/ieeexplore.ieee.orn/stamp/stamp.isp? tp=&arnumber=1431190&userTvpe=inst

Abbildung 37: Dr. Short. et al. (2010). NASA Remote Sensing Tutorial. http^/rst.gsfc.nasa.gov/

Abbildung 38: Dregely , Taubert, Dorfmüller , Vogelgesang , Kern , Giessen. (2011:6) http://www.nature.com/ncomms/iournal/v2/n4/full/ncomms1268.html

Abbildung 40: Cho, Anderson, Hatch, Ramaswami. (2006:9) Real-Time 3D Ladar Imaging.

Abbildzxung 42: Ingram, Romanofsky, Lee, Miranda, Popovic, Langley, Barott, Ahmed,

Abbildung 40: Schneider, John. (2003:55) 'Synthetic Aperture Radar SAR. Applications of Pulse Doppler RADARs'. http://math.la.asu.edu/~kuang/LM/030902-Radar History10.pdf Mandl. (2004). Optimizing Satellite Communication With Adaptive and Phased Array Antennas. http://eo1.gsfc.nasa.gov/new/validationreport/Technology/SensorWebs/EO- 1%20Optimizin2%20Satellite%20Communications PPT.pdf

Abbildung 43: L-3 Communications Infrared Product (2009). http://www.nitevis.com/ThermalEye 4000BM.htm

Abbildung 44: Ben (2009). Thermal imaging, coming toyour boat eventually? http://www.panbo.com/assets c/2009/05/FLIR thermal growth-427.html

Abbildung 45: Dr. Short. et al. (2010). NASA Remote Sensing Tutorial. http://rst.gsfc.nasa.gov/

Abbildung 46: de Luna, Alvaro Enriquez. Miravet, Carlos Otaduy, Deitze. Dorronsoro, Carlos. (2005) A decision support system for ship identification based on the curvature scale space representation. http://www.arnetminer.net/viewpub.do?pid=824965

Abbildung 47: Szpak, Zygmunt L. Tapamo, Jules R. (2011:7) 'Maritime surveillance: Tracking ships inside a dynamic background using a fast level-set'. Expert Systems with Applications 38. http://www.elsevier.com/locate/eswa

Abbildung 48: de Luna, Miravet, Otaduy , Dorronsoro. (2005:4). 'A decision support system for ship identification based on the curvature scale space representation '. http://www.arnetminer.net/viewpub.do?pid=824965

Alle Seitenzahlen sind vom Dateianfang durchnummeriert inklusive Deckblatt nicht immer nach der Autoren-Nummerierung.

Format: (Autor;Erscheinungsjahr:Seite) ansonsten in den Fußnoten oder im Quellenverzeichnis. x_i ist x mit dem Index i.

Ich möchte meinen Dank meinen beiden Prüfern ausdrücken.

7. Abstrakt

Es geht um Experten-Kontroll-Systeme (ECS) in der Kollisionsverhütung und die Erläuterung und Abwägung von dessen Nutzen und Gefahren. Die Nutzeranforderungen an ein ECS sind die Basis von der E-Navigation-Strategie der IMO. Der fehlbare Mensch und die Aufmerksamkeit sind messbare Faktoren. Die Entscheidungstypen, Wissensbasen und Hilfsmittel habe ich auf den Wachdienst projiziert. Der Anwendung der Spieltheorie als Differential Games folgen Controllertypen. Die Hilfsmittel für den Brückenaufbau geben das zukünftigen Interface für Algorithmen, Sensoren vor. Es ist kein Klausurlöser, aber mit MATLAB habe ich den Simulator von Loe um das Risiko-Modell von Hilgert verbessert. Die KVR-Regeln von R13 bis R19 kann das Modell automatisch ausführen und assistierende Hinweise geben.

8. Einleitung: Nutzeranforderungen an ein Expert Control System

Die Routine Aufgaben können und werden heute oft durch einen Automaten ersetzt. Die unwahrscheinlichen (Not-)Fälle und unerwarteten Bedingungen müssen dann vom WO beherrscht werden. In Routinen ist der Rechner bestens geeignet die menschliche Performance ohne Aufmerksamkeitslücken zu übertreffen. Allerdings hat dies den Nachteil, dass der Einstieg in die Situation schwieriger wird, weil der Mensch dazu neigt, dem Rechner bei erfolgreicher Schiffsführung keine Überwachung oder kein "Misstrauen" (Kapt. Speer. 2006) entgegen zu bringen und die Kontrolle ohne Zweifel an den Automaten delegiert. Das Verständnis der plötzlichen Nicht-Routine-Situation durch den Computer ist unmöglich. Dem Menschen fällt das Verstehen ad hoc wegen der unbekannten Parameter wie ARPA-Daten schwerer.

Die Manöver des letzten Augenblicks ließen sich theoretisch auch durch das ECS feststellen, so dass immer nach SB ausgewichen wird, die wirksamstes Trajektorie genutzt wird oder immer gestoppt wird. Aber es ist mit mehr Flexibilität das Ausweichen in beiden Drehsinnen notwendig, um ein R17 b) Manöver bei falscher Bb Kursänderung des Gegners zu schaffen. Der Rechner oder zumindest der WO müssten wissen, wann er die Kontrolle verloren hat und die Wahrscheinlichkeit für ein erfolgreiches Manöver zu gering ist. Bei konstanter CPA und TCPA und verschiedener Distanz hat die Kollision durch unterschiedliche Geschwindigkeiten auch unterschiedliche Schäden zur Folge. In den letzten Minuten vor einer Kollision wird wie aus Unfallberichten ersichtlich meistens der Kapitän auf die Brücke gerufen und ihm bleibt wegen zu kleiner Distanz, CPA und TCPA nicht mehr übrig als ein kurzer Ton, RV, Ruder hart-SB und Generalarm zu befehlen bevor die Kollision passiert. Je höher die relative Geschwindigkeit desto höher der Schaden. Dann sollte die Kapitän-Routine aufgerufen werden, um wahrscheinlich ein regelkonformes Kollidieren zu erzeugen, errechnet aus Kamera-Bilddaten, und Fahrzeug-Parametern aus den physikalischen Schiffsmodellen. Das CAS sollte den Nutzer bei der KVR-konformen Manöverentscheidung beraten und dies mit Hinweisen begründen. Es soll ein legales, wirksames Manöver raus kommen mit Rückkehr auf einen Parallelkurs. Die Situation muss eindeutig in einen sicheren Kurs deeskalieren und nicht in einen sekundären oder tertiären Konflikt mit anderen Fahrzeugen wegen des Ausweichens führen1.

Das Design und der Entwurf unterliegen den selben Regel wie fürjede Ingenieurwissenschaft. Als erstes müssen die Nutzeranforderungen geklärt werden. Das software-engineering kommt vor dem Programmieren und beansprucht einen großen Teil der Entwicklungszeit. Der Aufbau des decision support systems muss weiter in Teilprobleme (Funktionen, Objekte) gegliedert werden. Diese Teilprobleme sollen so wenig wie möglich voneinander abhängig (nach Ressourcen, zeitliche Sequenz) sein und nicht auf die Ergebnisse der anderen Teilprobleme angewiesen sein. Jeder Prozeduren-Sprung ist ausführlich zu kommentieren2. Die Grenzen des decision Support Systems sollen in verschiedenen Situationen ermittelt werden und als Reflektion oder Schluss folgen. Die eigene Fahrt über Grund und der Kurs über Grund sind anfangs einzugeben. Die Auswahl der Sichtverhältnisse, in der Nähe von verminderter Sicht oder mehr als 6 sm Sicht ist manuell einzugeben. Die Stoppstrecke, Drehkreisvorausweg und Schiffslänge müssen berücksichtigt werden. Das Bugfix oder Test der Bibliothek muss ausführlich dokumentiert werden.

Die Anzahl der Gegner wird vom Benutzer eingegeben oder über entsprechende Sensoren ermittelt. Nach der KVR gibt es unterschiedliche Stufen der Eskalation einer Kollision. Es muss die KVR als Regelwerk und Basis den Entscheidungen zugrunde liegen. Es soll fürjeden Gegner einzeln die Rechtslage nach KVR klären und die Bereiche der legalen Kursänderungen festlegen.

Es sollte das eigene Manöver nach Größe und Zeit bestimmen. Durch Überlagern aller n illegalen Bereiche für n Gegner soll ein Kurs-Bereich herausgefiltert werden mit legalen Lösungen. Bei einer Kursänderung eines Gegners soll die Entscheidung neu berechnet werden. Das Programm berät gemäß KVR für einen Maschinenfahrzeug nach R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19. Also nicht R9, R10, R12. Das Wirksame Durchführen von R5, R6, R7, R8 ist durch den geeigneten Aufbau sicher zu stellen. Es könnte weiterhin angezeigt werden, welche Manöver der Gegner fahren darf.

Die Steuerung des Schiffes sollte nicht ausschließlich an den Computer gehen. Die Fahrzeuggröße des Gegners ist wegen R18 berücksichtigt. Die Manöverkennwerte sollten vollständig berücksichtigt werden. Es ist keine Sensorenschnittstelle geplant, weil diese im Rahmen dieser Arbeit zu zeitaufwändig werden würde. Das Programm ist auf eine Nutzung auf hoher See gegen Schiff-Schiff-Kollisionen ohne andere Hindernisse ausgelegt. Es gibt in den meisten Entwicklungen keine Navigationskomponente zur Positionsbestimmung und Untiefenmeidung wegen der aufwendigen Kantenerkennung der Küsten und den folgenden Prioritätskonflikten zwischen Kollisionsverhütung und Navigationsmodul. Es ist als separates PC-Programm bedingt nützlich, weil der Gang in den Kartenraum notwendig wäre oder die Anschaffung eines staatlich geprüften Gerätes. Es folgt die Integration in ein bestehende INS.

'In the long run, humans will design trust-worthy “intelligent” machines to navigate ships within waterways and ports with-out human supervision. Autonomous ship navigation can be divided into two major areas of research: collision avoidance (CA) and track keeping (TK).' (Statheros , Howells, McDonald-Maier;2008:1)

Obwohl auch Dieses nach Umsetzen und Anpassen machbar ist, braucht mit einer Zulassung durch eine Klassifikationsgesellschaft wegen der unzuverlässiger Sensorik vorerst nicht gerechnet werden. Es ist kein Verantwortlicher für die Schiffsführung. Nach anfänglichem Enthusiasmus schien es so, dass die Entwicklung wegen der Komplexität und der wenig angepassten analytischen Geometrie eher anderer mathematischer Methoden bedarf (s. differential games). In der Robotik als Teilbereich der Informatik hat es solche Entwicklungen gegeben und deshalb das Programmieren auf C sollte von Informatikern erledigt werden.

"Zur Erhöhung der Handlungssicherheit auf der Schiffsbrücke sollen benutzerfreundlichere Schiffsführungssysteme, sogenannte Expertensysteme entwickelt werden, die entscheidungsorientierter sind und eine bessere Hilfestellung, insbesondere in Krisensituationen, darstellen können, als dies zur Zeit noch der Fall ist. Weitere Themen zur Erhöhung der Schiffssicherheit sind die Weiterentwicklung von

Schiffssteuerungseinrichtungen, die mit den Leiteinrichtungen an Land optimal zusammen arbeiten und die Weiterentwicklung komplexer Funkortungsanlagen und innovativer Radarsysteme." (Bulmahn. Nationale Konferenz Maritime Wirtschaft. 2000:40)

Nach der Anzahl ist die Kollisionsverhütung <1 %, aber nach der verbrauchten Arbeitszeit inklusive aller notwendigen Prozesse über 50 % bzw. 8 h pro Tag [eigene Schätzung]. Die Kosten sind ähnlich wie bei anderen Prozeduren.

9. Ursachen / Wirkungen der ECS-Funktionen

Es ist leider so, dass ungefähr 80%-90% aller Kollisionen durch direkte Fehler bzw. unpassendes Verhalten der Brückenbesatzung hervorgerufen wurden. Von Grammenos (2002:434f.) kommt die formale Fassung der Unfallkosten:

Schadenskosten = f(UA, UU, BE, SE) |UA = Unfallart, UU = Unfallursachen, BE = Umgebungseigenschaften, SE = Schiffseigenschaften.

Die Kollision wird -statistisch in der obigen Quelle- als größerer Schaden eingeschätzt als das Aufgrundlaufen. Umgebungseigenschaften sind Fahrwasserart z.B. Revier, Hafen, Küste,etc. Oder Wetter-/Sichtverhältnisse z.B. Nebel, Tag, Nacht, etc. oder Schiffsführungsphasen z.B. beim Anlegen, Ablegen, mit Lotse, etc. Die Unfallwahrscheinlichkeit erhöht sich mit widrigeren Wetterbedingungen. Die leichteren Personen-Unfälle sind häufiger bei Nebel und weniger häufig bei Nacht. Die Schiffseigenschaften sind Schiffsalter, Größe, Sicherheitsprozeduren und deren Umsetzung. Das Schiffsalter erhöht die Schadenskosten, weil die abnehmende Stahldicke die Empfindlichkeit erhöht. Die Größenabhängigkeit der Schadenskosten ist unklar. Die Sicherheitsprozeduren z.B. ISM-Code und die Implementierung an Bord sind ein dämpfender Faktor für die Schadenskosten. Im Vorfeld wurden Prozesse erdacht. Die Verkettung von mehreren Fehlern durch Fahrlässigkeit können die Sicherheit des Schiffes, der Ladung gefährden. Die daraus entstehenden Kosten widersprechen der Wirtschaftlichkeit der Reedereien und geben Anlass die Risiken für Kollisionen zu minimieren.

Die ethischen und sozialen Implikationen eines DSS und CAS sind weitreichend. Die Opferzahl kann wie bei der Kollision von Admiral Nakhimov und Petr Vasev, 1986 mehrere hundert Menschen betragen3. Die Konsequenzen von Ölschäden verursacht durch Kollisionen mit automatischen Systeme zur Kollisionsverhütung sind bestenfalls teuer. Es gibt aber keine Verpflichtung für die Hersteller von Regelsystemen die Kosten bei programmierfehler-induzierten Katastrophen zu übernehmen. Die Benutzer sind bei Kollisionen pauschal schuldig. Die benutzerlose Führung des Schiffes ohne WO kann nicht sein, weil sonst das Management an Land die Haftung nicht delegieren kann.

Von der IMO wurden Kollisionsverhütungsregeln international durchgesetzt. Sie sollen die Schiff­Schiff-Kollisionen verhindern. In diesem Regelsystem ergibt sich für die Schiffe eine Rechtslage nach welcher sie nach einer bestimmten Methode Handeln müssen. Es gab in der Vergangenheit viele Ansätze diese gesetzlichen Anforderungen anzuwenden. Unter anderem wurde von Hilgert (bis 1992 und 1997) ein Risikomodell entwickelt, das die Gefährlichkeit der Fahrzeuge mathematisch erfasst. Der Zeitbedarf für die genaue Gefahren-Analyse ist begrenzt und er ist meist von der Anzahl der Gegner abhängig. Es gibt durch die Dynamik der Situation Milliarden von möglichen Konstellationen bei mehr als einem Gegner. Für 3 Fahrzeuge sind bei R19 vorlicher als quer die mögliche Fahrzeugenkombinationen abhängig von 5 Gefahrenstufen und 2 rechtlich relevanten Sektoren (2*5)!/(2*5-3)! = 720. Die legalen Manöver sind auf SB Kursänderung, Stoppen, Fahrtreduzieren begrenzt, so dass es720*3 =2160 Möglichkeiten bei einer groben Klassifikation4 gibt.

Es ist wegen der großen Ungewissheiten einer gewichteten Technologieentwicklungsprognose für Zeitspannen länger als 5 Jahre von 2010an und der Wissenserneuerungszyklus von 5 Jahren, nützlicher ältere Forschung von 1990 bis 2010zu bearbeiten, so dass die marktreife Wirkung in naher Zukunft eintritt oder schon auf dem Markt ist. Die Relevanz der heute erforschten Technologie könnte erst ab 2020 gegeben sein (U.S. AIR FORCE;1996; Sensor Technology:69). Dies liegt an den normalen Entwicklungszeiten und der kleinen Stückzahlnachfrage in der Schifffahrt mit frisch modernisierten Einheiten. Der Kostendruck wegen der weltweiten Kreditkrise lässt die Budgets für experimentelle Investitionen sinken und die verbesserte Vernetzung des Bestehenden soll die Effizienz steigern.

10. Beschreibung dergesetzlichen Anforderungen bzgl. E-Navigation

Die gesetzlichen Anforderungen sind für die Entscheidungsfindung in der Seeschifffahrt für die Kollisionsvermeidung als erstes durch die KVR gegeben. Für die nationalen Besonderheiten gibt es dieSeeschifffahrtsstraßenordnung.

"The Vision behind the e-navigation strategy (which has been developed in cooperation with the Sub­committees on Radiocommunications, Search and Rescue (COMSAR) and Standards of Training and Watchkeeping (STW)) is to integrate existing and new navigational tools, in particular electronic tools, in an all-embracing transparent, user-friendly, cost-effective and compatible system that will contribute to enhanced navigational safety (with all the positive repercussions this will have on maritime safety overall and environmental protection) while simultaneously reducing the burden on the navigator." (IMO NEWS;2010:22)

Weiterhin haben die internationalen Verbände allen voran die IMO in Erwartung der zukünftig
verfügbaren Technologien mehrere Regelungsmechanismen erdacht, um diese Technologien rechtlich einzuordnen und für die Betroffenen faire Kooperationsregeln zu schaffen.5

Diese Idee gibt es seit 2006 und kaum ein Seemann weis exakt, was es bedeuten soll laut IMO. Diese Definition von der IMO steht schon seit 3 Jahren fest:

"The Group has decided to treat e-navigation not as the physical installations, nor as the service provided, but as a strategic framework for developing existing and future technological infrastructure onboard and ashore. As such the term e-navigation currently incorporates systems and services, but as an e-navigation user requirement is developed, it is envisaged that the term will also include an increased focus on more tangible elements." (NAV53/13; 2007:2)

Es gibt unter anderem 3 betroffenen Bereichen: an Bord, an Land, Kommunikation. Die e-nav Systeme sollen demnach die Level der Genauigkeit, Integrität und Stetigkeit anzeigen und Fehler melden.(Oltmann;2009:2ff.)

"E-navigation is the harmonised creation, collection, integration, exchange and presentation of maritime information onboard and ashore by electronic means to enhance berth to berth navigation and related services, for safety and security at sea and protection ofthe marine environment." (Dr. Kersandt;2007b:66) zitiertvon der (IALA;2007)6 Für die Kollisionsverhütung wäre es nützlich, um den Fehler der ARPA-Anlage zu wissen und die Zieldatengenauigkeit bis 3 min evtl. als farbiger Hintergrund von unzuverlässig bis sicher in unscharfen Fuzzy Sets auszudrücken wie bei NARIDAS. In Portugal wird e-Navigation so verstanden:

"Therefore implementation of an intelligent DM[decision making] system during the ocean navigation is a mandatory requirement to achieve higher maritime safety standards. This reality has been characterized as e-Navigation (eNAV 2008)." (PERERA, CARVALHO, GUEDES SOARES; 2009: 1)

E-Navigation ist nicht nur dieses decision making system. Selbst ein Entscheidungsunterstützungssystem kann auf vielen Säulen ruhen, d.h. Es gibt auch für die Landnutzer und internationalen Behörden Vorteile. Die Standard-Brücke im Diagramm enthält keine neuen technischen Systeme, nur AIS, GNSS, LRIT, VDR, ENC, ECDIS, VTS, Radar, Sonar, Wind, Umweltdaten, RNC. Allerdings ist die verdeckte Schicht der Landbehörden mit im System bedacht, so dass die Flaggenstaaten, Küstenstaaten, Hydrographischen Institute, MRCCs, VTS und andere Datenkonsumenten an Land- z.B. Logistikunternehmen Nutzen aus der vernetzten INS­Brücke ziehen könnten. Weiterhin sollte es wegen der 60 % bis 96 % menschlicher Beteiligung an Kollisionen den WO auf dem Ozean irgendwann ersetzen (NAV 56/8;2010:03).

Der Fehler in einem "larger 'system' " ist meistens ein Management Fehler statistisch gering mit ca. 10 % in unsicherer Abhängigkeit von anderen Faktoren7. Aber was ist mit dem Kriterium Management gemeint? Ist der WO als Ressourcen Manager eingeschlossen? Wenn sich die untersuchenden Institutionen nicht über die Ursachen-Kriterien einig werden und diese international normieren, kann keine höchstwahrscheinliche Vergleichbarkeit der Ergebnisse folgen.

In Deutschland ist meistens das BSH für die Anschaffung und den Betrieb der IT-Suprastruktur der Landempfänger zuständig. Dort wurden die Grenzen für die deutsche Version von E-Navigation festgestellt. Im BSH wird in naher Zukunft wahrscheinlich kein Computer-Modell-Kapitän gesehen (Dr. Kersandt:August 2009:8). Weiterhin soll die Anzahl der alleinstehenden Systeme an Bord minimiert werden, bzw. Integrierte Systeme vernetzt werden. Es ist entscheidend von der Präsentation der Daten aus den vernetzten Systemen abhängig wie erfolgreich die Arbeitsleistung ist8. Eine kritische Kurve mit Gegenverkehr auf 5 Displays und optisch zu überwachen ist allein nur unter Unsicherheit machbar. Besser sind die wichtigen Informationen auf einem Display zusammengefasst samt aller notwendigen Details. Die weit verteilten Brückengeräte und langen Wege zerstören leider meist die Konzentration des Navigators, denn biologisch sind 1 bis 2 Dinge für 20 Sekunden die Kurzzeitgedächtnisgrenze. Die e-nav Systeme sollen auf Boote oder Spezialfahrzeuge skalierbar sein, damit der größere Markt eine große Verbreitung sicherstellt9. Durch eine große Verbreitung steigt die Sicherheit des Seeverkehrssystems. Durch eine größere Nachfrage können die Kosten für bessere Geräte gesenkt werden. Billige AIS-Systeme für Sportboote wäre eine große Hilfe für den WO auf einem Frachtschiff zur Früherkennung des Bootes. AIS ist aber nicht so zuverlässig wie es gewünscht wird. Laut Baldauf et al (2008:3) werden durch AIS mehr als 50 % der Fehlalarme lost target oder CPA bzw. TCPA ausgelöst und lost target ist ca.jeder 5. Alarm. Deshalb ist die Aufmerksamkeit des WO gestört und eine Routine-Aufgabe am ARPA ist es, die Alarmliste leer zu klicken. Das Zeitpensum für die Falsifizierung der Fehlalarme sind ein paar Minuten10. Weiterhin folgt proportionalje mehr Schiffe, desto mehr

Abbildung 2: SUB-COMMITTEE ON SAFETY OF NAVIGATION. NAV 53/13. (2007:7). 'DEVELOPMENT OF AN E-NAVIGATION STRATEGY'.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: SUB-COMMITTEE ON SAFETY OF NAVIGATION. NAV 53/13. (2007:6). DEVELOPMENT OF AN E-NAVIGATION STRATEGY.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Alarme, mehr Fehlalarme und mehr Bearbeitungszeit. Die Abbildung 3 ist ein Entwurf von den Australiern zur E-Nav. Es zeigt die Voraussetzungen, die notwendig sind Backbord und gibt die Vorteile Steuerbords aus.

"However, the results gained during the studies and described here have clearly shown that the technical reliability ofthe systems [AIS] has to be addressed very carefully."

(Baldauf, Benedict, Motz; 2008:10)

Auf der 89. MSC Sitzung im Mai 2009 zusammen mit COMSAR und STW wurde die Aufstellung einer E-Navigation-Strategie weiter entwickelt und folgende Punkte wurden verbessert: (NAV55/21;2009:44) E besteht Bedarf an breiteren VHF-, MF-, Satelliten-Verbindungen, usw. Von Deutschland wurde eine weltweite Studie über die bordseitigen Nutzer-Anforderungen an e- Navigation durchgeführt und vorgestellt. Dr. Kersandt (2009:18) sieht in der e-Navigation -Strategie seinen "Adaptive, Integrated, Task-oriented" Ansatz bestätigt11.

Die IFSMA stellte zusammen mit The Nautical Institute die Ausbildung in die Richtung der e- Navigation vor. Für die meisten Nautikern ist dieses Wort immer noch ohne Funktion.

"Navigation and communication displays should be designed to clearly indicate risk and to optimize support for decision making both aboard and ashore. The presentation of information for all Users should be designed to reduce 'single person errors' and enhance team operations."(NAV 56/8;2010:04)

Die Nutzer Anforderungen gehen dahin, dass Informationen aus Kommunikationsgeräten (z.B. AIS) in die Navigationsdarstellung eingebunden werden12. Möglich wäre auch über die MMSI vom AIS den Gesprächspartner auf dem Radar anzuzeigen. Aus NAVTEX Daten würden chart information updates in Echtzeit folgen. Das gleiche gilt für Wetterinformationen. Die Sicherheitsinformationen über das port security level in Textform wie bei AIS in größeren Häfen und in Küstennähe sollen auf VHF Frequenzen gesendet werden (NAV55/21;2009:38). AIS ist kein alles-könnendes Wunderwerk, sondern vielmehr die Quelle für Daten und Probleme, weil eine hohe Verkehrsdichte die Wiederholungsrate laut Baldauf et al. (2008:5) über das IMO Kriterium von 1 pro 10 sec gehen lasse. Die Interfaces zu anderen Systemen sollen spezifiziert sein und zu alten Systemen rückwärts kompatibel13. Es wird möglich von den Schiffen die Wegpunkte aus dem Reiseplan in eine Land- Datenbank zu senden wie bei LRIT oder Space AIS. Mit Sensoren oder AIS kann das Schiff erkannt werden und der Reiseverlauf aus der Datenbank auf der ECDIS (des VTS) dargestellten werden , um im Vorfeld das legale Passieren zu berechnen, so das e-Navigation Konzept. Die Reporting Verfahren sollen standardisiert und harmonisiert werden, um die Arbeitsbelastung durch Text­Wiederholungen zu reduzieren. Die landseitigen Anforderungen sind vielfältig und bedürfen weiterer Untersuchung14.

Der Entwicklung soll von den Anwendern getrieben werden. Eine Analyse zur Feststellung der Soll- Ist-Differenz stehen noch aus. Prioritäten der Nutzer-Anforderungen sind noch nicht festgelegt. Die Prioritäten sollen zur Aufstellung eines Maßnahmen-Plans dienen. Nach dem Protokoll der 55. IMO-NAV-Kommittee Sitzung (Juli 2009) wurde eine Strategie für e-navigation beschlossen. Weiterhin gab es eine Diskussion über die Satelliten-AIS-Technik. Die Ergonomie des Brückendesigns soll verbessert werden. Es wird wahrscheinlich 10 Jahre dauern bis in kleinen Schritten zur breiten Marktakzeptanz, aus Gründen der Ergonomie nur alleine die Brückenmittelkonsole wegfällt, so dass ein WO schnell die 3 bis 4 Multi-Function-Diplays (MFD) bedienen kann. Dadurch kann der vollständige Überblick verbessert werden und die Reaktionszeit wegen geringerer Laufwege auch. Es folgt daraus weniger Risiko im Verkehr15. Das Bridge-Team mit Lotse soll dabei berücksichtigt werden, um ein effektives Arbeiten zu ermöglichen. Der Reporting-Status könnte in die MFD's als kleines Fenster integriert werden und Reporting­Verfahren sollten weltweit normiert werden. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle soll weiter standardisiert werden. Es sollen einige Muster-Brücken von der Struktur und Standard-Modi wie der von der IMO angeschobene S-Mode definiert werden. Damit wäre eine schnellere Eingewöhnung in das System möglich, Unfälle in der 1. Wache nach Anmusterung unwahrscheinlicher und die Reaktionszeit wäre schneller16. Die Informationsüberflutung soll verhindert werden. Gleichzeitig soll aber eine große Menge an Zusatzinformationen dargestellt werden können, z.B. NAVTEX, maydays, Aids-to-Navigation-Status, Sperrgebiete, Routeing Schemas usw. Das Alarmmanagement von bis zu 500 Alarmen von den Geräten soll auf einem gemeinsamen Bus (z.B. paralleler CAN-Bus) ablaufen. Eine genaue Information über Schwere des Fehlers und betroffene Geräte würde dem WO helfen den Ausguck und die Führung des Schiffes aufmerksam durchzuführen. Es gibt laufend Unfälle mit Selbststeueranlagen17 oder falsch eingestellten Maschinenkontrollen in der Brückennock z.B. beim Anlegen kostet eine verzögertes Fehlermanagement oft Millionen Euros18.

"Decision Making Support System for anti-collision Filtering collision riskfor presentation. Method for identifying a target ship and for negotiation with ship using data link. Integrated display and operation. Collision warning system for small craft. Proper human interface to notice collision risk and to assist decision making for collision avoidance." NAV53/13 (2007:11)

Die Kollisionsrisiken sollen für die Darstellung gefiltert werden. Es soll Methoden zur Erkennung des Ziels geben und zur Behandlung mittels Datenübertragung (s. Kapitel Agenten-Verhandlungs- System). Es soll in Integrated Displays dargestellt werden und in den MFD s nutzbar sein: Ein Kollisionswarnsystem gegen Booten, Treibgut, usw. auf Basis einer IR-Kamera Zielerkennung sollte untersucht werden. Die Seeleute sollen in der Erkennung, Risikobewertung und Entscheidung unterstützt werden. Hierfür wird ein NT-Radar als potentielles Werkzeug gesehen. Von der DeTect Inc. Detection Technologies (2009:2)19 werden die Kosten mit dem 2,5-fachen eines Magnetron Radars angegeben. Es ist ein "solid state radar" wie bei der Royal Navy und BRD-Fregatten F124 mit phased arrays auf einem Rotor (Vergleiche: Kelvin Hughes;2011 und DeTect;2009). Unter Anderem hat es die 16-fache Lebensdauer des Transmitters gegenüber einem Magnetron. Mehrere Bänder können gleichzeitig gescannt werden. Evtl. gibt es die teurere, digitale Pulskompression20 für eine 15 m Auflösung bei maximaler Entfernung. Bis 2009 war das solid state radar zu teuer für den zivilen Markt. Das Puls-Doppler-Filter gegen Regen- und Seestörungen, STC, gain, PRF- Diskriminierung, Frequenz-Diversität sind bis auf die Doppler-Filter (wegen geringer Fahrt) nützlich, um kleine Ziele zu erkennen (z.B. Anti-Piraterie, Eiserkennung). Es solle effektive guard zones für die Alarmierung wegen Gefahr bei Kollision / grounding geben oder die effektivere Nutzung dieser guard zones durch die WOs. Nach der Bestätigung des Alarms für das Eindringen eines Ziels in die guard zone oder accquisition zone startet die automatische Erfassung des NACOS x INS. Ab 50 Zielen gibt es einen overflow Alarm. Wenn die Fahrt des Ziels unter 1,5 kn ist, dann ist es ein fixes Ziel, sonst ist es ein bewegliches Ziel. Diese guard zones sollen bald 3-dimensional werden, damit Risiken durch air draft, UKC im Verhältnis zur Umwelt und Kollisionsrisiken möglichst über den zentralen Alarmbus gemeldet werden. Die Nutzung der guard zones sollte bei der Ausbildung am Radar besser als entscheidungsunterstützendes Mittel gelehrt werden.

"It should be noted that the use of such Guard Zone facility will need to be intrinsic in the training syllabus. Use of Guard Zones must be taught as a decision support feature. Many ships have aspects of Guard Zones on present equipment but don't use them due to poor training with reference to their function and their value." (NAV55/WP.5:16)

Es wird ein automatisches Update-Funktion für alle Publikationen und Karten gefordert, sodass die nautische Arbeit nicht behindert wird durch administrative Tätigkeiten. Schließlich bleibt die Strategie oder das Framework wie anfangs.

11. Differenzen zwischen Realität und Betriebskonzept

Wie ein neuer pay-per-sail21 Kartendownload für die ECDIS von Jeppesen Marine könnten auch die Routen der Schiffe in der Region und Abbildungen der typischen Seeverkehrsverteilung und -dichte heruntergeladen werden, um typische Geschwindigkeiten, Gefahren und Alternativen dazu zu planen.

Die Forschungsschiffe, Minensuchschiffe und Kabellegeschiffe haben meist einen UWV (UnderWater Vehicle) an Bord um die Arbeiten zu überwachen ohne eine Kabelverbindung zum Schiff zu haben. Die ferngesteuerten UWV sind Schiffsteile der Mutterschiffe. Diese Autonomen sind, wenn sie auftauchen, eigenständige Fahrzeuge und müssten die KVR beachten, mit Lichtern ausgerüstet sein, Sensoren zur Fahrzeugerkennung haben. Die sensorischen Fähigkeiten werden durch die Energieversorgung begrenzt (Showalter, Manley;2009:3). Die anderen Schiffe müssen diesen auch ausweichen. Der Test nach U.S.-Legislation ist die Eignung des Schiffs als Transportmittel.

"The operatorof the UMV computer, however, should perhaps be capable of 'observing lights, sounds, echoes, or any obstructions to navigation' and reporting that information back to the individual in charge ofnavigation. This duty could be meet by having a camera and other equipment 'report' back to the person controlling or monitoring the unmanned vehicle. Since the duty of a lookout is sensory, ratherthanjudgment-related, the automatization oflookout duties should not raise too many concerns. That computer system, however, would have to be as competent at its duties as a human lookout 'with suitable experience.' " (Showalter and Manley. 2010:2)22

Die höchstwahrscheinliche Gültigkeit der Prognose, dass Ausguck über eine Kamera in den USA ausreichend ist, um die Sicherheit der Schifffahrt zu gewähren, lässt sich danach von unter 12 m langen UWV auf größere Einheiten projizieren. Wenn es bei den UWV erlaubt wird, ist eine Präzedenzfall-Regelung geschaffen für die Auswirkung auf Schiffe über 50 m. Es würden dadurch die Matrosen von dem ermüdenden Brückenwachdienst freigestellt wie bei kleinen Fischereifahrzeugen und an sinnvollere Aufgaben tagsüber an Deck verteilt. Nachteilig ist die abnehmende Redundanz des vollständigen Überblicks in nicht Routine-Situationen.

Die UWV sind nach R23 d)ii) KVR mit einem weißen Rundumlicht und nach R33 b) Schallsignalgerät auszurüsten23. Die Ausweichpflicht gegen Meeressäuger wie Wale ist bei Automaten nicht gegeben und nicht möglich , aber die Walkollision passiert selten. Die Haftung für Schäden liegt beim Betreiber des AUV. Es gilt der normale Rechtsschutz wie beim Betrieb eines Fahrzeugs durch Menschen. Hierbeijedoch ohne Rückgriff auf die Schiffsführung, sofern es sich um ein vollständig autonomes Fahrzeug ohne Besatzung handelt. Bei größeren Fahrzeugen mit Besatzung bleibt die Verantwortung bei der Schiffsführung, den Stecker zu ziehen oder Aus zu schalten.

Das Radar wird nach Grundevik (2009:11) auf offener See oder küstennah nord-stabilisiert genutzt. Für die Flussfahrt wird die voraus-stabilisierte Darstellung in der Regel durch den Lotsen genutzt.

"Nautical academies teach north-up for radar collision avoidance and navigation."

(Grundevik. 2009:12)

The Nautical Institute ist als primus inter alia des S-Mode für eine starke Einbindung der Hersteller (Grundevik;2009:14f). Die englischen Hersteller stehen TNI am nächsten. Die Spezifikationen soll über die IMO an die ratifizierenden Staaten delegiert werden. Dies ist ein übliches Vorgehen, wenn ein Kompromiss gefunden wurde.

"Navigation and communication displays should be designed to clearly indicate risk and to optimize support for decision making both aboard and ashore. The presentation of information for all users should be designed to reduce 'single person errors' and enhance team operations." (IMO. NAV 56/8. 2010:4)

Es wird durch die Einführung des S-Mode erst komplizierter werden, weil die Geräte nicht alle damit ausgestattet sind und die Eingewöhnung stattfinden muss. Die Nach-Installation durch ein Update des Herstellers auf modernen INS wäre möglich. Der richtige Gebrauch des S-Mode muss unbedingt in Simulatoren nachgeschult werden (Grundevik;2009:15).

Der Nutzen leuchtet ein, denn dem Anrufen des Kapitäns von der Brücke durch den WO folgt meist eine schnelle Reaktion des Kapitäns. Es gibt keine Zeit für ein gründliches ARPA-Einstellen. Allerdings sollten die Werte für die Anti-Sea, Anti-Rain, Tune, Gain nicht in die default-Stellung zurückgehen. Das Bugfixing dauert i.d.R. lange für solche Änderungen [Anm. d. Autors].

Die obige Studie enthält ein weiteres Kapitel über die graphische Schnittstelle des ARPA. Dort wird vorgeschlagen, dass die, meist im Text beschriebenen, Buttons mit Piktogrammen gelabelt werden sollten. Dies ist zweischneidig, weil unklare Piktogramme verwirren. Also wird ein popup, Sprechblase, etc. für die Erklärung vorgeschlagen. Die Farben sollen auch normiert werden, es sollen Funktionsgruppen in der Hauptform verwendet werden und keine Baumstruktur-Menüs. Die Tester waren von den wenigen Untermenüs erfreut (Grundevik;2009:26ff). Es wird eine messagebox genutzt, um den Status der Software zu melden, Alarme, usw. sowie ein popup der Einstellungen beim Starten. Im AIS Protokoll ist message 17, 27, 28 für die Übermittlung von Wegpunkten und Routen frei (s.S.21). Es wäre für die VTS-Zentrale deshalb möglich eine Abweichung vom Voyage Plan früher zu erkennen und zu alarmieren, z.B. vor Begegnungspunkten, gefährlichen Überholsituationen. Die WSD sieht weitergehend in e-Navigation ständigen maritime Informationsfluss. Es betrifft die Verkehrszentralen, Seezeichenwesen, Lotsen und viele mehr. Die weltweite Verfügbarkeit von Schiffsdaten soll ausgeweitet werden und dazu werden Standards entwickelt.

„E-Navigation ist die harmonisierte Sammlung, die harmonisierte Integration, der harmonisierte Austausch, die harmonisierte Darstellung und die harmonisierte Analyse von maritimer Information an Bord von Schiffen und aufder Landseite durch elektronische Hilfsmittel mit dem Ziel derVerbesserung der Navigation und damit zusammenhängender Dienste von Liegeplatz zu Liegeplatz, zur Verbesserung der Sicherheit auf See und zum Schutz der marinen Umwelt." stellv. Dezernatsleiter Verkehrstechnik WSD Oltmann (2009:1).24 Für Anfänger ist die Datenüberflutung ein Störfaktor und kann durch vereinfachte Darstellungsmodi
verbessert werden. Diese Ausgabemasken sollten auch für erfahrene Nutzer einen Modus bieten, der das übliche Arbeiten am ARPA als Basis hat. Falsche Hilfsmittel können auch Teile der visuellen Information auslöschen, indem sie die Wahrnehmung des WO einschränken, z.B. Das falsche Design der Brücke oder Hilfsmittel.

Diese Störquellen sollen ausgeschaltet werden, z.B. Musik auf der Wache. Schlechtes SA kann durch "unbequeme" Geräte und überladene Displays induziert werden. Unbequem heißt in diesem Zusammenhang, dass das Gerät ein nicht normiertes Interface hat und somit eine Einarbeitungszeit bedarf. Diese Einarbeitungszeit wird teils an der Hochschule absolviert oder erfolgt auf einem Lehrgang bzgl. ECDIS, ARPA, usw. Die meisten Bedienmasken ähneln sich in der Funktionalität aber wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung der WIMP25 - GUI-Elemente sind die erfahrenen Handgriffe nicht mehr nutzbar. Die Funktionalität der meisten Geräte wird kaum genutzt, so dass der bessere Gebrauch der über 10 Jahre alte guard zones Funktion beim ARPA von der IMO 2010 angemahnt werden musste. Die ARPA guard zones geben nur teilweise einen sicheren Kurs an. Diese physikalischen Bedingungen bestehen aus Kurs- und Fahrtkomponenten der Schiffe und sind nicht zwingend gleich-sinnig mit den KVR oder gar der SeeSchStrO. In einer Studie von Lee (1996) zitiert von Statheros et al. (2008:5) heißt es, dass die KVR öfter missachtet werden, wenn ein "get away" (Lee;2004) Manöver mit dem ARPA ausgeführt wird. Heute entsprechen die Designs dem inoffiziellen Standard der West Europäischen Hersteller, aberje weiter die Produktion nach Asien ausgelagert wird,je mehr werden asiatische Designkonzepte, die ihre Bequemlichkeit aus einer anderen Kultur herleiten, Eingang finden. Es wird deshalb mehr Diversität des Designs geben. Die Einführung eines neuen Arbeitsmittels verändert die Arbeitsfunktion des WO und kann - ohne Schulung - die Leistung verschlechtern.

12. Faktor Mensch

Das Handeln des Menschen kann in 3 Bereiche eingeteilt werden:

1. Rationales, Wissens-basiertes Verhalten (knowledge-based behaviour, KBB)26

Eine Datenbank aus Fällen und den zugehörigen Lösungen wird angelegt. Der Datensatz mit der größten Übereinstimmung wird gesucht und ist theoretisch die beste Lösung (Liu, Yang, Du;2007:7). Das Wissen über das Problem ermöglicht die endliche Menge an möglichen Lösungen einzugrenzen und eine Klasse von Lösungen mit gewissen Kriterien festzustellen.

Im Kurzzeitgedächtnis sind Speicher für 1 bis 2 Dinge für 10 bis 20 Sekunden, wenn Sie nicht, sinnvoll miteinander verknüpft, ins Langzeitgedächtnis abgelegt werden. Das Kurzzeitgedächtnis dient zur Konzentration auf das Dringliche, d.h. wird ein fremdes Thema erschlossen, müssen auch alle neuen Routinen bewusst eingeübt werden. Das Kurzzeitgedächtnis ist das Nadelöhr der Datenverarbeitung bei Anfängern,. Es können leicht Fehler auftreten wegen Überlastung sowie hohe Kosten wegen hohem Aufwand. (Catesby et al. ;1999:10ff., s. Fußnote 26).

2. Regel-basiertes Verhalten (rule-based behaviour, RBB)

Es ist die Summe aus alten Bewertungen der Maßnahmen, aus denen die wahrscheinlichsten Ereignissen folgen z.B. von einer company procedure, Kollisionsverhütungsregeln, der SeeSchStrO, aus direkter Beobachtung / Erfahrung abgeleitetes Verhalten. Dieses Experten-Wissen soll die Regeln des Problems finden. Es bedarf der Übung in einem Simulator, um die Maßnahmen zu bewerten und als Skript im Langzeitgedächtnis abzulegen (Catesby et al;1999:10ff.)27.

3. Fähigkeiten-basiertes Verhalten(skill-basedbehaviour, SBB)

Das motorisch gelernte Verhalten durch 1000-mal Anwenden, wie im Sport, ergibt verringerten Aufmerksamkeitsaufwand, aber auch Fehlerquellen durch Unachtsamkeit z.B. Bedienung des Maschinentelegraphen28. Eine unterbewusste Routine ist meist durch langjährige Übung einer Bewegung ins motorische Gedächtnis entstanden (Dr. Kersandt;2009:9).

'Einige Grundlagen der menschlichen Intelligenz werden allgemein anerkannt: Ein Mensch kann aus Beispielen eine Regel generalisieren. Diese "rule extraction" benötigt ein Gedächtnis (memory). Beim Generalisieren oder Abstrahieren werden die Details der einzelnen Beispiele "weggeworfen". Fürs Lernen ist nicht nur"rule extraction" im Sinne von

Beispiel-Ansammeln und Sortieren nötig, sondern auch ein gezieltes Vergessen. Die Ausnahmen widerlegen die Regel, werden aber bei der Regel-Bildung ignoriert.'

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle l Quelle: Based on Fitts Listforfunction allocation (ABS;2003)

Ein Mensch hat unter diesem Zeitdruck biologische Grenzen mehr als 7 Informationen richtig zu verarbeiten und mehr als 20 s im Kurzzeit-Gedächtnis zu behalten (videotel .Bridge Resource Management; 1999:6).

"Competence represents the set of possible actions or responses that a system can apply to a situation according to the recognised needs and demands.[...] Control characterises the orderliness of performance and the way in which competence is applied. " (Hollnagel, 2005:1)

Hollnagel(2005) unterscheidet zwischen verschiedenen level der Effizienz. Es gibt für ihn den chaotischen Controller, d.h. der Mensch versucht zufällige Maßnahmen ohne Kenntnis der Regeln , um das System zu steuern. Der Computer berechnet eine Reihe von möglichen Lösungswegen, trial-and-error. Meistens ist dies der Fall bei falschen Daten bzw. Anfängerfehlern, z.B. Seitenpeilung statt rechtweisend, Lichter falsch erkannt. Das weitere Umfeld der

Kollisionsverhütung hat einen Einfluss auf die Organisation auf der Brücke. Kollisionsverhütung ist eine Aufgabe der Schiffsführung unter vielen Anderen :

"Interfacing with Deck Operations

Anchoring , Bunkering, Storing, Cargo (load plan, lightering, etc.), Cargo management, Direct Shore Gangs , Docking/undocking , Line Handling , Line/wire Maintenance , Pilot embarkation/debarkation , Small boat deployment and recovery , Tug and Towing Operations

Navigation, Piloting, Vessel Control

Berthing/Unberthing , Area Surveillance - visual, Area Surveillance - auditory , Surveillance - sea (state, tides, currents, bottom , conditions, hazards to navigation, temperature, etc.), Communications - Internal, Communications - External, Collision Avoidance/Traffic surveillance , Tug interface , Helm control/Conning , Hull Performance/Station Keeping , Bridge Maintenance , Maneuvering in congested waters , Maintain trim and ballast, Signals and lights , Lookout, Position Fixing , Record/chart Keeping , Voyage Track Keeping , Voyage Planning , Weather Monitoring

Awareness of Maintenance Activities Vital Systems , Propulsion , Hull, Schedules/Equipment availability , Calibrations (LORAN, GPS, etc.) Miscellaneous/Special Operations Extreme Weather and Seas , Fire - Large and Small, Flooding/Ballast control, Collision/Grounding/Stranding , Internal Security , Loss of Propulsion/Steering , Search and Rescue/Man Overboard , Vessel Security , Fuel Spills/Environment Hazards , Bridge - Housekeeping , Medical, Structural Maintenance Performing functions related to unattended engine rooms:

Monitoring/control ofpropulsion systems (operation, start-up, emergency shutdown, fuel system, lube , systems, cooling system, alarm conditions), Steering Gear, Monitoring Electrical System , Fire main control, Fire suppression activation , Bilge monitoring and management, Pollution monitoring and control

Administration

Port entry (Pilots, Dock/Harbor Masters, etc.), Log keeping , NOAA/Weather service/reporting , Oceanographic reporting , Health Care , Ship’s Meetings , Finance/Payroll, Planning (watch schedules, hours of rest), Crew assessment - fitness , In-port inspections (P&l, auditors, Customs, Immigration, maintenance personnel, suppliers, vetting , inspectors, Port State Control, Port Logs/Records, etc.), Stores logistics and loading , Personnel issues (STCW, etc.)"(American BureauofShipping.

2003:29)

Es gibt den opportunistischen Controller. Der Mensch macht wasjetzt bequem ist, ohne Rücksicht auf absehbare Folgen, z.B. Einordnen auf der falschen VTG-Richtung, zu weit unter Land Ausweichen. Die wichtigsten erkannten Informationen werden bei der zeitkritischen Entscheidung berücksichtigt.

Es gibt den taktischen Controller für die Seewache. Der Mensch folgt dabei gewissen Regeln, z.B. KVR Anwendung bei Entgegengesetzten Kursen. Die Planung geht weiter als die wichtigen Informationen zu berücksichtigen. Aber der Fensterradius und Vorhersage-Horizont sind begrenzt. Neuen Informationen müssen evtl. sofort Maßnahmen folgen.

Es gibt den strategischen Controller für die Reiseplanung. Die Ereignisse sind ungefähr determiniert. Der Mensch achtet mehr auf Ziele ,z.B. den Wegpunkt schnell zu erreichen, dabei wird die Regel für weniger wichtig genommen. Die Abhängigkeit der Unterziel und die Interaktion der Unterziele werden vorbedacht. Praktisch funktioniert der Mensch als taktisch, opportunistische Mischung. (Hollnagel, 2005:2)

In der Bibel heißt es entsprechend töricht, schlau, klug, weise (2Kor 12, 16. Mt 25, 8. Mt 2, 7).

"Human action is furthermore not the execution of a single sequence of steps, but rather a set of concurrent activities that address goals or objectives with different time frames and changing priorities." (Hollnagel, 2005:3)

Wenn die verfügbare Zeit in der Realität geringer ist als Assessment-Zeit und Vorhersage-Zeit, wird die Vorhersage schlechter, je höher die Dynamik des betrachteten Systems. Im Maschinenkontrollraum verwenden die Engineers Notfall-Systeme, um sich mehr Zeit beim Fehlersuchen in der Maschine zu erkaufen.

Weiterhin ist wie in der Fußgängerzone subjektive Wahrnehmung ein Faktor, denn mit einer Augenklappe auf einem Auge müsste das Ausweichen natürlich zur einsehbaren Seite erfolgen unter der Bedingung, dass die Entscheidung zeitkritisch ist. Die Möglichkeit, dass beide Schiffe aufeinander zu ausweichen, induziert einen Scheinwiderspruch der einfachen KVR. Es wird

13. Menschliche Fehler

Menschliche Fehler sind negative Faktoren in der Schiffsführung und nebensächliche und schwierig zu diagnostizierende Komplexe. Eine mögliche Fehlerquelle ist das Übergehen der Widersprüche, weil das Bleiben in der Routine einen höheren Lustgewinn verspricht als sich mit den frustrierenden Fehlern zu beschäftigen29 30. Wenn beim Schiffsverkehr im Revier mit Kollisionsrisiko im Nahbereich ein vertrauens-brechendes Manöver des Gegners erfolgt, dann wird Kooperation zu Konkurrenz.

Die meisten Fehler entstehen bei der kognitiven, wissensbasierten Bearbeitung der Situation, weil die Entwicklung der Gefahr weiter fortschreitet (Vergleiche: Kapitel 'Modelle zur zeitkritischen Entscheidungsunterstützung'). Es entstehen unzureichende Informationen gegensinnig zur KVR.

Das Übergehen der Warnreize aus Gewohnheit, in-der-bequemen-Routine-bleibend ist eine

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Fehlerbaum mit klassierten menschlichen Fähigkeiten. (Embrey;2003:6)

Fehlerquelle für fortgeschrittene Anwender. Die Leistung des Menschen aus einer Reihe von springenden Werten wie CPA, relativ Kurs eine Bedrohung zu erkennen, ist zeitaufwendig und abstrakt. Weitere störende Faktoren nach Kersandt (2010a:4) sind:

Krankheiten (Eine Erkältung reicht für dauernd reduziertes SA)

Medikamente (Alkohol-basierend, Antibiotika, usw.)

Emotionaler Erregung über scheinbar falsches Verhalten Anderer folgen psychologische Probleme, z.B. Kummer mit der Freundin / Familie (BSU;2008:15 Untersuchungsbericht 254/08 Strandung CMS Norfolk Express).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Table 3-11, Assumed main incident causes (SOS)

Tabelle 2: SOS Datenbank vom Dutch transport research centre L.A. (Pimontel; 2007).

Es ist eine Reizüberflutung des Wachoffiziers durch viele unwichtige Daten gegeben. Der entstehende Stress und der "fight or flight" Automatismus zwingenjeden Menschen in nicht kognitive Verhaltensweisen zurück. Die Fehlerfortpflanzung in der Analyse der Situation genannt, "confirmation bias", ergibt sich durch eine emotionale Bindung an eine teilweise fehlerbehaftete Entscheidung (Rypkema, Neerincx, Passenier;2004:8). Die Fehler werden wahrscheinlich durch interpretierte Informationen verschlechtern, wenn die Fehler im (=inneren Welt-Modell) sich langsam und versteckt entwickeln (Kersandt;2010:9)31, so dass ein Fehler ab einem kritischen Wert in dem inneren Welt-Modell zu einem tatsächlichen Fehler wird, z.B. R17b) Manöver des letzten Augenblicks oder point-of-no-return des Wegerechtsschiffs.

Die Problemdarstellung oder die Präsentation des Problems können Fehler verstecken, somit ist das neue Welt-Modell nicht besser oder zu spät. Als story building ist der Ansatz häufig (Kaempf;1996 zitiert von: Endsley;2000:13) , z.B.jenes Schiff folgt der VTG-Richtung und deshalb macht das nächste Schiff es auch. Wenn der Kutter (guter Fang?) tief im Wasser liegt, dann ist das Reiseziel Richtung Hafen.

"Sub-optimal performance could be ascribed to basically two factors: lack ofsystem knowledge and a tendency to concentrate on only one goal at a time, while neglecting the rest ofthe system under control (’cognitive lockup’, see also, for instance, Moray & Rotenberg, 1989; Boer, 1995)." (Rypkema, Neerincx, Passenier;2004:22)

Der WO darf also nicht nur die Erfüllung eines Ziels verfolgen, sondern der WO muss flexibel das Wichtigste zuerst angehen - auch bei veränderter Situation durch die Kursänderung eines ungefährlich geglaubten Schiffs zu einer gefährlichen CPA. Die regelwidrige Maßnahme von Gegnern können nicht vorhergesagt werden. Sinnvoll ist ein Steuerbord-Manöver mit trotzdem hart Ruder, wenn das andere Fahrzeug nach Backbord geht. Andernfalls würde sich ein Teufelstanz aus aufhebenden Ruderlagen ergeben.

Das Prinzip der einfachen KVR wurde von Vize-Admiral Colomb der Royal Navy 1885 entwickelt, so dass immer der Ausweichpflichtige nur hinter das Heck des anderen Fahrzeugs ausweichen darf. Dies ist nur bedingt richtig, weil bei R15 kreuzenden Kursen als Kurshalter das andere Fahrzeug ausweichpflichtig ist. Man solle nicht, um eine Kollision zu vermeiden, vor einen anderen Bug kreuzen. Die Durchsetzung wird aber auch für unmöglich gehalten:

"[...]the current steering and sailing rules should be replaced by a single rule more suited to modern conditions." (Kemp;2009:237)32

Die Tendenz von erfahrenen Fahrzeugführern, die riskantere Maßnahme mit schnellerem Erfolg zu wählen , wenn gleichzeitig eine weniger riskante, längere Maßnahme auch möglich ist, ist statistisch erwiesen. Es heißt, dass ca. 50%jeweils die schnelle oder ca. 50% die langsame Variante nehmen fast wie eine Gruppe von Unerfahrenen laut Kemp (2009).

"This suggests that an alteration of course to port, although contrary to the COLREGS, leads to a rapid disengagement and relieffrom anxiety so it is reinforced on every occasion that it is successful" laut Kemp (2009:237ff.).

Die längere Maßnahme von A bei kreuzenden Kursen oder verminderter Sicht mit einem einwandernden Fahrzeug В Backbord voraus ist eine Steuerbord-Kursänderung. Die Stresssituation des WO wird dadurch verlängert und als unbequem empfunden. Im Körper wird für die illegale Backbord-Kursänderung etwas mehr Adrenalin pro gleicher Zeit produziert, aber die Zeit ist kürzer. Das illegale, schnelle Manöver wird mit steigender Erfahrung bevorzugt. Weiter haben in der Studie von Kemp (2009:239ff.) ca. 10% die Fahrt erhöht, um bei verminderter Sicht vor den Bug von В zu kreuzen.

14. Situation Awareness (SA)

SA ist ein mentales Abbild der Situation, Zustand des Nicht-überrascht-Seins, aus dem Feststellen der Situation, dem Verstehen und der Prognose der Situation eingebildet, um eine mögliche Kollision zu vermeiden. SA muss erzeugt werden wegen der Anforderung aus komplexen Aufgaben an den WO. Dieses „informational gap“ besteht aus dem grundlegenden Unterschied zwischen abgebauten Daten und benötigten Informationen (Endsley;2000:2).

Die Kollision, die Beinahe-Katastrophe oder eine unsichere Nahbereichslage reduzieren das Vertrauen in den WO oder das System. Menschliches Erkennen oder Verstehen in schwankender Qualität ist nicht gleich den Berechnungen einer Software-Maschine. SA kann durch vorheriges Lernen verbessert werden. SA ist durch die Ziele, Entscheidungen und Wirkung der Aufgaben beeinflusst. 88% allerLuftfahrtunfälle haben mangelhafte SA als Mitursache. Situation Assessment ist das Verhalten, das ein Ziel in einer Aufgaben-Umgebung erreicht (Smith, Hancock. 1995:8).

"Es kann angenommen werden, dass ein Operateur seine Aufmerksamkeit gezielt auf Informationsquellen richten wird, die mit einem hohen subjektiven situativen Risiko verbunden sind. Gleichzeitig wird er dazu tendieren, Informationsquellen mit einem geringen subjektiven situativen Risiko zu ignorieren." (Dr. Gauss;2008:21)

Die Erwartung, dass aus einem der Datenfelder sogleich wichtige Informationen erwachsen, kostet den Benutzer der Brückengeräte - diese sollten nur Werkzeuge für die Arbeit sein - die kostbaren

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Minuten. Die Kollisionsverhütung wird nach verschiedenenjapanischen und chinesischen Quellen übersetzt durch Jingsong (2008:5) als Prozess in folgende Unterprozesse untergliedert: Zielerkennung, Informationen sammeln, Infos verstehen, Urteilen und Evaluieren über die Informationen, Maßnahmen.

SA ist das Bewusstsein von der Situation mit der Selbstbegrenzung durch die menschlichen Sinne. 1995 wurde der SA-Ansatz als adaptives, nach außen gerichtetes Bewusstsein beschrieben. Es lässt sich heute in das Paradigma vom Bridge Resource Management als Unterprozess einordnen.

Huth und Diestel (2010:9) kommen zu dem Schluss, dass BRM keine normierte Muster-Ausbildung von der IMO hat. STCW besteht zum Teil aus BRM.

"Der in der Luftfahrt vollzogenen Entwicklung vom cockpit zum Crew Resource Management folgten verschiedene Organisationen in der Schifffahrt mit einer Erweiterung des Bridge Resource Management zum Maritime Resource Management. Damit existieren eine Reihe sehr unterschiedlicher Systeme, die eine Vereinheitlichung unter dem Dach der IMO erfordern. BRM-Kurse werden heute an vielen nautischen Ausbildungsstätten angeboten; allerdings sollte noch ein einheitlicher Standard durch eine Vorgabe der IMO erreichtwerden.[...] Der Einhaltung des STCW Codes kommt bei allen Überlegungen zum BRM eine herausragende Bedeutung zu. "(Huth, Diestel; 2010:9).

Die Anzahl von Strandungen und Faktoren von einer Gefahren-Situation sind (Lawton, Miller, Campbell; 2005):

- Wahrnehmung der Gefahr
- Verstehen der Gefahr
- Entscheidung zum Ausweichen
- Fähigkeit zum Ausweichen
- sicheres Verhalten

Hierbei geht es um die zeitliche Abfolge der Prozesse.

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Figure 2. Model of Sa in Dynamic Decision Making (from Endsley, 1995b)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3. Human errors sources statistic 1991-2002. (ABS; 2003)

SA stammt aus der militärischen Luftfahrt und ist dort ein Haupt-Design-Kriterium (Endsley, Garland;2000:5). Der Krieg ist ein Konkurrenzspiel. Auf dem Schlachtfeld beabsichtigt der Soldat in seiner Strategie ,oft vom gelernten abweichend, unberechenbar zu sein. Die Kollisionsverhütung ist bestenfalls ein Kooperationsspiel. Ein WO beabsichtigt in der Schiffsführung möglichst berechenbar oder zuverlässig (Kersandt;2007:6) zu sein.

Eine Hierarchie bei SA gibt es auch:

1. Level - Die Daten über Kurs, Fahrt, Aspekt, Status, usw. müssen erkannt werden.

Wahrnehmung der Daten ist notwendig, um keine Schlüsse aus falschen Informationen zu ziehen. 76% der Fehler sind durch Ignorieren der notwendigen Infos verursacht. (Endsley 2000: 3) Die hervorragenden Daten sind: Position, Kurs, Kurs der anderen Schiffe, headings, Fahrt, Schifffahrtsgefahren, VTG, Fahrwasser, Betonnung, Gebots- und Verbotszeichen, UKW Kanal, Lichter, Status der Anderen, Aspekt, Peilung, Abstand, Verkehrsdichte, Sichtverhältnisse, Stoppstrecke, Drehkreisradius, Störlicht, Wind-, Seegangs- und Strömungsverhältnisse, UKC, Radareigenschaften, Geräte-Einstellungen, Radarstörquellen, nicht ortbare Boote.

2. Level - Es ist notwendig, aus dem Strom an Daten das objektiv (situation) und subjektiv (awareness) Signifikante zu erkennen. Aus Datensalat werden so strukturierte Informationen. Es müssen diese Informationen in einen Überblick integriert werden und ihre Relevanz für die Kollisionsverhütung determiniert werden. 20% der Fehler entstehen aus der falschen Einordnung der Infos (Dr. Kersandt: 2009). Die Veränderungsrate der Informationen sollte die Überprüfungsfrequenz bestimmen. Die signifikanten Informationen können sein: CPA, TCPA, BCR, BCT, Geschwindigkeitsrelation, maneuver timing, Auswirkung von Fehlfunktionen, Risiken.

"Together these three problems with the use of mental models accounted for approximately 18% ofSA errors, most ofthe 20.3% ofthe cases comprising level 2 SA errors." (Endsley;2000:12)

3. Level - Der Operator kann Prognosen machen und die zukünftigen Ereignisse am Rande des Chaos der Situation nutzen, um frühzeitig zu entscheiden. Der Operator vergleicht seine Ziele mit der Situation und bestimmt wie er die Ziele zukünftig erreichen wird z.B. der Zeitverlust ist beim Ausweichen möglichst gering zu halten aus wirtschaftlicher Sicht.

Für eine wahrgenommene Menge von Level 1 Daten wird ein Modell gebildet, welches die Daten beschreibt Level 2 und Vorhersagen Level 3 erlaubt. Die angewandten Clustering-Verfahren verbinden die Daten durch Muster zu einer Klasse, die durch Parameter gebildet wird z.B. Lichtfarbe, AIS Daten (Sandini, Santos-Victor, Trahanias, Gaga, Orphanoudakis, Burgard,

Bergholm ;1997:142).

Das Verstehen einer Situation ist ein Teil vom Überblick, somit ohne die Wahrnehmung. Das Gehirn gewichtet oder speichert rückblickend den Erfolg einer alten Strategie in der Situation im Langzeitgedächtnis positiv oder negativ. Auch die Grenzen der Strategie werden beim Verstehen berücksichtigt (Lee, Sanquist;2000:4). Das Verstehen bedarf der Klärung, welche Daten relevant sind in der Brückenumgebung, sodass der WO weis, welche Informationen wahrgenommen und verstanden werden müssen und das Ziel der konstanten Kollisionsverhütung erreicht wird. Es ist abhängig von den Eigenschaften der Situation und der Präsentation, so dass das Situation-Abbild determiniert wird, um eine Problem-Lösungsstrategie zu finden. Ohne ein angemessenes Situation­Abbild schaffen es die meisten Leute nicht ein neues Problem zu lösen, obwohl die Methoden zur

Lösung schon erlernt sind. Der Aufbau von mentalen Modellen durch Erlernen oder Erfahren ist sehr wichtig. Diese Modelle basieren auf mehr oder weniger harten Regeln (Endsley;1995c:8 oder Rypkema, Neerincx, Passenier;2004:15).

Die Hinweise aus der Umgebung sollen beim WO das erlernte Modell aktivieren z.B. KVR, SeeSchStrO. Modelle müssen neben den genannten Kriterien für SA weiterhin erfüllen: Ziele sollen beachtet werden und die Aufmerksamkeit des Nutzers muss auf die wichtigen Informationen gelenkt werden, wenn er dies nicht sowieso beachtet. Die menschlichen Experten klassifizieren eine Situation und bauen an die Klasse eine individuelle Information an (87%) oder verknüpfen alle Informationen zu einer möglichst plausiblen story (13%), um die Situation zu verstehen und vorher zu sagen. Anfänger müssen mehr Aufmerksamkeit in die richtige Erkennung der Informationen stecken, sonst gibt es eine Fehlerfortpflanzung / Fehlerkette aus der falschen Beobachtung (Kaempf et al. 1993 aus Endsley 1995c:3).

Die SA kann aber vollständig sein und trotzdem wird die falsche Maßnahme eingeleitet. Es ist zufällig möglich die richtige Maßnahme zu treffen, ohne den vollständigen Überblick zu haben. Es könnten die Regeln nicht gekannt sein. Es könnten die Maßnahmen als eingeschränkt durch andere Fahrzeuge beurteilt werden. Es könnten die Planungen mangels Erfahrung nicht hinreichen. Die Einstellung des Operators könnte zu risikofreudig, emotional oder zögerlich sein. In der Ingenieurspsychologie ist die Verhaltenssteuerung durch das Systemdesign machbar (Kersandt;2009:3). Wenn ein System den Benutzer dazu verleitet keine Gefahr zu fühlen, also "fight or flight33 ", dann wird der Nutzer risikofreudig. Wenn ein Benutzer Verlustängste hat, dann wird er risikofreudig und bei Gewinnaussichten wird er risikoavers. Es gibt eine starke Verbindung im Geist des WO zwischen der Klassifikation der Situation und der Maßnahme, die daraus folgt (Catesby, Bekes, Hackett, Jackson, Eades,Halluska, Russell, Wright, Templeman ; 1999:8).

Die Gegenkopplung des Regelkreises von Entscheidung zur SA ist durch sich verändernde Informationen aus Kompass, ARPA, ECDIS, Lichterführung, Loggen, Kursregler, usw. gegeben oder durch die räumliche Einschätzung des WO.Es kann die kritische Kursänderung erfolgen, wenn der Gegner-Kurs eine Sekante durch den Drehkreis mit 2 Schnittpunkten ist. Die Manöver können sich gegenseitig in einer Schleife der Wechselwirkung aufheben. Es ist hinreichend die Wechselwirkung nur der 2 Schiffe zu entkoppeln. Der Abstand muss also größer werden.

15. Problemfelder der Situation Awareness

Das SA zu verlieren ist ein wahrscheinlicher Kollisionsgrund. Ein Problem bei der SA ist die subjektive Wahrnehmung von Zeit. Die dynamischen Einflüsse der Ereignisse auf die verfügbare Zeit reduzieren Diese meistens. Die Dynamik der Situation wird durch die Informationsveränderungsrate beschrieben (Endsley, Garland; 2000:4). Es ist wichtig in Arbeitsumgebungen mit hohem Informationsfluss und schweren Auswirkungen von schlechten Entscheidungen, z.B. je systematischer ein Problem analysiert wird, desto mehr Informationen sind notwendig, desto mehr verschiedene Aufgabenteile gehören zu einem Prozess, desto länger die Lösungszeit (Vergleiche:

Cardozo;2008:21). Die Menschen suchen nach den schnellen Entscheidungsregeln, die aber eine ungenaue Präzision liefern (Vergleiche: Rypkema,

Neerincx, Passenier;2004:17).

Die Wichtigkeit ist heute gestiegen, weil es

Abbildung 8: Druchschnittsanteil der technische Hilfsmittel für grafia Schiffe gibt, die Alarmkategorienfür 6 Testschiffe. (Motz, das SA verbessern können und mehr Sicherheit HöcL·1, BMrnf Benedict;2009:21 8 ff).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

versprechen. Die Falschalarmrate steigt und nur der erste Fehler wird bearbeitet, so dass die weiteren , wichtigeren Fehler warten müssen. Einige Informationen werden auf den Monitoren dem WO gezeigt, aber eben auch die unwichtigen Daten. Die meisten wichtigen Information müssen erschlossen werden, z.B. aktives Einstellen des Displays und Datenquellen durch den WO. Die signifikanten Sensordaten, also die Informationen, sollen als wichtig im System gekennzeichnet werden und nach dem Stand der Technik sollen die sowieso zielführenden Informationen z.B. Navigation-Infos und die signifikanten Sensordaten z.B. CPA miteinander kombiniert werden.

Die Erwartungshaltung des WO, hergeleitet aus Schulwissen und Erfahrung mit anderen Produkten, muss eine Basis sein für standardisierte Mensch-Maschine-Schnittstellen (Kersandt;2005:7). Einen Standard-Weg ins Situation-Bewusstsein des WO durch Alarmierungsfunktionen zu normieren ist gut bei geringer Fehlalarmrate (Vergleiche: Kapitel: 'Differenzen zwischen Realität und Betriebskonzept').

[...]


1 Detlef Gerhardt u.a.Analysis of Decision-Making in Maritime Collision Avoidance Procedures. Ed.: Malakoff, Frankreich. Societé Civile d'Etudes et de Recherches Appliquées. TB Nautik. Hos Ana

2 Ein Modul entspricht etwa einem Programmteil mit einem Eingang und einem Ausgang und kann selbstständig übersetzt und ausgeführt werden. Module verkehren nur über Schnittstellen miteinander, über die Werte (Parameter genannt) vom rufenden an das aufgerufene Modul übergeben werden; ein Modul darf als Black-Box nichts vom Innenleben eines anderen Moduls wissen. (Jürgen Plate. 2010. Algorithmen und Datenstrukturen. Supplement zum Buch: Jürgen Plate. 2010. Der Perl-Programmierer. Erschienen im Hanser-Verlag)

3 Siehe Diplomarbeit Bierwirth (2004:56f.). Schuldverteilung bei Kollisionen.

4 Eigene Rechnung: Aufgrund des Kapitels Statistik. Bartsch. Taschenbuch mathematischer Formeln

5 http://www.imo.org/OurWork/Safety/Navigation/Pages/eNavigation.aspx

6 European Journal of Navigation, Volume 5, Number 5, November 2007 zitiert in Dependable Bridge on Ships (d- BoS) von Dr. Kersandt (2009:66).

7 Human errors sources statistic, ABS REVIEW AND ANALYSIS OF ACCIDENT DATABASES: 1991-2002. zitiert aus L. Smolarek. (2009). Finite discrete Markov model of ship safety. Marine Navigation and Safety of Sea Transportation.

8 Bei Dr. Kersandt. (2009). Möglichkeiten für eine risikobasierte Kompetenzbewertung am Schiffsführungssimulator. S.47-49.

9 (NAV53/13;2007:4) DEVELOPMENT OF AN E-NAVIGATION STRATEGY. Skalierbarkeit ist ein Kern-Ziel des integrierten e-Navigations-Systems, um eine höhere Wirtschaftlichkeit zu erreichen oder zuallererst die Anzahl der navigatorische Fehlern und Schiffsunfalle zu verringern.

10 Selbsterfahrung mit einer modernen INS Brücke wegen target lost, usw.

11 Dr. Kersandt. (2009). Der ingenieurpsychologische AIT“-Ansatz bei der Entwicklung eines adaptiven, ganzheitlichen und aufgabenorientierten Systems der Schiffsführung (Teil 1).

12 Siehe auch SSPA Studie von Grundevik. (2009).

Cummings, Mary. (2004). Designing Decision Support Systems for Revolutionary Command and Control Domains. University of Virginia. Dissertation.

13 Die meisten NMEA 2000 Geräte sind zu NMEA 0183 und Ethernet kompatibel. Die Vernetzung von mehr Geräten mit besserem Fehler-Abfangen ist sowie die Steuerung von ganzen Motoren über den CAN Bus ist auch im Freizeit­Bereich bereits üblich. Mehrere 100 Firmen und die großen Hersteller bieten ihre Geräte mit NMEA 2000 Anschlüssen an (NMEA;2009:17).

14 (NAV55/21;2009:42) Untersuchungen durch die internationale Kooperationen, um die Nutzer (Spediteure, Reeder) und Anbieter (IALA, Inmarsat)von Diensten zu erkennen z.B. durch GB bei NAV54/11/4

15 Siehe ABS-American Bureau of Shipping. (OCTOBER 2003). GUIDANCE NOTES ON ERGONOMIC DESIGN OF NAVIGATION BRIDGES. Design Displays Consistent with Task Requirements. S.20ff.

(F. Motz, E. Dalinger, H. Widdel & S. Höckel, S. MacKinnon; 2009:228ff.) aus Marine Navigation and Safety of Sea Transportation. Artikel: Comparison of traditional and integrated bridge design with SAGAT.

16 Die Hersteller sind sich dabei ein Hindernis, weil sie ihre Kunden durch Inkompatibilität an ihre Produkte binden wollen und ihre Erfindungen schützen. Es ist ein Opportunitätsgewinn für die Hersteller, aber langfristig eher schädlich, weil der verärgerte Kunde wechselt und die R&D Kosten vollständig intern bleiben, als auch die Add­ons, Plug-ins, etc. nicht entwickelt werden können wie bei opensource Lizenzen.[Meinung des Verfassers]

17 Untersuchungsbericht 01/08. Schwerer Seeunfall. Strandung der LT CORTESIA am 2. Januar 2008 auf der Varne Bank im Englischen Kanal.

18 Untersuchungsbericht 211/08. Schwerer Seeunfall. Kollision der RoPax-Fähre FINNLADY mit dem Skandinavienkai am 16. Mai 2008 im Hafen von Travemünde.

19 DeTect, Inc. (2009). Advantages of a Solid State Based Radar System over a Magnetron Based Marine Radar System: r.090319.

20 "Pulse compression: the sensitivity of a radar - ie its ability to detect weak echo signals - depends upon the energy which is contained in the transmitted pulse, not the power transmitted. Thus, long medium power level pulses are as effective as short high power pulses if they contain the same amount of energy. [...] The disadvantage of using long pulses is that they degrade the radar range resolution. A solution is to use pulse compression in which the short radar pulse is lengthened before transmission to reduce its avarage power level, but coded so that its frequency changes linearly during the duration ofthe pulse (a chirp pulse). The echo chirp pulse is compressed (pulse compression) as soon as it is received so that the range resolution ofthe original short pulse is restored." (Silver;2004:7i www.rfic.co.uk

21 "The licensing service is claimed to be unique in the market and allows ECDIS users to acquire exactly those ENC licenses that they need exactly when they need them. Given a SENC chart catalogue, ECDIS users need licenses to open up geographic cells of navigational information on ENCs as they sail, or when they plan the route. Dynamic Licensing automates the process of acquiring these licenses and simultaneously employs subscription zones and credit limits to control costs. Online updating and reporting ensures that both users and back offices have an accurate picture of the situation at sea and in the accounts. Since 2007, dynamic licensing has been one of several functionalities inherent to the software provided by Jeppesen [Marine] to ECDIS" (TANKEROperator Magazine;March 2009:36) www.tankeroperator.com

22 Die Authorin ist die Direktorin vom National Sea Grant Law Center, University of Mississippi School of Law.

23 Showalter S. (2003) The Legal Status of Autonomous Underwater Vehicles. Zitiert von Griffith (2003)

24 Ab Frühjahr 2012 sollen laut WSA Brunsbüttel neue Rechenzentren die Verkehrszentralen ersetzen. 'Rechenzentren für deutsche Küste Schiffsverkehr soll sicherer werden' (28.05.11) Quelle: Www.Thb.info

25 "These interfaces were based on the ’WIMP’-concept (Windows, Icons, Mouse and Pull-down/pop-up menus). In particular the direct manipulation, provided by WIMP-interfaces, was thought to improve the usability for non­expert users."(Rypkema, Neerincx, Passenier. (2004). :53)

26 Catesby, Bekes, Hackett, Jackson, Captain Eades, Captain Halluska, Captain Russell, Captain Wright, Templeman. (1999:11f.). BRIDGE RESOURCE MANAGEMENT. VIDEOTEL PRODUCTIONS. Www.Videotel.com

27 Sieheauch Dreyfus,H.L andDreyfus,S.E.(1986) Mindovermachine.New York: The FreePress.

28 Siehe Summarischer Untersuchungsbericht 548/08 Schwerer Seeunfall Kollision MS BELUGA SENSATION mit dem an der Pier liegenden MS JEROME H im Nord- Ostsee-Kanal am 26.Oktober 2008 S.8.

29 Meinung des Verfassers

30 Dr. Kersandt. (2010:3). Gedanken zur SCHIFFSFÜHRUNG - Entwicklung, Gegenstand und Anforderungen.

31 Siehe Top-down FN 111 oder bottom-up FN 70

32 Aus Marine Navigation and Safety of Sea Transportation (2009;237ff.)

33 Fight or Flight Syndrom bezeichnet eine rasche Anpassung des Körpers an Notsituationen. Das vegetative Nervensystem erzeugt das Hormon Adrenalin, schlagartig einen Tunnelblick und 3-5 Minuten Flucht oder Kampf Entscheidungen, usw. (www.de.wikipedia.org Artikel: 'Fight or Flight Syndrom' Stand: 2007/08)

Ende der Leseprobe aus 168 Seiten

Details

Titel
Technisches Experten-Kontroll-System für die Kollisionsverhütung
Untertitel
Expert Control System And Collision Avoidance System
Hochschule
Hochschule Bremen
Veranstaltung
Nautik
Note
2,0
Autor
Jahr
2011
Seiten
168
Katalognummer
V272322
ISBN (eBook)
9783656636731
ISBN (Buch)
9783656695905
Dateigröße
4414 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
technisches, experten-kontroll-system, kollisionsverhütung, expert, control, system, collision, avoidance
Arbeit zitieren
Jan Hauke Dürkop (Autor), 2011, Technisches Experten-Kontroll-System für die Kollisionsverhütung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/272322

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